WO1986001332A1 - Dispositif de commande d'une bobine d'electroaimant et appareil electrique de communication equipe d'un tel dispositif - Google Patents

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WO1986001332A1
WO1986001332A1 PCT/FR1985/000199 FR8500199W WO8601332A1 WO 1986001332 A1 WO1986001332 A1 WO 1986001332A1 FR 8500199 W FR8500199 W FR 8500199W WO 8601332 A1 WO8601332 A1 WO 8601332A1
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voltage
coil
signal
control device
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Application number
PCT/FR1985/000199
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Inventor
Jacques Arvisenet
Christian Bataille
Elie Belbel
Bernard Dumortier
Jean-Noel Gast
Michel Lauraire
Jean Marc Moulin
Original Assignee
La Telemecanique Electrique
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device for controlling an electromagnet coil belonging to an electrical switching device. It also relates to the electrical device, such as a contactor, equipped with this electronic device and the electromagnet controlled by the latter.
  • a contactor electromagnet To control a contactor electromagnet, it is sometimes desirable to have an electronic circuit provided with a switch in series with the coil of the electromagnet, this switch being controlled by the circuit so as to ensure successively, in the coil, a high level of so-called inrush current, then a little before bonding or as soon as the mobile armature of the electromagnet is bonded, a lower level of holding current in order to minimize current consumption and heat dissipation .
  • known devices lack the flexibility sometimes required for the implementation of contactors; they are, in particular, unsuitable for operating indifferent to direct current or alternating current and, moreover, prohibit plugging in the contactor with which they are associated on an alternating network, either of 110 volts, or of 220 volts , for example, or on a bare voltage source, for example between 100 and 400 volts.
  • the object of the present invention is in particular to enable the control of an electromagnet of an electrical switching device, more specifically of a contactor, by means of a device authorizing the supply of the coil of the electromagnet with a inrush current then a lower holding current, from a DC voltage or alternative whose variation within a predetermined range has no effect on the constitution of the device.
  • the invention relates to a control of a 1 solenoid coil of the electronic device for switching electrical apparatus connected to a voltage source, comprising a static switch arranged in series with the coil of the electromagnet and a signal generator provided with a servo circuit connected to a reading element of the current flowing in the coil, the servo circuit delivering to a switch control electrode, in response to a switching command, a control signal having a level of call corresponding to a call phase, then after a delay at the hold level obtained by chopping and corresponding to a hold phase of the electromagnet.
  • the device comprises:
  • step-down circuit connected to the continuous terminals of the rectifier and arranged to deliver to the assertion circuit- screwing a reduced direct voltage independent of the source voltage within a predetermined range of said source voltage
  • the servo circuit being connected to the switch control electrode and arranged to maintain both in the call phase and in the maintenance phase the current of the coil at a level independent of the voltage of the source.
  • the same electromagnet can be controlled by the same electronic device connected to a 24 or 48 volt, 110 or 220 volt alternating network, or 380 or 660 volts, or even to a continuous source of 100 to 400 volts, practically without any modification of the components of the control device.
  • the static switch can comprise at least a bipolar transis ⁇ tor or a Darlington circuit or, preferably, a MOS transistor.
  • the servo circuit can advantageously comprise a pulse modulator, for example with variable duty cycle and at fixed high frequency of the order of a few tens of KHz, receiving from a setpoint circuit with a contour generator a signal setpoint at two independent levels of the source voltage, and receiving from the current reading element, in particular constituted by a resistor or by a current mirror circuit, a signal representative of the effective current in the coil . It should be noted that such a control contributes to meeting the proposed goal since it determines in the coil a programmed current independent of the voltage of the source.
  • the contour generator of the servo circuit can comprise a means for developing the call level of the reference signal, a means for delaying the signal at its call level for a determined duration and a means for developing the level to maintain the setpoint signal. It is preferably possible to provide a setpoint circuit validation member, this member turning the setpoint circuit on and off in response to a low level signal delivered electrically or optically by a control system, in particular an output of 'programmable robot ; the validation member comprises an isolation element, for example a photocoupler, which makes it possible to isolate the low level signal driving the control device, so that disturbances of the latter do not affect the control system.
  • the setpoint circuit can advantageously include a comparator, a first input of which receives a fixed voltage signal delivered by the step-down circuit, and a second input of which receives a voltage signal appreciably independent of the nominal voltage of the source but sensitive to its fluctuations, the output of the comparator bringing the setpoint signal to its quiescent level when the voltage of the source drops to- below a predetermined threshold.
  • the control device to insensitize the control device to micro-cuts in the source voltage, there may be provided a filter with asymmetrical time constants when the source voltage rises and falls, this filter being arranged between a continuous terminal of the full wave rectifier and the setpoint circuit.
  • the setpoint circuit can be provided with a means for monitoring the reduced voltage delivered by the step-down circuit, this monitoring means bringing the setpoint signal to its rest level when the reduced voltage drops to- below a determined threshold.
  • the invention also relates to an electrical switching device capable of operating in direct current or in alternating current and equipped with the control circuit described. and of an electromagnet of the simplified direct current type, in particular by its magnetic circuit in thick sheet metal which is weak or not laminated and by the absence of phase shift ring, and using a reduced number of ampere-turns while having an important appeal division.
  • the low level of inrush current required by 1 * electromagnet contributes to reducing the dimensioning and the cost of the electronic device previously described.
  • FIG. 1 represents the block diagram of a contactor control device according to the invention.
  • FIGS. 2A, 2B, 2C respectively show the signal delivered by the reference circuit, the signal delivered by the pulse duration modulator and the current flowing in the coil of the electromagnet when the contactor is actuated.
  • FIG. 3 is the block diagram of a variant of the control device.
  • the control device 10 illustrated in FIG. 1 is associated with the coil B of an electromagnet E belonging to an electrical switching device C which could be constituted by a relay but which is preferably a contactor.
  • Contactor C is connected to a DC or AC voltage source S; the control device of 10 is arranged to operate even if the nature or the voltage of the source changes, this being the case if the contactor is connected to a network, for example from 24 to 48 volts, or from 110 to 220 volts or 380 to 660 volts in alternating current or 100 to 400 volts in direct current, and it includes, for this purpose, a double alternation rectifier 11.
  • the control device 10 comprises a MOS transistor switch 12 whose drain-source circuit is in series with the coil B and whose gate G is connected to a servo circuit 13 delivering a low power signal cut at high frequency.
  • the control device 10 aims to ensure the closing and opening of the contactor C in response to the on and off orders from an I / O output module of a programmable logic controller PC, by means of an electrical or optical link. , or coming from another control member associated with the contactor and capable of delivering a signal at very low level.
  • a voltage step-down circuit 14 is included in the control device 10 and it is connected to the DC voltage terminals V__ stabilized and insensitive to transients, for example of 12 or 14 volts.
  • a freewheeling diode 15 is arranged in parallel with the coil B.
  • the servo circuit 13 has a pulse width modulator 15 at a fixed frequency of a few tens of KHz, for example 20 KHz, and with a duty cycle which is continuously variable as a function of the error signal resulting from the comparison between a current setpoint signal delivered by a setpoint circuit 16 and an actual current signal produced by a measuring element 17 of the current flowing in the coil B.
  • the modulator 15 can also be a pulse frequency modulator.
  • the measuring element 17 can be a resistor in series with the switching MOS transistor 12 or preferably a current mirror circuit which can be combined by integration with the MOS transistor.
  • the setpoint circuit 16 is a contour generator capable of delivering a setpoint signal I c at two levels I C1 , I C2 (FIG. 2A) whose rise time at level cl , the holding time at level I, and the descent time at level I p - are respectively designated by tt 2 and tg. These times, in particular t ⁇ _ and t 2 r are predeter ⁇ mined and easily modifiable to take account of the characteristics of the electromagnet and of the contactor. The sum of the times t, and t- is preferably greater than the time necessary to obtain the bonding of the mobile part of the electromagnet E in response to the rise of the setpoint signal. It can, in certain cases, be lower than it to reduce the hammering of the contacts.
  • An input 16a of the reference circuit 16 is connected to the voltage step-down circuit 14 to receive the lowered voltage V n _ so that the circuit 16 uses it after having checked it; on the other hand, an input 16b of circuit 16 is connected to a DC terminal of rectifier 11 in order to control the voltage level of the source, for example 110 or 220 volts, and an input 16c of circuit 16 is connected to a photocoupler 18 itself connected by electrical conductors 18a (FIG. 1) or by an optical fiber 18b (FIG. 3) to the card or to the I / O output module of the programmable automate PC. It goes without saying that the on / off control of the device 10 can be carried out either by means of an isolated signal at low level from a control system different from the represented automaton, or upstream of the rectifier 11 at by means of a suitable switch.
  • the low power signal S G (FIG. 2B) leaving the PWM modulator to attack the gate of the MOS transistor is cut at a constant frequency of 20 kHz, therefore at constant period T, with a duty cycle modulated as indicated in FIG. 2B by the error signal resulting from the compa ⁇ reason between the setpoint contour I_ and the effective current signal I_ ( Figure 2C) read by element 17, this error signal conventionally affecting a sawtooth signal or triangular.
  • the high frequency of the PWM modulator makes it possible to obtain a very fine cutting of the current in the coil of the electro ⁇ magnet, the magnetic circuit of which can therefore be without drawback made of thick sheet metal and exclude the need for a turn of Grander.
  • the setpoint circuit 20 shown in FIG. 3 presents an input 20a for controlling the voltage V DD delivered by the voltage step-down 14, an input 20b connected by a link 21 to one of the continuous terminals of the rectifier bridge
  • the link 21 includes two resistors in parallel R, and R 2 , the resistor R 2 being switched on or off by means
  • the detection of the decrease in voltage by the setpoint circuit is ensured for example both at 110 and at 220 volts by simply moving the jumper
  • the setpoint circuit 20 comprises a filter 20d, the time constants of which are asymmetrical when the rectified voltage transmitted to the input 20b rises and falls; this allows the control device not to react to the micro-cuts of the source S, without however delaying the implementation of the contactor for a fairly low source voltage.
  • a comparator 23 has been shown, a first input 23a of which receives the signal I "from the reference circuit 20 and a second input 23b of which is connected to the element 17 to receive the signal I"; the resulting error signal is superimposed on a triangular or sawtooth signal to produce a series of pulses with continuously modulated duty cycle.
  • the electromagnet 30 of FIG. 1 is in the form of a pot of axis X-X comprising a fixed cylinder head 31 and a frame in the form of a movable cap 32; the coil B is housed in respective annular recesses 31a, 32a of the yoke 31 and of the movable frame 32.
  • the yoke and the frame 31, 32 each have a flange 31b, 32b developed radially towards the outside in planes perpendicular to the axis XX, so as to form polar expansions which extend the polar surfaces of appeal.
  • the electromagnet 30 can be combined with the high frequency switching electronic control device described to operate with reduced ampere-turns and a relatively current consumption. weak, however providing the necessary flow.
  • the cylinder head and the pot frame may have a generally parallelepiped shape; they are however preferably machined in a part of general shape of revolution, substantially cylindrical, to best use the flux created by the reduced ampere-turns delivered by the MOS switch.
  • the magnetic circuit of the electromagnet 40 comprises a yoke 41 in the form of an asymmetrical double T and an armature with a peripheral ring 42 movable along the axis XX and surrounding the upper T 43; the wings of the lower T 44 of the magnetic circuit terminate in an annular chamfer 45, while the ring 42 has, opposite this chamfer, a corresponding truncated front edge 46 so as to constitute a frustoconical annular air gap e.
  • a cylindrical annular air gap e 2 is provided between the radially inner surface of the ring 42 and the radially outer face of the wings of the upper T 43. This electromagnet is more fully described in patent application No. 84 11704 of July 24, 1984 of the Applicant .
  • a toric or annular elastic damping means not indicated may be provided between the fixed and movable parts of the electromagnet.
  • the magnetic circuits of the electromagnets illustrated in FIGS. 1 and 3 are made of thick sheet which is weakly leafed or not laminated; they do not have a phase shift ring and the large area polar surfaces are not ground.
  • the MOS switch can be constituted by any static switch member with insulated gate.

Abstract

Dispositif de commande de la bobine d'électroaimant d'un appareil de communication, comprenant un commutateur à transistor MOS (12) en série avec la bobine (B), un redresseur double alternance (11) alimentant la bobine, un générateur de signal ayant un circuit d'asservissement (13) relié à un élément de lecture du courant dans la bobine et délivrant au commutateur un signal de commande ayant un niveau d'appel et un niveau de maintien, et un circuit abaisseur de tension (14) relié aux bornes continues de la bobine. Le circuit d'asservissement (13) est relié à la grille du transistor MOS et maintient le courant (IB) de la bobine à un niveau indepéndant de la tension de la source.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE BOBINE D'ELECTRO¬ AIMANT ET APPAREIL ELECTRIQUE DE COMMUTATION EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF.
La présente invention concerne un dispositif électronique de commande d'une bobine d'électroaimant appartenant à un appareil électrique de commutation. Elle concerne également l'appareil électrique, tel qu'un contacteur, équipé de ce dispositif électronique et de l'électroaimant commandé par celui-ci.
Pour commander un électroaimant de contacteur, il est parfois souhaitable de disposer d'un circuit électronique pourvu d'un commutateur en série avec la bobine de l'élec¬ troaimant, ce commutateur étant commandé par le circuit de façon à assurer successivement, dans la bobine, un niveau élevé de courant dit d'appel, puis un peu avant le collage ou dès le collage de l'armature mobile de l'électroaimant, un niveau plus faible dit de maintien afin de minimiser la consommation de courant et la dissipation thermique.
Il est connu d'utiliser, pour commander des électroaimants de relais ou d'électrovalves, des dispositifs hacheurs qui sont associés au commutateur et sont mis en œuvre après une durée déterminée d'application du courant d'appel, afin d'abaisser le courant de bobine à son niveau de maintien. Cependant, ces dispositifs sont difficilement adaptables à la commande des contacteurs et ils obligent à recourir à un relais d'interfaçage entre le circuit électronique de commande et le contacteur.
En outre, les dispositifs connus manquent de la souplesse parfois requise pour la mise en œuvre des contacteurs ; ils sont, en particulier, inaptes à une exploitation indifféren¬ te en courant continu ou en courant alternatif et, de plus, interdisent de brancher le contacteur auquel ils sont asso¬ ciés sur un réseau alternatif, soit de 110 volts, soit de 220 volts, par exemple, ou sur une source de tension conti¬ nue par exemple comprise entre 100 et 400 volts.
En particulier, il est connu d'après le brevet US-3 549 955 d'utiliser, pour commander une bobine d*électroaimant, un commutateur constitué par un transistor bipolaire dont la base est commandée par un comparateur de tension ; ce compa¬ rateur compare une tension, fonction du courant qui parcourt la bobine, avec une tension de consigne susceptible de prendre deux valeurs successives. Le courant d'appel dans la bobine est cependant obtenu au moyen d'un palier fixe de tension, tandis que le courant de maintien est produit par l'application de créneaux de tension de valeur fixe a la base du transistor.
Du fait même de sa constitution, ce système est rigide et il ne peut fonctionner de manière satisfaisante avec diverses tensions d'alimentation, si ce n'est par la substitution de nombreux composants.
La présente invention a notamment pour but de permettre la commande d'un électroaimant d'appareil électrique de commu¬ tation, plus spécifiquement de contacteur, au moyen d'un dispositif autorisant l'alimentation de la bobine de l'élec- troaimant avec un courant d'appel puis un courant plus faible de maintien, à partir d'une tension continue ou alternative dont la variation dans une plage prédéterminée reste sans effet sur la constitution du dispositif.
Elle a également pour but de permettre de commander le courant dans la bobine par un découpage à haute fréquence de la tension appliquée à celle-ci à l'aide d'un dispositif électronique à faible consommation de courant et à dissipa¬ tion thermique réduite, ce dispositif pouvant être commandé par un signal isolé de très faible puissance.
Elle a enfin pour but de combiner, dans un même appareil électrique de commutation, un dispositif de découpage à grande dynamique d'alimentation et à faible consommation de courant avec un électroaimant à courant continu, simple et peu coûteux, à ampères-tours réduits et à faible échauffe- ment.
L'invention concerne un dispositif électronique de commande d'une bobine d1électroaimant pour appareil électrique de commutation relié à une source de tension, comprenant un commutateur statique disposé en série avec la bobine de l'électroaimant et un générateur de signal doté d'un circuit d'asservissement relié à un élément de lecture du courant qui circule dans la bobine, le circuit d'asservissement délivrant à une électrode de commande du commutateur, en réponse à un ordre de commutation, un signal de commande présentant un niveau d'appel correspondant à une phase d'appel, puis après une temporisation au niveau de maintien obtenu par hachage et correspondant à une phase de maintien de l'électroaimant.
Selon l'invention, le dispositif comprend :
- un redresseur double alternance dont les bornes alternati- ves sont reliées à la source de tension et dont les bornes continues sont reliées à la bobine,
- un circuit abaisseur de tension relié aux bornes continues du redresseur et agencé pour délivrer au circuit d'asser- vissement une tension continue réduite et indépendante de la tension de la source dans une plage prédéterminée de ladite tension de source,
- le circuit d'asservissement étant relié à l'électrode de commande du commutateur et agencé pour maintenir tant dans la phase d'appel que dans la phase de maintien le courant de la bobine à un niveau indépendant de la tension de la source.
Il en résulte que le même électroaimant peut être commandé par le même dispositif électronique branché sur un réseau alternatif 24 ou 48 volts, 110 ou 220 volts, ou bien 380 ou 660 volts, ou encore sur une source continue de 100 à 400 volts, pratiquement sans aucune modification des cons¬ tituants du dispositif de commande.
Le commutateur statique peut comprendre au moins un transis¬ tor bipolaire ou un montage Darlington ou, de préférence, un transistor MOS.
Le circuit d'asservissement peut avantageusement comprendre un modulateur d'impulsions, par exemple à rapport cyclique variable et à haute fréquence fixe de l'ordre de quelques dizaines de KHz, recevant d'un circuit de consigne à généra¬ teur de contour un signal de consigne à deux niveaux indé¬ pendants de la tension de la source, et recevant de l'élé¬ ment de lecture du courant, notamment constitué par une résistance ou par un circuit miroir de courant, un signal représentatif du courant effectif dans la bobine. Il convient de remarquer qu'un tel asservissement contribue à répondre au but proposé puisqu'il détermine dans la bobine un courant programmé indépendant de la tension de la source.
Le générateur de contour du circuit d'asservissement peut comprendre un moyen d'élaboration du niveau d'appel du signal de consigne, un moyen de temporisation du signal à son niveau d'appel pendant une durée déterminée et un moyen d'élaboration du niveau de maintien du signal de consigne. On peut de préférence prévoir un organe de validation du circuit de consigne, cet organe mettant en marche et au repos le circuit de consigne en réponse à un signal à bas niveau délivré par voie électrique ou optique par un système de commande, notamment une sortie d'automate programmable ; l'organe de validation comprend un élément d'isolement, par exemple un photocoupleur, qui permet d'isoler le signal bas niveau pilotant le dispositif de commande, de sorte que les perturbations de ce dernier n'affectent pas le système de commande.
Lorsque le dispositif électronique de commande associé au contacteur est du type à détection de baisse de tension, le circuit de consigne peut avantageusement comprendre un comparateur dont une première entrée reçoit un signal de tension fixe délivré par le circuit abaisseur de tension et dont une deuxième entrée reçoit un signal de tension sensi¬ blement indépendant de la tension nominale de la source mais sensible aux fluctuations de celle-ci, la sortie du compara- teur mettant le signal de consigne à son niveau de repos lorsque la tension de la source descend au-dessous d'un seuil prédéterminé.
D'autre part, pour insensibiliser le dispositif de commande aux microcoupures de la tension de la source, il peut être prévu un filtre à constantes de temps dissymétriques à la montée et à la descente de la tension de la source, ce filtre étant disposé entre une borne continue du redresseur double alternance et le circuit de consigne. Enfin, le circuit de consigne peut être muni d'un moyen de surveillan¬ ce de la tension réduite délivrée par le circuit abaisseur de tension, ce moyen de surveillance portant le signal de consigne à son niveau de repos lorsque la tension réduite descend au-dessous d'un seuil déterminé.
L'invention concerne également un appareil électrique de commutation susceptible d'opérer en courant continu ou en courant alternatif et équipé du circuit de commande décrit et d'un électroaimant du type à courant continu simplifié, notamment par son circuit magnétique en tôle épaissefaible- ent ou non feuilleté et par l'absence de bague de déphasa¬ ge, et utilisant un nombre d'ampères-tours réduit tout en présentant une section d'appel importante. Le faible niveau du courant d'appel nécessité par 1*électroaimant concourt à réduire le dimensionnement et le coût du dispositif électro¬ nique précédemment décrit.
La description ci-après d'un mode de réalisation, effectué à titre d'exemple non limitatif avec référence aux dessins annexés, va mieux expliciter les avantages de l'invention.
La figure 1 représente le schéma synoptique d'un dispositif de commande de contacteur conforme à l'invention.
Les figures 2A, 2B, 2C montrent respectivement le signal délivré par le circuit de consigne, le signal délivré par le modulateur de durée d'impulsions et le courant circulant dans la bobine de 1*électroaimant lors d'un actionnement du contacteur.
La figure 3 est le schéma synoptique d'une variante du dispositif de commande.
Le dispositif de commande 10 illustré par la figure 1 est associé à la bobine B d'un électroaimant E appartenant à un appareil électrique de commutation C qui pourrait être constitué par un relais mais qui est de préférence un contacteur. Le contacteur C est raccordé à une source de tension S continue ou alternative ; le dispositif de comman¬ de 10 est agencé pour fonctionner même si la nature ou la tension de la source changent, ceci étant le cas si l'on raccorde le contacteur à un réseau, par exemple de 24 à 48 volts, ou de 110 à 220 volts ou de 380 à 660 volts en courant alternatif ou de 100 à 400 volts en courant continu, et il comporte, à cet effet, un redresseur double alternance 11. Le dispositif de commande 10 comprend un commutateur à transistor MOS 12 dont le circuit drain-source est en série avec la bobine B et dont la grille G est connectée à un circuit d'asservissement 13 délivrant un signal de faible puissance découpé à haute fréquence. Le dispositif de commande 10 vise à assurer la fermeture et l'ouverture du contacteur C en réponse aux ordres marche et arrêt provenant d'un module de sortie E/S d'un automate programmable PC, au moyen d'une liaison électrique ou optique, ou provenant d'un autre organe de commande associé au contacteur et suscepti¬ ble de délivrer un signal à très faible niveau.
Un circuit abaisseur de tension 14 est inclus dans le dispo¬ sitif de commande 10 et il est relié aux bornes de tension continue V__ stabilisée et insensible aux transitoires, par exemple de 12 ou 14 volts.
Une diode de roue libre 15 est disposée en parallèle à la bobine B.
Le circuit d'asservissement 13 présente un modulateur 15 de largeur d'impulsions à fréquence fixe de quelques dizaines de KHz, par exemple 20 KHz, et à rapport cyclique variable de manière continue en fonction du signal d'erreur résultant de la comparaison entre un signal de consigne de courant délivré par un circuit de consigne 16 et un signal de courant effectif produit par un élément de mesure 17 du courant circulant dans la bobine B. Le modulateur 15 peut également être un modulateur de fréquence d'impulsions.
L'élément de mesure 17 peut être une résistance en série avec le transistor MOS de commutation 12 ou de préférence un circuit miroir de courant associable par intégration avec le transistor MOS.
Le circuit de consigne 16 est un générateur de contour susceptible de délivrer un signal de consigne Ic à deux niveaux IC1, IC2 (figure 2A) dont le temps de montée au niveau cl, le temps de maintien au niveau I , et le temps de descente au niveau Ip- sont respectivement désignés par t t2 et tg. Ces temps, notamment t^_ et t2r sont prédéter¬ minés et facilement modifiables pour tenir compte des carac- téristiques de l'électroaimant et du contacteur. La somme des temps t, et t- est de préférence supérieure au temps nécessaire pour obtenir le collage de la partie mobile de l'électroaimant E en réponse à la montée du signal de consi¬ gne. Elle peut, dans certains cas, lui être inférieure pour diminuer le martelage des contacts.
Une entrée 16a du circuit de consigne 16 est reliée au circuit abaisseur de tension 14 pour recevoir la tension abaissée Vn_ afin que le circuit 16 utilise celle-ci après l'avoir vérifiée ; d'autre part, une entrée 16b du circuit 16 est reliée à une borne continue du redresseur 11 afin de contrôler le niveau de tension de la source, par exemple 110 ou 220 volts, et une entrée 16c du circuit 16 est reliée à une photocoupleur 18 lui-même relié par des conducteurs électriques 18a (figure 1) ou par une fibre optique 18b (figure 3) à la carte ou au module de sortie E/S de l'auto¬ mate programmable PC. Il va de soi que la commande marche- arrêt du dispositif 10 peut s'effectuer soit au moyen d'un signal isolé à faible niveau à partir d'un système de commande différent de l'automate représenté, soit en amont du redresseur 11 au moyen d'un interrupteur adéquat.
Le signal de faible puissance SG (figure 2B) sortant du modulateur PWM pour attaquer la grille du transistor MOS est découpé à fréquence constante de 20 KHz donc à période T constante, avec un rapport cyclique modulé comme l'indique la figure 2B par le signal d'erreur résultant de la compa¬ raison entre le contour de consigne I_ et le signal de courant effectif I_ (figure 2C) lu par l'élément 17, ce signal d'erreur affectant de manière classique un signal en dents de scie ou triangulaire. La haute fréquence du modulateur PWM permet d'obtenir un découpage très fin du courant dans la bobine de l'électro¬ aimant, dont le circuit magnétique peut dès lors être sans inconvénient réalisé en tôle épaisse et exclure la nécessité 5 d'une spire de Frager.
Il convient d'observer que le découpage à 20 KHz est effec¬ tué aussi bien dans la phase d'appel t,, t2 définie par le générateur de contour que dans la phase de maintien. 0
Le circuit de consigne 20 représenté sur la figure 3 présen¬ te une entrée 20a de contrôle de la tension VDD délivrée par l'abaisseur de tension 14, une entrée 20b reliée par une liaison 21 à l'une des bornes continues du pont redresseur
15 double alternance 11 et une entrée 20c reliée au photocou¬ pleur 18.
La liaison 21 comprend deux résistances en parallèle R, et R2, la résistance R2 étant mise en ou hors circuit au moyen
20 d'un cavalier 22. Ceci permet de ramener à l'entrée 20b du circuit de consigne la tension à un niveau sensiblement indépendant du niveau nominal de la tension de la source S, mais variant avec les fluctuations de cette tension. Il en résulte que, lorsque la bobine B de l'électroaimant doit
25 être désalimentée en cas de baisse de la tension de la source au-dessous d'une fraction déterminée de sa tension nominale, la détection de la diminution de tension par le circuit de consigne est assurée par exemple aussi bien en 110 qu'en 220 volts par le simple déplacement du cavalier
30 22.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, le circuit de consigne 20 comprend un filtre 20d dont les constantes de temps sont dissymétriques à la montée et à la descente de la 35 tension redressée transmise à l'entrée 20b ; ceci permet au dispositif de commande de ne pas réagir aux microcoupures de la source S, sans toutefois retarder la mise en œuvre du contacteur pour une tension de source assez faible. De plus, il est prévu dans le circuit de consigne 20, un moyen 20e de surveillance de la tension de commande délivrée par le circuit abaisseur de tension 14, ce moyen 20e provoquant la mise à zéro du signal de consigne lorsque la tension de commande descend au-dessous d'un seuil prédéterminé.
Dans le modulateur 15 a été représenté un comparateur 23 dont une première entrée 23a reçoit le signal I„ du circuit de consigne 20 et dont une deuxième entrée 23b est reliée à l'élément 17 pour recevoir le signal I„ ; le signal d'erreur résultant est superposé à un signal triangulaire ou en dents de scie pour produire une suite d'impulsions à rapport cyclique modulé de manière continue.
L'electroaimant 30 de la figure 1 est en forme de pot d'axe X-X comportant une culasse fixe 31 et une armature en forme de chapeau mobile 32 ; la bobine B est logée dans des évide- ments annulaires respectifs 31a, 32a de la culasse 31 et de l'armature mobile 32. La culasse et l'armature 31, 32 présentent chacune une collerette 31b, 32b développée radia- lement vers l'extérieur dans des plans perpendiculaires à l'axe X-X, de manière à former des épanouissements polaires qui étendent les surfaces polaires d'appel. Comme conséquen¬ ce de cet agencement, dans un contacteur de calibre donné, l'electroaimant 30 peut être combiné au dispositif électro¬ nique de commande à découpage haute fréquence décrit pour fonctionner avec des ampères-tours réduits et une consomma¬ tion de courant relativement faible en fournissant cependant le flux nécessaire.
La culasse et l'armature du pot peuvent présenter une forme générale parallélépipédique ; elles sont cependant de préférence usinées dans une pièce de forme générale de révolution, sensiblement cylindrique, pour utiliser, au mieux, le flux créé par les ampères-tours réduits délivrés par le commutateur MOS. Dans la variante de la figure 3, le circuit magnétique de l'electroaimant 40 comprend une culasse 41 en forme de double T dissymétrique et une armature à bague périphérique 42 déplaçable selon l'axe X-X et entourant le T supérieur 43 ; les ailes du T inférieur 44 du circuit magnétique se terminent par un chanfrein annulaire 45, tandis que la bague 42 présente en regard de ce chanfrein un bord frontal tron- conique 46 correspondant de façon à constituer un entrefer annulaire tronconique e. augmentant la section d'appel. Un entrefer annulaire cylindrique e2 est prévu entre la surface radialement intérieure de la bague 42 et la face radialement extérieure des ailes du T supérieur 43. Cet électroaimant est plus amplement décrit dans la demande de brevet No 84 11704 du 24 Juillet 1984 de la Demanderesse.
Le choix de l'electroaimant à grandes surfaces d'appel du type illustré par les figures 1 et 3 permet corrélativement d'utiliser un dispositif électronique de commande délivrant un courant d'appel réduit, donc de puissance réduite et de faible coût.
Un moyen torique ou annulaire d'amortissement élastique non indiqué peut être prévu entre les parties fixe et mobile de 1'électroaimant.
Les circuits magnétiques des électroaimants illustrés par les figures 1 et 3 sont en tôle épaisse faiblement feuille¬ tée ou non feuilletée ; ils sont dépourvus de bague de déphasage et les surfaces polaires à grande aire ne sont pas rectifiées.
On peut apporter au mode de réalisation des modifications sans sortir du cadre de l'invention. Le commutateur MOS peut être constitué par tout organe commutateur statique à grille isolée.

Claims

Revendications de brevet
1. Dispositif électronique de commande d'une bobine d'électroaimant pour appareil électrique de commutation relié à une source de tension, comprenant un commutateur statique disposé en série avec la bobine de l'electroaimant et un générateur de signal doté d'un circuit d'asservisse¬ ment relié à un élément de lecture du courant qui circule dans la bobine, le circuit d'asservissement délivrant à une électrode de commande du commutateur, en réponse à un ordre de commutation, un signal de commande présentant un niveau d'appel correspondant à une phase d'appel, puis après une temporisation un niveau de maintien obtenu par hachage et correspondant à une phase de maintien de l'electroaimant, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un redresseur double alternance (11) dont les bornes alternatives sont reliées à la source de tension (S) et dont les bornes continues sont reliées à la bobine (B) ,
- un circuit abaisseur de tension (14) relié aux bornes continues du redresseur et agencé pour délivrer au circuit d'asservissement (13) une tension continue (Vn_) réduite et indépendante de la tension de la source dans une plage prédéterminée de ladite tension de source,
- le circuit d'asservissement (13) étant relié à l'électrode de commande du commutateur statique et agencé pour main¬ tenir, tant dans la phase d'appel que dans la phase de maintien, le courant (I ) de la bobine à un niveau indé¬ pendant de la tension de la source,
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement (13) comprend un modulateur d'impulsions (15) susceptible de délivrer à l'électrode de commande du commutateur statique, un signal de commande (SG) découpé à haute fréquence aussi bien dans la phase d'appel que dans la phase de maintien.
3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur statique est un commu¬ tateur à transistor MOS (12) .
4. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modulateur (15) est un modulateur de largeur d'impulsions (PWM) à fréquence fixe et à rapport cyclique variable.
5. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement (13) comprend un circuit de consigne à générateur de contour (16) présentant un moyen d'élaboration du niveau d'appel (ICτ) du signal de commande (SG) , un moyen de temporisation du signal à son niveau d'appel pendant une durée prédéterminée et un moyen d'élaboration du niveau de maintien (IC2) du signal de commande.
6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de consigne, est relié à une première entrée (23a) d'un comparateur (23) associé au modu¬ lateur de largeur d'impulsions (15), tandis que l'élément de lecture du courant (17) est relié à une deuxième entrée (23b) du comparateur, le signal d'erreur du comparateur adaptant la modulation du rapport cyclique pour que le courant de bobine (Iβ) soit celui fixé par le générateur de contour (16) du circuit de consigne.
7. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un organe de validation est relié au circuit de consigne pour délivrer à celui-ci un signal de validation en réponse à un signal de commande à bas niveau isolé.
8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de validation comprend un photocoupleur (18) électriquement relié à un module de sortie (E/S) d'un automate programmable (PC).
9. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de validation comprend un photocoupleur (18) relié par fibre optique (18b) à un module de sortie (E/S) d'automate programmable (PC).
10. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de mesure de courant (17) est un circuit miroir de courant.
11. Dispositif de commande selon la revendication 5, du type à détection de baisse de tension, caractérisé en ce que le circuit de consigne comprend un comparateur dont une première entrée (20a) reçoit un signal de tension fixe réduite du circuit abaisseur de tension (14) et dont une deuxième entrée (20b) reçoit un signal de tension sensiblement indépendant de la tension nominale de la source mais sensible aux fluctuations de celle-ci, la sortie du comparateur mettant le signal de consigne à son niveau de repos lorsque la tension de la source descend au- dessous d'un seuil prédéterminé.
12. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un filtre (20d) à constantes de temps dissymétriques à la montée et à la descente de la tension de la source (S) est disposé entre une borne continue du redresseur double alternance (11) et le circuit de consigne (20).
13. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de consigne (20) comprend un moyen de surveillance de la tension réduite délivrée par le circuit abaisseur de tension (14) , ce moyen de surveil¬ lance portant le signal de consigne (Ir) à son niveau de repos lorsque la tension réduite descend au-dessous d'un seuil.
14. Appareil électrique de commutation à électroaimant muni du circuit électronique de commande selon la reven¬ dication 13, caractérisé en ce que l'electroaimant (E) est du type à courant continu et présente une bobine (B) à faibles ampè¬ res-tours tout en étant doté de surfaces polaires périphéri¬ ques à grande section d'appel.
15. Appareil électrique de commutation selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'electroaimant (30) est en forme de pot et présente une culasse fixe (31) et une armature en forme de chapeau (32) , la culasse et le chapeau comportant chacun une collerette (31b, 32b) développée radialement vers l'extérieur pour étendre les surfaces polaires d'appel.
16. Appareil électrique de commutation selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'electroaimant est du type à armature en forme de bague mobile (42) à bord frontal chanfreiné (46) présentant un faible entrefer annulaire tronconique (e, ) , un faible entrefer annulaire cylindrique (e2) et une grande section tronconique d'appel.
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