WO2012136899A1 - Dispositif actif de lecture de l'etat d'un contact sec sous haute tension - Google Patents

Dispositif actif de lecture de l'etat d'un contact sec sous haute tension Download PDF

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WO2012136899A1
WO2012136899A1 PCT/FR2011/050777 FR2011050777W WO2012136899A1 WO 2012136899 A1 WO2012136899 A1 WO 2012136899A1 FR 2011050777 W FR2011050777 W FR 2011050777W WO 2012136899 A1 WO2012136899 A1 WO 2012136899A1
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WO
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transformer
primary winding
electrical circuit
capacitor
winding
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Application number
PCT/FR2011/050777
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English (en)
Inventor
Marc Wuillemin
Guy BOUYJOU
Pierre Leroy
Original Assignee
Leroy Automation
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/60—Auxiliary means structurally associated with the switch for cleaning or lubricating contact-making surfaces
    • H01H1/605—Cleaning of contact-making surfaces by relatively high voltage pulses

Definitions

  • the present invention relates to a reduced-dissipation device having a first electrical circuit connected in series across a secondary winding of a transformer having a primary winding and a secondary winding, an actuating contactor and at least one resistor.
  • a device is for the present invention applied to a device for reading the state of a dry contact under high voltage.
  • a dry contact is a mechanical device for closing an electrical circuit. Its insensitivity to voltage variations and the various disturbances affecting electrical circuits have popularized them in the industrial world and in the world of embedded electronics. They are currently used to transmit binary information via electromechanical devices such as pushbuttons, relay outputs, switches, bimetallic strips, etc.
  • conductive metal surfaces which are brought into contact (closed position) or not (open position). These metal surfaces can oxidize and have degraded or non-existent contact in the closed position when the oxide layer is sufficiently thick to be insulating. To avoid this defect, it is necessary to apply, when closing the contact, a voltage across the contact capable of causing the breakdown of the oxide layer and to pass, when the contact is closed, an electric current sufficient (a minimum of 5 mA to 20 mA depending on the voltage) to maintain a contact temperature capable of preventing condensation and thus oxidation of the surfaces in contact.
  • the state of the art teaches using a resistor in the dry contact sensing device to maintain this minimum current when the dry contact is closed.
  • the power dissipated in the resistance can become important and require substantial thermal evacuation means when there is concentration of this type of device, as in the case of automata or calculators.
  • the present invention proposes to improve the principles to provide other advantages, particularly in terms of reliability, electromagnetic immunity and electrical insulation.
  • the invention consists of a reduced-dissipation active device comprising a first electrical circuit connected in series across a secondary winding of a transformer comprising a primary winding and a secondary winding, an actuating contactor and at least one a resistance,
  • a second electrical circuit connecting at least one capacitor across at least one of said two primary and secondary windings of said transformer
  • a third electrical circuit connecting in series to a fraction of said primary winding of the transformer, a first divider bridge, a reference terminal to the electrical earth of the device and at least one current limiting resistor,
  • a fourth electrical circuit connecting in series to the terminals of said primary winding of the transformer a second divider bridge, said reference terminal to the electrical ground of the device and said current limiting resistors,
  • Measuring means for measuring the oscillation frequency of said transformer and its comparison to two predetermined ranges respectively defining the two states of said actuating contactor.
  • the resistance of the first electrical circuit represents for example the wiring resistor of said actuating contactor in industrial installations and the capacitor or capacitors of the second electrical circuit have the role of tuning said transformer so that the latter is resonant. to optimally transmit the energy provided by the output of said operational amplifier.
  • said operational amplifier according to the principle of the Hartley Oscillator allows the transformer to auto-oscillate and the frequency of this oscillation varies depending on whether the actuating switch is open or closed.
  • the measurement of this frequency by said measuring means and its comparison to appropriate thresholds give a binary image of the position of said contactor.
  • Connecting the output of the operational amplifier to a fraction of the primary winding of the transformer has the function of reducing the damping of the resonance of said transformer, damping due to the low impedance of this type of oscillator.
  • the device according to the invention is active, that is to say it provides the energy required to obtain the holding current in said actuating switch when it is closed.
  • the voltage across the secondary winding of the charged transformer is then low and the dissipated thermal power greatly reduced.
  • said transformer being empty, provides a sufficient voltage across said contactor to cause the breakdown of the oxide layer contacts of the latter when it closes.
  • the device according to the invention makes it possible to measure the state of said actuating contactor whatever the potential to which one of its terminals can be connected.
  • the measuring means placed on all or part of the primary winding of the transformer and the supply means are isolated from said actuating contactor, eliminating the use of protections and isolation devices, thus allowing very high isolation.
  • said second circuit comprises a first and a second said capacitor respectively connected to the secondary and primary windings of said transformer, with values such that said transformer is resonant.
  • said second circuit comprises at least one capacitor connected across the secondary winding of said transformer, with values such that said transformer is resonant and provided that the magnetic circuit of said transformer is without air gap, no capacitor not connected across the primary winding of said transformer.
  • said second circuit comprises at least one capacitor connected across the primary winding of said transformer, with values such that said transformer is resonant, no capacitor being connected to the terminals of the secondary winding said transformer.
  • said measurement means are connected to the terminals of the primary winding of the transformer or to the terminals of said fraction of the primary winding of the transformer.
  • said primary fraction of said transformer is between 10 and 35% of the entire primary winding of said transformer.
  • said measuring means making it possible to measure the oscillation frequency of said transformer and its comparison with two predetermined ranges respectively defining the two states of said actuating contactor, comprise an FPGA type logic circuit.
  • said power supply means of the operational amplifier provide the latter with a voltage Vcc + and a voltage Vcc- symmetrical whose midpoint is connected to said electrical ground.
  • FIG. 1 represents an electrical diagram of the prior art of a device making it possible to avoid the oxidation of the contactors.
  • FIG. 2 represents a circuit diagram of the prior art corresponding to an active device with reduced dissipation according to the French patent FR2831893.
  • FIG. 3 represents a first exemplary embodiment of an active device with reduced dissipation and high isolation using, according to the present invention, the self-oscillation of a transformer as a detector of the position of said actuating contactor.
  • the device shown applies in particular to a logic input interface circuit 6 of a PLC or an industrial computer (not shown).
  • the battery 2 supplies the logic input 6 of the PLC via a contactor 1 and resistors 4 and 5 constituting the measuring bridge of the input signal.
  • a resistor 3 placed in shunt after the contactor ensures the passage in the latter of a current equal to the voltage of the battery 2 divided by the value of the resistor 3.
  • the resistor 3 makes it possible, by choosing its appropriate value, to adjust the current required under the voltage of the battery 2. This assembly is repeated as many times as there are information inputs in the electronic device.
  • the active device with reduced dissipation applies to an interface circuit 18 of the logic input 14 of a PLC or an industrial computer (not shown).
  • the battery 11 supplies the logic input 14 via a contactor 10 and the resistors 12 and 13 constitute the measurement bridge of the input signal and calibrated so that the current flowing therethrough is low.
  • the holding circuit 19 is connected across the contactor 10 and includes a battery 17 and a resistor 15 calibrated so that the current flowing therein is sufficient to prevent the contacts of the contactor 10 from oxidizing.
  • a diode 16 isolates the batteries 11 and 17 when the contactor 10 is open. When, for reasons of cost, the battery 17 is shared in the circuits of several inputs, they cease to be isolated and a difference in voltage between the different batteries 11 can bring a degradation of the device.
  • the illustrated exemplary embodiment of the device according to the present invention proposes to use a principle similar to that illustrated in FIG. 2, but by making the device totally independent of the voltage that may be present in FIGS. terminals of the actuating switch 21.
  • a first electrical circuit 40 puts in series the actuating contactor 21, the resistor 22 (representing for example the resistance of said first electrical circuit in the industrial installations) and the secondary winding of the transformer 24.
  • a first capacitor 23 is advantageously connected across the secondary winding 36 of the transformer 24 and a second capacitor 25 is advantageously connected to the terminals of the primary winding 37, thus advantageously forming a second electric circuit 41.
  • the first 23 and second 25 capacitors advantageously forming the second 41 electric circuit as shown in Figure 3, have the function of tuning the transformer 24 in a resonant mode.
  • the second 41 electrical circuit advantageously comprises a capacitor 23, preferably single, connected across the secondary winding 36 of the transformer 24, with values such that the transformer 24 is resonant and provided that the magnetic circuit of the transformer 24 is without air gap, no capacitor being connected across the primary winding 37 of the transformer 24.
  • the second electrical circuit advantageously comprises a capacitor 25, preferably single, connected across the primary winding 37 of the transformer 24, with values such that the transformer 24 is resonant, no capacitor being connected across the secondary winding 36 of the transformer 24.
  • a third electrical circuit 43 puts in series, at the terminals 29 and 31 of a fraction of the primary winding 37 of the transformer 24, two resistors 33 and 34 forming a first divider bridge, a reference terminal 30 to the electrical earth of the device and a current limiting resistor 26.
  • This fraction 38 of the primary winding 37 of the transformer 24, taken for the example between the end 29 and an intermediate point 31 of the winding of this primary winding of the transformer 24, is calculated so as to reduce as much as possible the damping due to to the low impedance of an operational amplifier 27 which will be described later.
  • a fourth electrical circuit 44 puts in series at the terminals 28 and 29 of the primary winding 37 of the transformer 24 two resistors 32 and 35 forming a second divider bridge, said reference terminal 30 to the electrical ground of the device and said limiting resistor of the current 26.
  • a fifth electrical circuit 45 connects the input 'e-' of the operational amplifier 27 to the midpoint of said first divider bridge formed by the resistors 33 and 34 of the third circuit 43, the input 'e +' at the midpoint of said second bridge divider constituted by the resistors 32 and 35 of the fourth circuit 44, the output of said operational amplifier 27 to the terminal 31 of the fraction of the primary winding 37 of the transformer 24.
  • the operational amplifier 27 is advantageously powered by two symmetrical voltages Vcc + and Vcc- whose midpoint is connected to said electrical ground, the latter not being shown here for convenience.
  • Said operational amplifier 27 maintains the oscillations of the transformer 24 by supplying a current passing through the terminals 29 and 31 of the fraction 38 of the primary winding of the transformer 24 and by the current limiting resistor 26.
  • the reaction necessary for the oscillation is brought back to the input e + of the operational amplifier 27 by the divider bridge constituted by the resistors 32 and 35.
  • a limitation of the output amplitude is achieved by the feedback by looping back the output signal on the divider bridge constituted by the resistors 33 and 34.
  • the resistor 26 limits the output current of the operational amplifier 27 during transient phases such as the start of oscillations.
  • the oscillation frequency of the transformer 24 is low when the actuating switch 21 is open and high when the latter is closed.
  • the measuring means 46 compares the voltage between the terminals 29 and 31 of the fraction 38 of the primary winding of the transformer 24 to an appropriate voltage reference to obtain the image of these oscillations in the form of a train of pulses. Logic frequency identical to the frequency of the oscillations of the transformer 24. The counting of these pulses per unit of time gives the value of the frequency of the oscillations of the transformer 24.
  • said oscillation frequency is less than a first predetermined value
  • said contactor d actuation 21 is read in the open position
  • said oscillation frequency is greater than a second predetermined value
  • said actuating switch 21 is read in the closed position.
  • said measuring means 46 comprise a comparator for comparing said voltage between terminals 29 and 31 with an appropriate voltage reference and an FPGA for counting the resulting logical pulses per unit of time. and comparing the result to said predetermined values.
  • a transformer 24 consisting of two coils of 200 turns each and a suitable ferrite core and a supply voltage of the operational amplifier 27 of ⁇ 8V
  • the actuation switch 21 is A breakdown voltage of 16 V and an oscillation frequency of the 86 Khz transformer which, compared to the predetermined value 90 Khz, gives the confirmation of the open position of the contactor is opened.
  • a holding current of 36 mA and a transformer oscillation frequency of 132 Khz are obtained which, compared to the predetermined value 120 Khz, gives the confirmation of the closed position of the contactor.

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  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Dispositif actif comportant: Un premier (40) circuit connectant en série aux bornes d'un enroulement (36) secondaire d'un transformateur (24), un contacteur d ' actionnement (21) et une résistance (22), Un deuxième (41) circuit connectant un condensateur (23, 25) aux bornes d' enroulements primaire (36) ou secondaire (37) dudit transformateur (24), Un troisième circuit (43) connectant en série à une fraction (38) dudit enroulement primaire, un premier pont diviseur (33, 34), une borne (30) de référencement et une résistance (26), Un quatrième circuit e (44) connectant en série aux bornes dudit enroulement primaire un deuxième pont diviseur (32,35), ladite borne (30) et lesdites résistances (26), Un cinquième circuit (45) raccordant les entrées 'e-' et ' e+ ' d'un amplificateur opérationnel (27) aux points milieux desdits premier (33, 34) et deuxième (32, 35) ponts diviseurs et la sortie à ladite fraction (38) de l'enroulement primaire, Des moyens de mesure (46)

Description

DISPOSITIF ACTIF DE LECTURE DE L'ETAT D'UN CONTACT SEC
SOUS HAUTE TENSION
La présente invention se rapporte à un dispositif à dissipation réduite comportant un premier circuit électrique connectant en série aux bornes d'un enroulement secondaire d'un transformateur comportant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, un contacteur d'actionnement et au moins une résistance. Un tel dispositif est pour la présente invention appliqué à un dispositif de lecture de l'état d'un contact sec sous haute tension.
Un contact sec est un dispositif mécanique permettant de fermer un circuit électrique. Son insensibilité aux variations de tension et aux différentes perturbations affectant les circuits électriques les ont popularisé dans le monde industriel et dans le monde de l'électronique embarquée. Ils sont couramment exploités pour transmettre une information binaire via des dispositifs électromécaniques comme les boutons poussoirs, les sorties de relais, les interrupteurs, les bilames, etc.
Ils sont réalisés de manière connue à partir de surfaces métalliques conductrices qui sont mises en contact (position fermée) ou non (position ouverte). Ces surfaces métalliques peuvent s'oxyder et présenter un contact dégradé ou inexistant en position fermée lorsque la couche d'oxyde est suffisamment épaisse pour être isolante. Pour éviter ce défaut, il est nécessaire d'appliquer, lors de la fermeture du contact, une tension aux bornes du contact capable de provoquer le claquage de la couche d'oxyde et de faire passer, lorsque le contact est fermé, un courant électrique suffisant (un minimum de 5 mA à 20 mA suivant la tension) pour maintenir une température de contact apte à empêcher la condensation et donc l'oxydation des surfaces en contact.
L'état de l'art enseigne d'utiliser une résistance dans le dispositif de détection du contact sec servant à maintenir ce courant minimum lorsque le contact sec est fermé. En cas de fortes tensions - comme dans le ferroviaire ou la distribution d'énergie, par exemple - la puissance dissipée dans la résistance peut devenir importante et nécessiter des moyens d'évacuation thermique conséquents quand il y a concentration de ce type de dispositif, comme dans le cas d'automates ou de calculateurs.
Des solutions ont été avancées pour pallier ce problème. Le brevet français FR2782184, déposé le 4 août 1998, propose un dispositif à échauffement réduit et à récupération d'énergie électrique, pour éviter la dissipation thermique et plutôt que de dégrader l'énergie, la transférer vers un second étage chargé de restituer l'énergie à l'alimentation du dispositif de détection. Un tel dispositif comporte plusieurs transformateurs, transistor de hachage et diode qui augmentent d'autant le coût du dispositif.
Dans le brevet français FR2831893 déposé le 7 novembre 2001 par la société LEROY Automatique Industrielle, le courant dans le contact sec est indépendant du circuit de mesure car maintenu à l'aide d'une alimentation secondaire continue dont la faible tension réduit fortement la dissipation thermique du dispositif.
La présente invention se propose d'en améliorer les principes pour apporter d'autres avantages, notamment en terme de fiabilité, d'immunité électromagnétique et d'isolement électrique.
D'une manière générale, elle consiste à remplacer l'alimentation secondaire continue par une alimentation alternative isolée par un transformateur et de détecter le changement d'état du contact sec par la variation de fréquence induits sur le primaire de ce transformateur.
Plus précisément, l'invention consiste en un dispositif actif à dissipation réduite comportant un premier circuit électrique connectant en série aux bornes d'un enroulement secondaire d'un transformateur comportant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, un contacteur d'actionnement et au moins une résistance,
caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre :
• Un deuxième circuit électrique connectant au moins un condensateur aux bornes d'au moins un desdits deux enroulements primaire et secondaire dudit transformateur,
• Un troisième circuit électrique connectant en série à une fraction dudit enroulement primaire du transformateur, un premier pont diviseur, une borne de référencement à la masse électrique du dispositif et au moins une résistance de limitation du courant,
· Un quatrième circuit électrique connectant en série aux bornes dudit enroulement primaire du transformateur un deuxième pont diviseur, ladite borne de référencement à la masse électrique du dispositif et lesdites résistances de limitation du courant,
• Un cinquième circuit électrique raccordant les deux entrées 'e-' et 'e+' d'un amplificateur opérationnel respectivement aux points milieux desdits premier et deuxième ponts diviseurs et la sortie dudit amplificateur opérationnel à ladite fraction du primaire dudit transformateur,
• Des moyens d'alimentation dudit amplificateur opérationnel,
· Des moyens de mesure permettant la mesure de la fréquence des oscillations dudit transformateur et sa comparaison à deux plages prédéterminées définissant respectivement les deux états dudit contacteur d'actionnement.
Dans la présente invention, la résistance du premier circuit électrique représente par exemple la résistance de câblage dudit contacteur d'actionnement dans les installations industrielles et le ou les condensateurs du deuxième circuit électrique ont pour rôle d'accorder ledit transformateur afin que ce dernier soit résonnant pour transmettre de façon optimale l'énergie apportée par la sortie dudit amplificateur opérationnel.
Le montage dudit amplificateur opérationnel selon le principe de l'Oscillateur de Hartley permet au transformateur de auto-osciller et la fréquence de cette oscillation varie selon que le contacteur d'actionnement est ouvert ou fermé. La mesure de cette fréquence par lesdits moyens de mesure et sa comparaison à des seuils appropriés donnent une image binaire de la position dudit contacteur. Le raccordement de la sortie de l'amplificateur opérationnel à une fraction de l'enroulement du primaire du transformateur a pour fonction de réduire l'amortissement de la résonance dudit transformateur, amortissement dû à la faible impédance de ce type d'oscillateur.
À l'instar du brevet FR2831893, le dispositif selon l'invention est actif, c'est- à-dire qu'il fournit l'énergie nécessaire à l'obtention du courant de maintien dans ledit contacteur d'actionnement lorsque celui-ci est fermé. La tension aux bornes de l'enroulement du secondaire du transformateur chargé est alors faible et la puissance thermique dissipée fortement réduite. Lorsque le contacteur d'actionnement est ouvert, ledit transformateur, étant à vide, fournit une tension suffisante aux bornes dudit contacteur pour provoquer le claquage de la couche d'oxyde des contacts de ce dernier lorsqu'il se referme.
Le dispositif selon l'invention permet de mesurer l'état dudit contacteur d'actionnement quel que soit le potentiel auquel peut être raccordée l'une de ses bornes.
Du fait de la présence du transformateur, les moyens de mesure placés sur tout ou partie de l'enroulement du primaire du transformateur et les moyens d'alimentation sont isolés par rapport au dit contacteur d'actionnement, supprimant le recours aux protections et aux dispositifs d'isolement, autorisant ainsi des isolements très élevés.
Selon une caractéristique avantageuse, ledit deuxième circuit comprend un premier et un deuxième dits condensateurs, respectivement connectés sur les enroulements secondaire et primaire dudit transformateur, avec des valeurs telles que ledit transformateur soit résonant.
Selon une alternative à la caractéristique précédente, ledit deuxième circuit comprend au moins un condensateur connecté aux bornes de l'enroulement secondaire dudit transformateur, avec des valeurs telles que ledit transformateur soit résonant et à condition que le circuit magnétique dudit transformateur soit sans entrefer, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement primaire dudit transformateur.
Selon une alternative aux deux caractéristiques précédentes, ledit deuxième circuit comprend au moins un condensateur connecté aux bornes de l'enroulement primaire dudit transformateur, avec des valeurs telles que ledit transformateur soit résonant, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement secondaire dudit transformateur.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de mesure sont connectés aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur ou aux bornes de ladite fraction de l'enroulement primaire du transformateur.
Selon une caractéristique avantageuse, ladite fraction du primaire dudit transformateur est comprise entre 10 et 35 % de la totalité de l'enroulement primaire dudit transformateur.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de mesure, permettant la mesure de la fréquence des oscillations dudit transformateur et sa comparaison à deux plages prédéterminées définissant respectivement les deux états dudit contacteur d'actionnement, comprennent un circuit logique de type FPGA.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel fournissent à ce dernier une tension Vcc+ et une tension Vcc- symétriques dont le point milieu est raccordé à ladite masse électrique.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation d'un dispositif actif à dissipation réduite selon l'invention, accompagnée de dessins annexés, exemple donné à titre il lustratif non limitatif.
La figure 1 représente un schéma électrique de l'art antérieur d'un dispositif permettant d'éviter l'oxydation des contacteurs.
La figure 2 représente un schéma électrique de l'art antérieur correspondant à un dispositif actif à dissipation réduite selon le brevet français FR2831893.
La figure 3 représente un premier exemple de réalisation d'un dispositif actif à dissipation réduite et à fort isolement utilisant, selon la présente invention, l'auto- oscillation d'un transformateur comme détecteur de la position dudit contacteur d'actionnement.
Sur la figure 1, le dispositif représenté s'applique notamment à un circuit d'interface d'entrée logique 6 d'automate ou de calculateur industriel (non représenté). La batterie 2 alimente l'entrée logique 6 de l'automate via un contacteur 1 et des résistances 4 et 5 constituant le pont de mesure du signal d'entrée. Une résistance 3 placée en dérivation après le contacteur permet d'assurer le passage dans ce dernier d'un courant égal à la tension de la batterie 2 divisée par la valeur de la résistance 3. Dans la branche du circuit comportant les résistances 4 et 5, le courant qui les traverse est petit devant le courant traversant la résistance 3 et ne suffirait pas à empêcher les contacts du contacteur de s'oxyder. La résistance 3 permet, par le choix de sa valeur appropriée, d'ajuster le courant nécessaire sous la tension de la batterie 2. Ce montage est répété autant de fois qu'il y a d'entrées d'information dans le dispositif électronique.
Sur la figure 2, le dispositif actif à dissipation réduite s'applique à un circuit 18 d'interface de l'entrée logique 14 d'un automate ou d'un calculateur industriel (non représenté) . La batterie 11 alimente l'entrée logique 14 via un contacteur 10 et des résistances 12 et 13 constituent le pont de mesure du signal d'entrée et calibré de façon que le courant qui y passe soit faible. Le circuit de maintien 19 est connecté aux bornes du contacteur 10 et comprend une batterie 17 et une résistance 15 calibrée de façon que le courant qui y circule soit suffisant pour empêcher les contacts du contacteur 10 de s'oxyder. En choisissant une tension de batterie 17 dix fois inférieure à celle de la batterie 11, la dissipation thermique du dispositif est divisée par dix. Une diode 16 isole les batteries 11 et 17 lorsque le contacteur 10 est ouvert. Lorsque, pour des raisons de coût, la batterie 17 est mutualisée dans les circuits de plusieurs entrées, celles-ci cessent d'être isolées et une différence de tension entre les différentes batteries 11 peut amener une dégradation du dispositif.
Sur la figure 3, l'exemple de mode de réalisation représenté du dispositif selon la présente invention se propose d'utiliser un principe similaire à celui qui est illustré sur la figure 2, mais en rendant le dispositif totalement indépendant de la tension éventuellement présente aux bornes du contacteur d'actionnement 21.
Un premier 40 circuit électrique met en série le contacteur d'actionnement 21, la résistance 22 (représentant par exemple la résistance dudit premier circuit électrique dans les installations industrielles) et l'enroulement secondaire du transformateur 24.
Un premier condensateur 23 est avantageusement connecté aux bornes de l'enroulement secondaire 36 du transformateur 24 et un deuxième condensateur 25 est avantageusement connecté aux bornes de l'enroulement primaire 37, formant ainsi avantageusement un deuxième 41 circuit électrique.
Les premiers 23 et deuxième 25 condensateurs, formant avantageusement le deuxième 41 circuit électrique comme représenté sur la figure 3, ont pour fonction d'accorder le transformateur 24 selon un mode résonant.
De manière alternative (non représentée), le deuxième 41 circuit électrique comprend avantageusement un condensateur 23, de préférence unique, connecté aux bornes de l'enroulement secondaire 36 du transformateur 24, avec des valeurs telles que le transformateur 24 soit résonant et à condition que le circuit magnétique du transformateur 24 soit sans entrefer, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24.
De manière alternative (non représentée), le deuxième 41 circuit électrique comprend avantageusement un condensateur 25, de préférence unique, connecté aux bornes de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24, avec des valeurs telles que le transformateur 24 soit résonant, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement secondaire 36 du transformateur 24.
Un troisième circuit électrique 43 met en série, aux bornes 29 et 31 d'une fraction de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24, deux résistances 33 et 34 formant un premier pont diviseur, une borne de référencement 30 à la masse électrique du dispositif et une résistance 26 de limitation du courant. Cette fraction 38 de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24, prise pour l'exemple entre l'extrémité 29 et un point intermédiaire 31 du bobinage de cet enroulement primaire du transformateur 24, est calculée de façon à réduire au maximum l'amortissement dû à la faible impédance d'un amplificateur opérationnel 27 qui sera décrit plus loin.
Un quatrième circuit électrique 44 met en série aux bornes 28 et 29 de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24 deux résistances 32 et 35 formant un deuxième pont diviseur, ladite borne de référencement 30 à la masse électrique du dispositif et ladite résistance de limitation du courant 26.
Un cinquième circuit électrique 45 connecte l'entrée 'e-' de l'amplificateur opérationnel 27 au point milieu dudit premier pont diviseur constitué par les résistances 33 et 34 du troisième circuit 43, l'entrée 'e+' au point milieu dudit deuxième pont diviseur constitué par les résistances 32 et 35 du quatrième circuit 44, la sortie dudit amplificateur opérationnel 27 à la borne 31 de la fraction de l'enroulement primaire 37 du transformateur 24. L'amplificateur opérationnel 27 est avantageusement alimenté par deux tensions symétriques Vcc+ et Vcc- dont le point milieu est raccordé à ladite masse électrique, ces dernières n'étant pas représentées ici pour plus de commodité. Ledit amplificateur opérationnel 27 entretient les oscillations du transformateur 24 en fournissant un courant passant par les bornes 29 et 31 de la fraction 38 de l'enroulement primaire du transformateur 24 et par la résistance de limitation du courant 26. La réaction nécessaire à l'oscillation est ramenée à l'entrée e+ de l'amplificateur opérationnel 27 par le pont diviseur constitué par les résistances 32 et 35. Une limitation de l'amplitude de sortie est réalisée par la contre-réaction en rebouclant le signal de sortie sur le pont diviseur constitué par les résistances 33 et 34. La résistance 26 limite le courant de sortie de l'amplificateur opérationnel 27 lors des phases transitoires telles que le démarrage des oscillations.
En application du montage de Hartley, la fréquence des oscillations du transformateur 24 est basse lorsque le contacteur d'actionnement 21 est ouvert et haute lorsque ce dernier est fermé. Les moyens de mesure 46 comparent la tension entre les bornes 29 et 31 de la fraction 38 de l'enroulement primaire du transformateur 24 à une référence de tension appropriée pour obtenir l'image de ces oscillations sous la forme d'un train d'impulsions logiques de fréquence identique à la fréquence des oscillations du transformateur 24. Le comptage de ces impulsions par unité de temps donne la valeur de la fréquence des oscillations du transformateur 24. Lorsque ladite fréquence des oscillations est inférieure à une première valeur prédéterminée, ledit contacteur d'actionnement 21 est lu en position ouverte, lorsque ladite fréquence des oscillations est supérieure à une deuxième valeur prédéterminée, ledit contacteur d'actionnement 21 est lu en position fermée. Bien que non détaillés dans la figure 3, lesdits moyens de mesure 46 comprennent un comparateur pour comparer ladite tension entre les bornes 29 et 31 à une référence de tension appropriée et un FPGA pour effectuer le comptage par unité de temps des impulsions logiques qui en résultent et comparer le résultat aux dites valeurs prédéterminées.
En utilisant pour l'exemple un transformateur 24 constitué de deux bobines de 200 spires chacune et d'un noyau ferrite approprié et une tension d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 27 de ± 8V, on obtient lorsque le contacteur d'actionnement 21 est ouvert une tension de claquage de 16 V et une fréquence d'oscillation du transformateur de 86 Khz qui, comparée à la valeur prédéterminée 90 Khz, donne la confirmation de la position ouverte du contacteur. Lorsque le contacteur est fermé, on obtient un courant de maintien de 36 mA et une fréquence d'oscillation du transformateur de 132 Khz qui, comparée à la valeur prédéterminée 120 Khz, donne la confirmation de la position fermée du contacteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif actif à dissipation réduite comportant un premier (40) circuit électrique connectant en série aux bornes d'un enroulement (36) secondaire d'un transformateur (24) comportant un enroulement primaire (37) et un enroulement secondaire (36), un contacteur d'actionnement (21) et au moins une résistance (22),
caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre :
• Un deuxième (41) circuit électrique connectant au moins un condensateur (23, 25) aux bornes d'au moins un desdits deux enroulements primaire (36) et secondaire (37) dudit transformateur (24),
• Un troisième circuit électrique (43) connectant en série à une fraction (38) dudit enroulement primaire du transformateur (24), un premier pont diviseur (33, 34), une borne (30) de référencement à la masse électrique du dispositif et au moins une résistance (26) de limitation du courant,
• Un quatrième circuit électrique (44) connectant en série aux bornes dudit enroulement primaire du transformateur un deuxième pont diviseur (32,35), ladite borne (30) de référencement à la masse électrique du dispositif et lesdites résistances (26) de limitation du courant,
· Un cinquième circuit électrique (45) raccordant les deux entrées 'e-' et 'e+' d'un amplificateur opérationnel (27) respectivement aux points milieux desdits premier (33, 34) et deuxième (32, 35) ponts diviseurs et la sortie dudit amplificateur opérationnel à ladite fraction (38) de l'enroulement primaire dudit transformateur (24),
· Des moyens d'alimentation dudit amplificateur opérationnel (27),
• Des moyens de mesure (46) permettant la mesure de la fréquence des oscillations dudit transformateur (24) et sa comparaison à deux plages prédéterminées définissant respectivement les deux états dudit contacteur d'actionnement (21).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième (41) circuit électrique comprend au moins un premier (23) et au moins un deuxième (25) dits condensateurs, respectivement connectés sur les enroulements secondaire (36) et primaire (37) dudit transformateur (24), avec des valeurs telles que ledit transformateur soit résonant.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième (41) circuit électrique comprend au moins un condensateur (23) connecté aux bornes de l'enroulement secondaire (36) dudit transformateur (24), avec des valeurs telles que ledit transformateur (24) soit résonant et à condition que le circuit magnétique dudit transformateur (24) soit sans entrefer, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement primaire (37) dudit transformateur (24) .
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième (41) circuit électrique comprend au moins un condensateur (25) connecté aux bornes de l'enroulement primaire (37) dudit transformateur (24), avec des valeurs telles que ledit transformateur soit résonant, aucun condensateur n'étant connecté aux bornes de l'enroulement secondaire (36) dudit transformateur (24).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (46) sont connectés aux bornes dudit enroulement primaire (37) ou aux bornes de ladite fraction (38) de l'enroulement primaire du transformateur (24).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite fraction (38) de l'enroulement primaire du transformateur (24) est comprise entre 10 et 35 % de la totalité de l'enroulement primaire (37) dudit transformateur (24) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel (27) fournissent à ce dernier une tension Vcc+ et une tension Vcc- symétriques dont le point milieu est raccordé à ladite masse électrique.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (46), permettant la mesure de la fréquence des oscillations dudit transformateur et sa comparaison à deux plages prédéterminées définissant respectivement les deux états dudit contacteur d'actionnement, comprennent un circuit logique de type FPGA.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2782184A1 (fr) 1998-08-04 2000-02-11 Soprano Dispositif d'entree logique a recuperation d'energie pour un automatisme industriel
FR2831893A1 (fr) 2001-11-07 2003-05-09 Leroy Automatique Ind Dispositif actif a dissipation reduite pour circuits electriques, notamment d'automate ou de calculateur industriel
FR2948812A1 (fr) * 2009-07-29 2011-02-04 Leroy Automation Dispositif actif de lecture de contact sec sous haute tension

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