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Module de contrôle électronique d'un disjoncteur.
L'invention concerne un module de contrôle électronique d'un disjoncteur, en particulier d'un disjoncteur magnéto-thermique, ce module comprenant un boîtier, au 'moins un capteur monté dans ce boîtier et mesurant le courant ou une grandeur proportionnelle au courant dans au moins un conducteur de phase, un déclencheur monté dans le boîtier et un dispositif de commande électronique monté dans le boîtier entre le ou les capteurs et le déclencheur, ce dispositif de commande commandant ce déclencheur.
Un module de contrôle électronique a une faible dérive en température et sera donc beaucoup moins vite déclassé qu'un disjoncteur magnéto-thermique classique. En plus l'électronique est plus souple à l'usage et permet par exemple un réglage aisé du calibre.
L'invention a pour but d'offrir un module de contrôle électronique pour ajouter des fonctions à un disjoncteur, en particulier à un disjoncteur magnéto-thermique, ou pour reprendre une partie des fonctions de ce dernier, tout en permettant une protection sûre ainsi qu'un usage varié et aisé.
Ce but est atteint selon l'invention parce que le boîtier comprend un espace apte à recevoir le disjoncteur, et que le module de contrôle électronique comprend un élement de liaison pour assurer la liaison mécanique avec le disjoncteur.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le boîtier comprend une base pourvue à l'extérieur de
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moyens pour le fixer sur un rail et, du côté de l'espace, d'un relief formant un rail pour la fixation du disjoncteur.
Le boîtier peut comprendre une paroi creuse montée sur la base et délimitant l'espace susdit, cette paroi étant pourvue d'une fenêtre pour au moins un conducteur de phase et éventuellement de neutre, le ou les capteurs susdits étant montés dans cette paroi.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un module de contrôle électronique d'un disjoncteur. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et ne limite pas l'invention. Les chiffres de référence se rapportent aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une vue d'en haut d'un module de contrôle électronique selon l'invention couplé à un disjoncteur magnéto-thermique ; la figure 2 représente une vue latérale selon la flèche F2 de la figure 1, mais sans le disjoncteur magnéto-thermique ; la figure 3 représente une vue latérale selon la flèche F3 de la figure 1, également sans le disjoncteur magnétique ;
la figure 4 représente un diagramme schématique du module selon les figures précédentes. la figure 5 représente un schéma électrique plus détaillé d'une partie du bloc de mesure du diagramme de la figure précédente ;
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la figure 6 représente un schéma électrique plus détaillé du bloc de programmation des calibres du diagramme de la figure 4 ; la figure 7 représente un schéma électrique plus détaillé du bloc de traitements du diagramme de la figure 4 ; la figure 8 représente un schéma électrique plus détaillé d'un bloc de détection de court-circuit du diagramme de la figure 4 ; la figure 9 représente un schéma électrique plus détaillé d'un bloc de signalisation du dépassement du courant nominal, du diagramme de la figure 4.
Le module de contrôle électronique selon l'invention représenté aux figures est en fait un dispositif pour ajouter des fonctions à un disjoncteur magnéto-thermique 1 qui peut être de construction connue, modulaire ou pas, triphasé ou pas. Ci-après il a été supposé que ce disjoncteur est triphasé.
Le module de contrôle comporte un boîtier 2 composé d'une base rectangulaire 3 et de deux parois creuses 4 et 5 s'élevant sur cette base le long de deux côtés adjacents. L'espace 6 au-dessus de la base 3 est limité par les deux parois 4 et 5 et est dimensionné pour recevoir le disjoncteur magnéto-thermique 1 susdit.
Comme le montre surtout la figure 2, la face extérieure de la base 3 est pourvue d'une rainure 7 et de deux doigts 8 à ressort faisant saillie dans cette rainure, afin de permettre le montage de la base 3 sur un rail DIN. La face opposée de la base 3, délimitant l'espace 6 susdit, est
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pourvue d'un relief 9 formant un rail, par exemple un rail DIN ou un rail asymétrique, et permettant la fixation du disjoncteur 1 susdit sur la base 3 comme on le fixerait sur un rail.
Sur le bord de la paroi 4 éloigné de la base 3, deux commutateurs rotatifs à plusieurs positions 10 et 11 sont montés, pour déterminer un calibre bas et un calibre haut.
A côté de chaque commutateur, une diode 12 émettrice de lumière est montée. Sur le bord susdit est également monté un commutateur manuel 13 pour instaurer un calibre fixe, par exemple un calibre très bas.
La paroi creuse 5 est pourvue de quatre fenêtres 14 permettant le passage des trois conducteurs 15 de phase et du neutre 16 qui sont fixés de manière usuelle aux bornes du disjoncteur 1. Les trois conducteurs 15 sont entourés à l'intérieur de la paroi 5 par un circuit magnétique 17, dans l'entrefer duquel est placé un capteur à effet Hall 18 mesurant le champ magnétique engendré par le courant traversant le conducteur 15 correspondant, comme représenté à la figure 3.
Entre les fenêtres 14 et la base 3, des fentes 19 sont prévues dans la paroi 5 pour laisser libre l'échappement des gaz du disjoncteur 1.
Le module électronique selon l'invention est lié mécaniquement au disjoncteur magnéto-thermique 1 à l'aide de moyens de liaison mécanique 20, c'est-à-dire un axe de liaison traversant la face intérieure de la paroi 4. Cet axe est commandé par un déclencheur 21 qui, lorsque le module électronique commande le déclenchement, commande le déclencheur du disjoncteur magnéto-thermique 1 qui assure
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l'interruption matérielle des conducteurs 15 et du neutre 16 sans que le reste du disjoncteur 1 doive intervenir.
A l'intérieur de la base 3 et des deux parois 4 et 5 se trouvent des cartes portant les composants électroniques formant le dispositif de commande du disjoncteur électronique faisant l'objet de l'invention.
L'alimentation de ce dispositif de commande se fait de manière non-représentée par des ressorts pressés sur une partie dégagée des bornes du disjoncteur magnéto-thermique 1, en aval du disjoncteur.
Dans la paroi 4 est encore monté un connecteur 22 permettant de connecter le dispositif de commande à la sortie d'un récepteur de télécommande, qui est monté sur le même tableau que le disjoncteur et qui reçoit un signal fourni par exemple par le fournisseur de courant.
Comme le montre le diagramme de la figure 4, le dispositif de commande électronique comprend, outre les capteurs 18 et le déclencheur 21, un bloc de mesure 23, un bloc de programmation des calibres 24, un bloc de traitements 25, un bloc de détection de court-circuit 26 et un bloc de signalisation de dépassement du courant nominal 27.
Le bloc de mesure 23 comprend trois redresseurs double alternance 28 connectés aux sorties des trois capteurs 18.
Les trois tensions redressées des redresseurs 28 sont appliquées sur trois diodes de précision 29, dont les anodes sont reliées ensemble. Chaque redresseur 28, dont le schéma électrique détaillé est représenté à la figure 5, comprend essentiellement un amplificateur opérationel 30 et une résistance réglable 31 pour le réglage de la sensibilité. A la sortie 32 du bloc de mesure 23, on trouve
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une tension qui est l'image du courant le plus élevé des trois phases.
Le bloc de programmation des calibres 24, montré en détail à la figure 6, comprend un amplificateur à gain programmable formé par un amplificateur inverseur 33 à l'entrée duquel est monté une résistance 36 et deux séries de cinq résistances 34 ou 35 de contre réaction. Le gain dépend du rapport entre le ou les résistances 34 ou 35 et la résistance 36. Le choix de la série est déterminé par deux commutateurs 37, en série avec les séries et dont la position ouverte ou fermée est commandée par un signal télécommandé envoyé par le conducteur 38 relié au connecteur 22 susdit. Dans chaque série, les résistances 34 ou 35 sont en parallèle et quatre des résistances 34 ou 35 sont en série avec un contact d'un des commutateurs susdits 10 et 11.
Quatre résistances 34 sont mises séparément ou ensemble hors circuit ou pas en fonction de la position du commutateur 10 déterminant ainsi le calibre bas et quatre résistances 35 sont mises hors circuit ou pas par le commutateur 11 déterminant le calibre haut.
Le signal télécommandé est également appliqué à un circuit 39 comprenant les diodes 12 susdites de manière que l'une ou l'autre des diodes 12 s'allume, selon qu'une ou plusieurs des résistances 34 déterminant le calibre bas ou une ou plusieurs résistances 35 déterminant le calibre haut, sont mises en circuit.
La sortie de l'amplificateur 33 est raccordée à un circuit 40 servant à prendre la valeur maxima du courant et comprenant une diode 41 ayant pour résultat un courant continu au lieu d'un courant pulsé.
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Les séries de résistances 34 et 35 et les commutateurs 37 sont shuntés par un circuit électrique 42 dans lequel est montée une résistance 43 et formant des moyens pour déterminer un calibre fixe. Le commutateur manuel 13 susdit est du type inverseur et interrompt ou bien le circuit 42 ou bien l'entrée des résistances. Lorsque le commutateur 13 est mis dans la position dans laquelle il met en circuit la résistance 43 et hors circuit les résistances 34 et 35, le courant nominal devient le calibre fixe.
Il est évident que le calibre du disjoncteur magnéto-thermique 1 doit être supérieur au calibre le plus haut possible du bloc de programmation des calibres 24.
Ainsi, en cas de surcharge, le disjoncteur magnéto-thermique 1 n'interviendra pas, sauf en cas de défaillance de l'électronique ou en cas de court-circuit.
La partie thermique du disjoncteur 1 n'est donc qu'une protection de secours contre une surcharge, puisqu'elle n'intervent que lorsque le module électronique est défaillant et n'intervent pas. Il est par conséquent même possible de prévoir à l'avenir un disjoncteur 1 dépourvu de partie thermique.
Le bloc de traitements 25, dont le schéma électrique est représenté à la figure 7, comprend essentiellement un intégrateur 44 assurant la fonction thermique et relié à la sortie 45 du circuit 40 susdit, et un comparateur 46 connecté à l'intégrateur 44 et provoquant l'action du déclencheur 21 lorsque le niveau de sortie de l'intégrateur atteint le dépassement maximum admis. La sortie du comparateur 46 est connectée via une diode 47 au déclencheur 21. L'intégrateur 44 est composé d'un amplificateur opérationnel 48 et de composants passifs, c'est-à-dire trois résistances 49 et une capacité 50. Les constantes de temps d'intégration sont étudiées pour
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reproduire au mieux les caractéristiques d'échauffement du dispositif à protéger contre les surcharges.
Le comparateur
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46 placé derrière l'intégrateur compare en permanence le signal intégré I/IN au seuil de déclenchement (par exemple 1, 15 I/IN). si le signal intégré atteint ce seuil, une impulsion est envoyée au déclencheur 21 et les contacts principaux s'ouvrent. Les constantes de temps de l'intégrateur 44 retardent les déclenchements en cas de surcharge et donc si la surcharge est de courte durée, la tension de sortie de l'intégrateur n'a pas le temps d'atteindre le seuil de déclenchement et le dispositif électronique ne commande pas de déclenchement.
Le bloc de traitements 25 peut comprendre également un circuit 51 de détection d'un dépassement important du courant nominal (par exemple 2,5 IN), ce circuit 51 modifiant la constante de temps de l'intégrateur 44 lorsque la sortie du circuit 51 est active.
Les blocs susdits 23,24 et 25, mais sans le commutateur 13, la résistance 43 et le circuit 42, constituent les circuits de base. Le commutateur 13, la résistance 43 et le circuit 42 constituent une première option. Les blocs 26 et 27 constituent d'autres options.
Le bloc de détection de court-circuit 26 ajuste le seuil de déclenchement magnétique en fonction du courant de réglage. Par ce bloc, le déclenchement magnétique est géré par l'électronique. Le seuil de déclenchement est proportionnel au courant de réglage IN.
Ce bloc 26 comprend essentiellement deux comparateurs 52 et 53 montés en parallèle et détectant la présence de court-circuits. Le premier comparateur 52 est connecté à la sortie 32 du bloc de mesure 23 et détecte si est
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égal à ou plus grand que le seuil de court-circuit normal. Le deuxième comparateur 53 est connecté à une sortie spéciale 54 du bloc de programmation des calibres 24, cette sortie étant connectée à la sortie de l'amplificateur 33 et donnant la valeur absolue du courant. Ce comparateur 53 détecte si cette valeur absolue du courant est supérieure au seuil de court-circuit maximum.
Les deux comparateurs 52 et 53 sont reliés à une porte OU inverseur 55, qui donne un signal lorsqu'un au moins des comparateurs 52 et 53 est activé. Cette porte 55 peut être directement connectée au déclencheur 21, mais de préférence, elle est connectée à un circuit de sélectivité 56 comprenant deux circuits de temporisation 57 et 58, comme représenté à la figure 8. La sortie de la porte OU 55 alimente d'une part une deuxième porte OU inverseur 59 et d'autre part le premier circuit de temporisation 57 qui comprend un timer mono-stable dont la période est (0,5. y. T-x) ms, par exemple 9, 5 ms.
Lorsque sa sortie repasse à l'état stable, le deuxième circuit de temporisation 58, comprenant un timer mono-stable dont la période est 2x ms, est démarré. si dans cette période, le court-circuit est toujours présent, une impulsion est donnée à travers un inverseur 60 à une entrée de la porte OU 59 susdite et lorsque la porte OU donne également une impulsion, le déclencheur 21 est activé.
Pour les court-circuits de fortes intensités, c'est le disjoncteur magnéto-thermique 1 qui assure le déclenchement, instantanément sans se préoccuper du dispositif électronique, afin de limiter l'intégrale de Joule r2t.
Le bloc de signalisation 27 a pour but de détecter une surcharge avant le déclenchement du disjoncteur et donc
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d'avertir le consommateur d'un risque de déclenchement. Ce bloc 27, dont le schéma électrique détaillé est représenté à la figure 9, comprend deux comparateurs 61 et 62, une porte ET 63 alimentée par ces comparateurs et un circuit de signalisation 64 connecté à la sortie de cette porte 62.
Le premier comparateur 61 est connecté à la sortie du circuit 40 du bloc de programmation des calibres 24 et compare le signal non intégré, c'est-à-dire un signal à variation instantanée, à un seuil correspondant à IN.
Lorsque le seuil est dépassé, ou I/IN est égale à 1 ou plus, la sortie du comparateur 61 bascule.
Le deuxième comparateur 62 est relié à la sortie de l'intégrateur 44 du bloc de traitements 25, et compare le signal intégré, c'est-à-dire un signal à variation lente, à un seuil correspondant à IN'Lorsque ce seuil est dépassé, la sortie du comparateur 62 bascule.
Lorsque les sorties des deux comparateurs 61 et 62 sont actives en même temps et signalent donc un dépassement, la porte ET 63 envoie un signal au circuit de signalisation 64. Ce circuit comprend une diode Zener 65, pour changer le seuil de commutation, un transistor 66 dont la base est reliée à la diode 65, et un dispositif de signalisation 67 monté en série avec le collecteur du transistor 66. Le dispositif de signalisation devient actif lorsqu'un courant de base circule dans le transistor 66, c'est-à-dire lorsque les deux comparateurs 61 et 62 sont activés.
En cas de l'apparition d'une surcharge, le premier comparateur 61 suit la montée du courant et devient actif instantanément lorsque le courant atteint IN. Le deuxième comparateur 62 ne devient actif que lorsque le signal intégré atteint IN. Pendant le temps qui s'écoule entre
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les instants d'activation des deux comparateurs, la signalisation reste inactive. Des surcharges de courte durée sont donc possibles sans activer la signalisation. Le dispositif de signalisation 67 devient actif à l'instant ou la sortie de deuxième comparateur 62 bascule. L'activation du dispositif de signalisation 67 peut provoquer le délestage automatique de charges.
Lorsque la surcharge disparaît, par exemple à cause du délestage, le courant redevient inférieur à IN et la sortie du premier comparateur 61 retourne immédiatement à son état inactif et la signalisation se désactive.
Le module de contrôle électronique décrit ci-dessus ajoute des fonctions au disjoncteur magnéto-thermique 1 ou reprend même des fonctions de ce disjoncteur. Il permet un réglage aisé de plusieurs calibres. La commutation d'un calibre réglé à un autre peut se faire aussi bien localement que par commande à distance.
Il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-devant, mais que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans pour autant sortir du cadre de la demande de brevet.
Le module électronique ne doit pas nécessairement être triphasé. Il peut par exemple être monophasé, dans quel cas il ne comprend qu'un seul capteur.
Que le module soit monophasé ou triphasé, le ou les capteurs ne doivent pas nécessairement être des capteurs à effet Hall. D'autres types de capteurs sont possibles, pour autant qu'ils mesurent le courant ou une grandeur proportionnelle au courant, comme des capteurs magnéto-résistifs etc.