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EP0843324B1 - Circuit d'alimentation d'une bobine pour électro-aimant - Google Patents

Circuit d'alimentation d'une bobine pour électro-aimant Download PDF

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Publication number
EP0843324B1
EP0843324B1 EP97402718A EP97402718A EP0843324B1 EP 0843324 B1 EP0843324 B1 EP 0843324B1 EP 97402718 A EP97402718 A EP 97402718A EP 97402718 A EP97402718 A EP 97402718A EP 0843324 B1 EP0843324 B1 EP 0843324B1
Authority
EP
European Patent Office
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power supply
thyristor
circuit
winding
coil
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97402718A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0843324A1 (fr
Inventor
Nicolas Tech. Hertzog
Thierry Ing. Ourth
Michel Ing. Ledroit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current

Definitions

  • the invention relates to a supply circuit for a coil for an electromagnet. provided with a single winding, comprising a power source of continuous low voltage, an alternating high voltage power source, both mounted across the winding, and a switching device mounted in series with the high voltage source and suitable for securing or blocking high voltage winding supply.
  • a coil can be made up of two windings, one main winding sized to support most of the calling power, and an auxiliary winding sufficiently dimensioned to provide the power necessary to maintain the movable frame.
  • This type of double winding coil however, has a significant size disadvantage.
  • the invention therefore aims to supply a coil electromagnet with single winding from an inexpensive supply circuit and can be used indifferently for voltages varying from 100 to 500 Volts.
  • the supply circuit is characterized in that the switching device includes a thyristor mounted between the high source voltage and winding, and a thyristor control circuit mounted across the thyristor and connected to its trigger; the control circuit allows the conduction of the thyristor during the delivery by the high voltage source of an alternation positive of a voltage wave.
  • the supply circuit of the invention therefore does not require a device reduction in consumption because the supply is stopped at high voltage while the winding remains supplied with low voltage, stopping taking place automatically at zero crossing of the alternating voltage passing through the thyristor.
  • FIG. 1 The diagram visible in Figure 1 represents the supply circuit of a coil 10, provided with a single winding 11, with an electromagnet for a device contactor type switch.
  • the electromagnet includes the coil 10, a circuit fixed magnetic and a movable magnetic circuit intended to be attracted by the circuit magnetic fixed when the coil is energized.
  • the movement of the mobile magnetic circuit is triggered by the crossing of the winding 11 of the coil, for a short time, by a current high current call from a high voltage power source alternative 30 disposed across the winding 11; keeping it in position attracted is achieved by the continuous supply of the coil by a current of maintenance, of intensity lower than that of the inrush current, delivered by a source of continuous low voltage 20 also arranged at the terminals of the winding 11, between a high line L1 and a low line L2.
  • the alternative high-voltage power source 30 can be the electrical distribution network and continuous low voltage power source 20 can be a low voltage source of around 12 Volts intended for the power supply of electronic circuits and supplied for example by a transformer whose primary constitutes an element of a current path of a derived electrical circuit in which direct current flows.
  • a diode D1 is preferably connected in series with the source at low voltage 20 to avoid when the coil is supplied by the high voltage source 30 the return of the high charging voltage to the source 20.
  • a switching device 40 is mounted in series with the source to high voltage 30. It is capable of ensuring or blocking the supply of the winding 11 in high voltage.
  • the device 40 comprises in series, between the high power source voltage 30 and winding 11, an on-off switch 41 and a thyristor 42 initiable by a control circuit 43 mounted in parallel to the thyristor between two connection points of anode A and cathode B and connected to its trigger G.
  • control circuit 43 comprises in series a diode D2 the anode of which is connected to the connection point A, a normally closed switch 44 and an RC timing circuit comprising in series a variable resistor R connected to switch 44 and a capacitor C connected to connection point B.
  • the control circuit 43 comprises a diode D3, of the Zener type or with controlled avalanche, located between the trigger G of thyristor 42 and a point of connection E between resistor R and capacitor C, and a freewheeling diode D4 whose cathode and anode are respectively connected to connection points E and B.
  • the low DC voltage delivered by the source 20 is applied to winding 11 but it remains insufficient to produce the ampere-turns necessary to trigger the movement of the mobile magnetic circuit.
  • Closing the switch 41 causes current to flow through the timing circuit RC, which causes the charging of capacitor C.
  • the gate G of the thyristor receives via the diode D3 a control pulse and the thyristor 42 then becomes conducting.
  • the voltage V D3 is characteristic of the delay in the ignition of the thyristor 42 which represents the time elapsed between the closing of the switch 41 and the activation of the thyristor.
  • the voltage V D3 depends on the charging time of the capacitor C, itself a function of the value of the resistance R which it is possible to vary.
  • the delay in the ignition of the thyristor is adjustable as a function of the value of the resistance.
  • the resistance R is adjusted so that the triggering of the trigger G of the thyristor takes place during the rise of a positive alternation of the voltage wave which must pass through the thyristor.
  • the ignition of thyristor 42 is driven by detection means suitable for opening the switch 44 to avoid passing for a second positive alternation of voltage V in circuit 43.
  • the thyristor 42 conducts and supplies the winding 11 which is sufficiently excited to generate movement of the mobile magnetic circuit.
  • the capacitor C can discharge thanks to the freewheeling diode D4 when the voltage V becomes, in absolute value, greater than the value V D3 .
  • the coil remains only powered by the source current at low DC voltage 20, which allows the circuit to be kept in the attracted position mobile magnetic.
  • the supply of the coil by the source 20 is interrupted by a switching device 21, of the type mechanical or electrical, placed in series between source 20 and diode D1 ( Figure 1).
  • the switch 21 can be placed in parallel with the winding 11, between the cathode of diode D1 and the low line L2 or alternatively, in series with the coil (not illustrated).

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

L'invention se rapporte à un circuit d'alimentation d'une bobine pour électro-aimant munie d'un unique enroulement, comprenant une source d'alimentation de basse tension continue, une source d'alimentation de haute tension alternative, montées toutes deux aux bornes de l'enroulement, et un dispositif de commutation monté en série avec la source de haute tension et apte à assurer ou à bloquer l'alimentation de l'enroulement en haute tension.
Pour commander un électro-aimant, il est connu d'alimenter la bobine qui lui est associée par un niveau élevé de courant dit d'appel afin de permettre la montée du circuit magnétique mobile de l'électro-aimant, puis par un niveau plus faible de courant dit de maintien permettant le maintien du circuit magnétique mobile tout en minimisant la consommation de courant et la dissipation thermique.
Pour rendre possible successivement le passage d'un courant élevé et d'un courant plus faible, une bobine peut être constituée de deux enroulements, un enroulement principal dimensionné pour supporter l'essentiel de la puissance d'appel, et un enroulement auxiliaire suffisamment dimensionné pour fournir la puissance nécessaire au maintien de l'armature mobile.
Ce type de bobine à double enroulement présente cependant un inconvénient d'encombrement non négligeable.
On trouve par conséquent, par exemple dans le document FR 2 568 715, des bobines à un seul enroulement relié à une source unique de haute tension, dimensionné pour supporter la puissance d'appel et dont le circuit d'alimentation est pourvu d'un dispositif hacheur qui permet d'abaisser le courant alimentant l'enroulement à son niveau de maintien. Cependant un tel dispositif présente un coût de revient onéreux et doit être adapté à chaque valeur de tension d'alimentation utilisée, que ce soit 100 Volts ou 400 Volts.
L'invention a par conséquent pour but l'alimentation d'une bobine d'électro-aimant à unique enroulement à partir d'un circuit d'alimentation peu coûteux et utilisable indifféremment pour des tensions variant de 100 à 500 Volts.
Selon l'invention, le circuit d'alimentation est caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend un thyristor monté entre la source de haute tension et l'enroulement, et un circuit de commande du thyristor monté aux bornes du thyristor et relié à sa gâchette; le circuit de commande permet la mise en conduction du thyristor lors de la délivrance par la source de haute tension d'une alternance positive d'une onde de tension.
Le circuit d'alimentation de l'invention ne nécessite donc pas de dispositif de réduction de consommation car on effectue un arrêt de l'alimentation en haute tension tandis que l'enroulement reste alimenté en basse tension, l'arrêt s'opérant automatiquement au passage par zéro de la tension alternative traversant le thyristor.
La description ci-après, avec référence au dessin annexé, va mieux expliciter les avantages de l'invention:
  • la figure 1 est un schéma du circuit d'alimentation de la bobine d'un électro-aimant selon l'invention;
  • la figure 2 montre un diagramme permettant d'illustrer la mise en conduction du thyristor du circuit d'alimentation.
Le schéma visible à la figure 1 représente le circuit d'alimentation d'une bobine 10, munie d'un unique enroulement 11, d'un électro-aimant pour un appareil interrupteur de type contacteur.
L'électro-aimant, non représenté ici, comprend la bobine 10, un circuit magnétique fixe et un circuit magnétique mobile destiné à être attiré par le circuit magnétique fixe quand la bobine est alimentée.
Le mouvement du circuit magnétique mobile est déclenché par la traversée de l'enroulement 11 de la bobine, pendant un court instant, par un courant d'appel de forte intensité délivré par une source d'alimentation de haute tension alternative 30 disposée aux bornes de l'enroulement 11; son maintien en position attirée est réalisée par l'alimentation continuelle de la bobine par un courant de maintien, d'intensité inférieure à celle du courant d'appel, délivré par une source de basse tension continue 20 disposée aussi aux bornes de l'enroulement 11, entre une ligne haute L1 et une ligne basse L2.
La source d'alimentation de haute tension alternative 30 peut être le réseau électrique de distribution et la source d'alimentation de basse tension continue 20 peut être une source de basse tension d'environ 12 Volts destinée à l'alimentation de circuits électroniques et fournie par exemple par un transformateur dont le primaire constitue un élément d'un chemin de courant d'un circuit électrique dérivé dans lequel circule du courant continu.
Une diode D1 est de préférence montée en série avec la source à basse tension 20 pour éviter lors de l'alimentation de la bobine par la source à haute tension 30 le retour de la haute tension de charge vers la source 20.
Un dispositif de commutation 40 est monté en série avec la source à haute tension 30. Il est apte à assurer ou à bloquer l'alimentation de l'enroulement 11 en haute tension.
Le dispositif 40 comporte en série, entre la source d'alimentation à haute tension 30 et l'enroulement 11, un interrupteur de marche-arrêt 41 et un thyristor 42 amorçable par un circuit de commande 43 monté en parallèle au thyristor entre deux points de connexion d'anode A et de cathode B et relié à sa gâchette G.
Selon le mode de réalisation illustré à la figure 1, le circuit de commande 43 comprend en série une diode D2 dont l'anode est reliée au point de connexion A, un interrupteur 44 normalement fermé et un circuit de temporisation RC comportant en série une résistance variable R connectée à l'interrupteur 44 et un condensateur C relié au point de connexion B.
Le circuit de commande 43 comprend une diode D3, de type Zéner ou à avalanche contrôlée, disposée entre la gâchette G du thyristor 42 et un point de connexion E entre la résistance R et le condensateur C, et une diode de roue libre D4 dont la cathode et l'anode sont respectivement reliées aux points de connexion E et B.
Il va de soi qu'il est possible d'envisager d'autres circuits de commande 43 réalisant la même fonction d'amorçage du thyristor 42.
Le fonctionnement du circuit va maintenant être décrit selon le mode de réalisation décrit ci-dessus et en se référant à la figure 2.
La basse tension continue délivrée par la source 20 est appliquée à l'enroulement 11 mais elle reste insuffisante pour produire les ampères-tours nécessaires au déclenchement du mouvement du circuit magnétique mobile.
Pour fermer le circuit magnétique, on applique donc à l'enroulement 11 une haute tension V délivrée par la source 30 en fermant l'interrupteur 41.
La fermeture de l'interrupteur 41 provoque le passage du courant dans le circuit de temporisation RC, ce qui entraíne la charge du condensateur C.
Lorsque la tension aux bornes du condensateur C atteint une tension VD3 correspondant à la tension de conduction de la diode D3, la gâchette G du thyristor reçoit via la diode D3 une impulsion de commande et le thyristor 42 devient alors passant.
La tension VD3 est caractéristique du retard à l'amorçage du thyristor 42 qui représente le temps écoulé entre la fermeture de l'interrupteur 41 et la mise en conduction du thyristor. La tension VD3 dépend du temps de charge du condensateur C, lui-même fonction de la valeur de la résistance R qu'il est possible de faire varier. Ainsi, le retard à l'amorçage du thyristor est réglable en fonction de la valeur de la résistance. La résistance R est réglée de façon que le déclenchement de la gâchette G du thyristor ait lieu lors de la montée d'une alternance positive de l'onde de tension qui doit traverser le thyristor.
L'amorçage du thyristor 42 entraíne par des moyens de détection appropriés l'ouverture de l'interrupteur 44 pour éviter tout passage d'une seconde alternance positive de la tension V dans le circuit 43.
Le thyristor 42 conduit et assure l'alimentation de l'enroulement 11 qui est suffisamment excité pour engendrer le mouvement du circuit magnétique mobile.
Au passage à zéro de l'onde de tension traversant le thyristor, celui-ci se bloque et l'alimentation de la bobine en haute tension est interrompue. Il est alors possible de commander l'ouverture de l'interrupteur 41.
Le condensateur C peut se décharger grâce à la diode de roue libre D4 lorsque la tension V devient, en valeur absolue, supérieure à la valeur VD3.
La bobine reste seulement alimentée par le courant de la source à basse tension continue 20, ce qui permet le maintien en position attirée du circuit magnétique mobile.
Pour faire descendre le circuit magnétique mobile, l'alimentation de la bobine par la source 20 est interrompue grâce à un dispositif interrupteur 21, de type mécanique ou électrique, placé en série entre la source 20 et la diode D1(figure 1). En variante l'interrupteur 21 peut être placé en parallèle à l'enroulement 11, entre la cathode de la diode D1 et la ligne basse L2 ou encore, en série avec la bobine (non illustré).

Claims (5)

  1. Circuit d'alimentation d'une bobine pour électro-aimant munie d'un unique enroulement (11) comprenant une source d'alimentation de basse tension continue (20), une source d'alimentation de haute tension alternative (30), montées toutes deux aux bornes de l'enroulement (11), un dispositif de commutation (40) monté en série avec la source de haute tension (30) et apte à assurer ou à bloquer l'alimentation de l'enroulement (11) en haute tension, et un dispositif interrupteur (21) apte à couper l'alimentation de l'enroulement (11) en basse tension, caractérisé en ce que
    le dispositif de commutation (40) comprend un thyristor (42) monté entre la source à haute tension (30) et l'enroulement (11), et un circuit de commande (43) du thyristor (42) relié à sa gâchette (G);
    le circuit de commande (43) permet la mise en conduction du thyristor (42) lors de la délivrance par la source à haute tension (30) d'une alternance positive d'une onde de tension.
  2. Circuit d'alimentation d'une bobine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (43) comprend d'une part un circuit de temporisation (RC) disposé aux bornes du thyristor (42) et muni en série d'une résistance (R) et d'un condensateur (C), et d'autre part une diode (D3) dont l'anode et la cathode sont respectivement reliées à la gâchette (G) du thyristor (42) et à un point de connexion (E) entre la résistance (R) et le condensateur (C).
  3. Circuit d'alimentation d'une bobine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (43) comprend un interrupteur (44) apte à couper son alimentation après l'amorçage du thyristor (42).
  4. Circuit d'alimentation d'une bobine selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le circuit de commande (43) comprend une diode de roue libre (D4) connectée en parallèle au condensateur (C) qui assure la décharge de ce dernier après l'amorçage du thyristor (42) et l'ouverture de l'interrupteur (44).
  5. Circuit d'alimentation d'une bobine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur (41) de marche-arrêt connecté entre la source de haute tension (30) et le thyristor (42).
EP97402718A 1996-11-18 1997-11-13 Circuit d'alimentation d'une bobine pour électro-aimant Expired - Lifetime EP0843324B1 (fr)

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