Interrupteur de protection mixte électromécanique / semi-conducteur

L'invention concerne un interrupteur de protection (ou « breaker ») utilisable par exemple pour déconnecter un équipement électrique d'une source d'alimentation lorsqu'est détecté un appel de courant trop important ou une surtension. II est connu des interrupteurs de protection comprenant une ligne d'entrée et une ligne de sortie reliées l'une à l'autre par un relais électromécanique comportant un conducteur mobile et des électroaimants reliés à un circuit de commande pour déplacer le conducteur mobile entre une position de conduction et une position de blocage. Le circuit de commande est associé à un organe de mesure du courant dans la ligne de sortie. De tels interrupteurs de protection sont couramment utilisés pour des tensions relativement faibles. Pour des tensions plus élevées, le relais présente un encombrement et un poids qui restreignent les utilisations possibles des relais. En outre, pour les tensions élevées et plus particulièrement en courant continu, il est nécessaire d'adjoindre au relais une chambre de soufflage de l'arc que pourrait créer de telles tensions au moment des connexions et déconnexions du contact mobile et des lignes d'entrée et de sortie. Les relais électromécanique ont de plus une durée de vie relativement faible en raison de l'usure des points de contacts. Pour ces tensions, les interrupteurs de protection à relais électromécanique ont été supplantés par les interrupteurs de protection à semi -conducteur. Un interrupteur de protection comprend une ligne d'entrée et une ligne de sortie reliées l'une à l'autre par un organe in- terrupteur statique, un transistor de puissance, relié à un circuit de commande associé à un organe de mesure du

courant dans la ligne de sortie. Un inconvénient de ces interrupteurs de protection est qu'ils engendrent une chute de tension non négligeable et posent des problèmes de dissipation thermique. Par ailleurs, dans le domaine des commutateurs de puissance, il est connu du document EP-A-589 785 un commutateur incorporant un interrupteur à semi -conducteur et un interrupteur électromécanique. Ce commutateur de puissance est destiné à des applications de commutation clas- sique dans des circuits de puissance sans les contraintes liées au fonctionnement des interrupteurs de protection.

L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités des interrupteurs de protection existants . A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un interrupteur de protection comprenant une ligne d'entrée, une ligne de sortie, au moins un organe interrupteur statique reliant la ligne d'entrée à la ligne de sortie, un circuit de commande relié à l'interrupteur statique et à un organe de mesure d'une caractéristique électrique dans la ligne de sortie. L'interrupteur comprend un relais électromécanique qui est monté en parallèle de l'organe interrupteur statique et qui possède un conducteur mobile de contact et deux électroaimants reliés au circuit de commande pour déplacer le conducteur mobile entre une position de blocage et une position de conduction dans laquelle le relais court-circuite l'interrupteur statique, et le relais comprend au moins un aimant permanent de maintien du conducteur mobile dans l'une de ses posi- tions.

Ainsi, le relais, lorsqu'il court-circuite l'organe interrupteur statique assure la conduction du courant dans l'interrupteur de protection avec une chute de tension limitée beaucoup plus faible que celle occa- sionnée par le courant circulant dans l'interrupteur sta-

tique. L'aimant permanent assure le maintien du contact mobile du relais dans la position souhaitée sans dépense énergétique. L'interrupteur de protection ne pénalise de la sorte que peu ou pas le rendement de l'installation dans laquelle il est intégré. Pour déconnecter la ligne de sortie de la ligne d'entrée, le circuit de commande est de préférence agencé pour commander, dans un premier temps, le relais dans la position de blocage (l'organe interrupteur statique étant lui dans son état de conduc- tion) puis, dans un second temps, pour commander l'organe interrupteur statique dans un état de blocage. Pour connecter la ligne de sortie à la ligne d'entrée, le circuit de commande est de préférence encore agencé pour commander, dans un premier temps, l'organe interrupteur statique dans un état de conduction puis, dans un deuxième temps, le relais dans sa position de conduction. La ligne de sortie et la ligne d'entrée étant maintenues à des potentiels proches par l'organe interrupteur statique, la création d'un arc à la déconnexion ou à la connexion du relais est alors évitée, l'appel de courant étant pris en charge par l'organe interrupteur statique.

Avantageusement, l'aimant permanent est monté sur le conducteur mobile pour maintenir le conducteur mobile dans ses deux positions. Le contact mobile peut ainsi être maintenu dans l'une ou l'autre de ces positions sans que les électroaimants ne doivent être alimentés.

Selon un mode de réalisation particulier, chaque électroaimant comprend une bobine principale qui entoure un noyau et qui est reliée au circuit de commande et les électroaimants comprennent chacun une bobine additionnelle, les bobines additionnelles ayant des sens d'enroulement opposés et étant reliées en série à la ligne de sortie. Les bobines additionnelles peuvent ainsi être

agencées pour maintenir le conducteur mobile dans sa position de conduction.

De préférence, l'interrupteur comprend deux organes interrupteurs statiques en série. Une défaillance d'un des organes interrupteurs statiques à la déconnexion peut être compensée par le deuxième organe interrupteur statique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est un schéma du circuit d'un in- terrupteur de protection conforme à un premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 2 est un schéma du circuit d'un interrupteur de protection selon un deuxième mode de réalisation. En référence à la figure 1, l'interrupteur de protection conforme au premier mode réalisation de 1 ' invention comprend une ligne d'entrée 1 ayant une extrémité destinée à être reliée à une source d'alimentation en énergie électrique et une extrémité reliée à une borne 2, et une ligne de sortie 3 ayant une extrémité destinée à être reliée à un équipement électrique et une extrémité opposée reliée à une borne 4.

Aux bornes 2 et 4 , sont branchés en parallèle un transistor de puissance 6 et un relais électromécanique 7 reliés tous deux à un circuit de commande 8. Le circuit de commande est relié à un organe de mesure 5 d'un paramètre électrique de la ligne de sortie 3, ici le courant y circulant .

Le transistor de puissance 6 a son entrée de com- mande reliée au circuit de commande 8 et ses deux broches

reliées aux bornes 2 et 4.

Le relais électromécanique 7 comprend des plots 9 reliés aux bornes 2 et 4 et des plots 10 qui ne sont reliés ni à la ligne d'entrée 1 ni à la ligne de sortie 3. Le relais électromécanique 7 comprend un conducteur mobile 11 qui est agencé pour être déplaçable entre une position de conduction dans laquelle le conducteur mobile 11 a ses extrémités en contact avec les plots 9 et une position de blocage dans laquelle le conducteur mo- bile 11 a ses extrémités en contact avec les plots 10. Les plots 9 (au niveau des bornes 2 et 4) , d'une part, et les plots 10, d'autre part, sont reliés au circuit de commande 8 pour permettre à celui-ci de mesurer une grandeur électrique, telle qu'une résistance entre eux, de manière à déterminer si les plots 9 notamment ou les plots 10 sont reliés l'un à l'autre par le conducteur mobile 11 et ainsi détecter la position du conducteur mobile.

Le conducteur mobile 11 est pourvu d'un aimant permanent 12 ayant des pôles disposés selon un axe de polarisation parallèle à la direction de déplacement du conducteur mobile.

Le relais électromécanique 7 comprend également, du côté des plots 9, un électroaimant 13.A et, du côté des plots 10, un électroaimant 13. B. Chaque électroaimant 13 comprend un noyau 14 de fer doux entouré par une bobine 15 dont les extrémités sont reliées au circuit de commande 8.

Le fonctionnement de l'interrupteur de protection conforme à l'invention va maintenant être décrit.

En phase de conduction, le conducteur mobile 11 est dans sa position de conduction dans laquelle il est maintenu par l'aimant permanent 12 attirant le noyau 14.A de 1 ' électroaimant 13.A indépendamment de l'alimentation de la bobine 15.A de celui-ci.

Le circuit de commande 8 détecte que le conducteur mobile 11 est bien dans cette position en effectuant une mesure entre les plots 9.

Le circuit de commande 8 est agencé pour détecter qu'une déconnexion de la source et de l'équipement doit être réalisée. Quand ce cas se présente, le circuit de commande 8 est agencé pour :

- mettre le transistor de puissance 6 dans son état passant s'il ne l'était pas déjà avant, - alimenter la bobine 15. A de 1 ' électroaimant

13.A pour qu'il repousse le conducteur mobile 11 (via l'aimant permanent 12) vers sa position de blocage, et simultanément alimenter la bobine 15. B de 1 ' électroaimant 13. B pour qu'il attire le conducteur mobile 11 dans sa position de blocage, puis commander le transistor de puissance 6 dans son état de blocage.

L'alimentation des bobines 15 est ensuite coupée, l'aimant 12 attirant le noyau 14. B et maintenant le conducteur mobile 11 dans sa position de blocage.

Le circuit de commande 8 comprend une temporisation réglée pour s'assurer que le transistor de puissance 6 n'est pas commandé dans son état de blocage avant que le conducteur mobile 11 n'ait été amené dans sa position de blocage.

Le circuit de commande est également agencé pour, lorsqu'il détecte que la source d'alimentation et l'équipement doivent à nouveau connectés :

- commander le transistor de puissance 6 dans son état passant,

- puis, alimenter la bobine 15. B de l' électroaimant 13. B pour qu'elle repousse le conducteur mobile 11 vers sa position de conduction et, simultanément, alimenter la bobine 15.A de 1 ' électroaimant 13.A pour qu'il at- tire le conducteur mobile 11 dans sa position de conduc-

tion.

L'alimentation des bobines 15 est ensuite coupée, l'aimant 12 attirant le noyau 14. A et maintenant le conducteur mobile 11 dans sa position de conduction. Les bobines 15 ont ainsi pour fonction d'annuler l'effet du champ magnétique de l'aimant permanent 12.

Le conducteur mobile 11 a une élasticité suffisante pour que l'une de ses extrémités puisse être décollée de son plot même si l'autre de ses extrémités est restée en contact avec son plot. Ainsi, même si l'une des extrémités a été soudée sur son plot en raison d'une surintensité, il reste possible d'interrompre la conduction au moyen du relais électromécanique 7 en déformant le conducteur mobile 11. Le circuit de commande comporte de façon classique des moyens de détection d'une surchauffe du transistor de puissance 6 et est agencé pour commander le transistor de puissance 6 de manière à favoriser un abaissement de sa température . Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une même référence numérique dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2.

Dans ce mode de réalisation, l'interrupteur de protection comprend deux transistors de puissance 6 montés en série entre les bornes 2 et 4.

Les électroaimants 13.A, 13. B comprennent des bobines additionnelles 16.A, 16. B qui sont reliées en série à la borne 4 et à la ligne de sortie 3, les bobines addi- tionnelles ayant des sens d'enroulement opposés.

Le fonctionnement de l'interrupteur du deuxième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation.

Les bobines additionnelles 16 sont agencées pour déplacer le conducteur mobile 11 vers sa position de blo-

cage. Elles assurent une fonction supplémentaire de détection des surintensités, même en cas de défaillance de 1 ' électronique de commande .

En fonctionnement normal, le circuit de commande 8 ne commande que le premier transistor de puissance 6, le second transistor de puissance 6 n'étant utilisé que pour pallier une défaillance du premier transistor de puissance 6.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais englobe toute variante entrant dans les champs de 1 ' invention tel que défini par les revendications.

En particulier, le relais pourrait comporter deux aimants fixes, le conducteur mobile étant en matériau ferromagnétique, pour remplacer l'aimant unique monté sur le conducteur mobile. Le relais peut ne comporter qu'un seul aimant et être agencé pour maintenir le conducteur mobile dans une seule de ses positions.