FR2900273A1

FR2900273A1 - Contacteur comprenant un circuit de commande dont l'alimentation est soumise a des perturbations electriques

Info

Publication number: FR2900273A1
Application number: FR0603446A
Authority: FR
Inventors: Christian Chatenet; Alain Portier; Jacques Rapin
Original assignee: ABB Entrelec SAS
Current assignee: ABB France SAS
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-26
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: FR2900273B1; ES1065275U; ES1065275Y; DK200700126U3; DE202007005700U1

Abstract

Le contacteur (6) comprend un circuit de commande dont l'alimentation est soumise à des perturbations électriques, et au moins un contact principal (7) destiné à commander l'ouverture et la fermeture d'une partie d'un circuit d'une installation électrique. Il comporte en outre des moyens de ralentissement de l'extinction (12) de l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine en cas de manque ou creux de tension d'alimentation, et des moyens de commande (9) de l'alimentation de la bobine (8) du contacteur (6), comportant des moyens de détermination d'une valeur de courant permettant de fermer un contact principal (7) ou de maintenir un contact principal (7) fermé, et des moyens permettant de maintenir cette valeur moyenne du courant d'alimentation de la bobine (8) à la valeur déterminée,chaque contact principal (7) étant branché en parallèle avec des moyens de limitation de la pointe de courant comportant un contact temporaire (13) et au moins une résistance (14).

Description

La présente invention concerne un contacteur comprenant un circuit de

commande dont l'alimentation est soumise à des perturbations électriques, une installation électrique comprenant un tel contacteur, ainsi qu'un procédé de protection contre les perturbations électriques de l'alimentation du circuit de commande d'un contacteur. II est connu d'utiliser des contacteurs, en particulier des contacteurs basse tension, dans une partie des installations électriques de certains types d'éoliennes, notamment celles destinées à la commande des armoires de condensateurs pour le contrôle du cosinus phi.

L'alimentation de la commande de ces contacteurs se fait par un réseau interne à l'éolienne. De ce fait, étant donné la nature du réseau alimentant ces contacteurs, l'alimentation de la commande de ces contacteurs souffre de perturbations plus importantes que les réseaux de distribution classiques industriels, assujettis à des tolérances, notamment d'amplitude et de fréquence, imposés par des normes. L'amplitude et la durée de ces perturbations ont: pour conséquence de provoquer des réouvertures indésirables des contacteurs. Les perturbations principales sont constituées par des creux de 20 tension et des manques de tension de courte durée. Pour les contacteurs qui alimentent des batteries de condensateurs, ces réouvertures et refermetures ont des conséquences graves, voire dangereuses pour l'installation, à savoir par exemple des contacteurs soudés, la destruction de batteries de condensateurs, et un risque 25 d'incendie. Il est donc souhaitable de fournir un contacteur permettant de rester dans une position fermée, en cas de creux de tension ou de manques de tension de durée plus importante et permettant de plus de résister aux pointes de courant caractéristiques d'une utilisation avec des condensateurs. 30 II est d'autre part connu de placer des contacteurs en cascade sur des batteries de condensateurs, y compris dans des installations d'éolienne. Dans ce type d'application, plusieurs contacteurs placés côte à côte, sont appelés à fermer successivement sur des étages de condensateurs, chaque fermeture succédant à l'autre de façon très rapide car, en général, l'ordre de 35 fermeture du contacteur N+1 est donné par un contact auxiliaire disposé sur le contacteur N. Pour les contacteurs traditionnels, les chocs rapprochés de fermeture des contacteurs N+1, N+2,... peuvent provoquer une réouverture du contacteur N, si la fermeture de celui-ci n'est pas complètement stabilisée. Le risque de réouverture est augmenté par le fait que l'alimentation de la commande de ces contacteurs se fait par un réseau interne à une éolienne, comme vu précédemment. Il est donc souhaitable de fournir un contacteur présentant une stabilité mécanique suffisante pour rester en position fermée, dans une configuration en cascade, malgré les chocs de fermeture des contacteurs adjacents.

A cet effet, la présente invention concerne un contacteur comprenant un circuit de commande dont l'alimentation est soumise à des perturbations électriques, et au moins un contact principal destiné à commander la fermeture et l'ouverture d'une partie d'un circuit d'une installation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de ralentissement de l'extinction de l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine en cas de manque ou creux de tension d'alimentation, et - des moyens de commande de l'alimentation de la bobine du contacteur, comportant des moyens de détermination d'une valeur de courant permettant de fermer un contact principal ou de maintenir un contact principal fermé, et des moyens permettant de maintenir cette valeur moyenne du courant d'alimentation de la bobine à la valeur déterminée, chaque contact principal étant branché en parallèle avec des 25 moyens de limitation de la pointe de courant comportant un contact temporaire et au moins une résistance. Le contrôle de l'alimentation de la bobine permet de supporter des variations de tension très importantes dues aux perturbations du réseau d'alimentation, par le fait que l'alimentation peux se faire pour une plage de 30 tension large, dans un rapport pouvant atteindre 2,5. Ceci autorise par conséquent des perturbations de réseau du type déformation de la forme d'onde sinusoïdale. Concernant les manques et creux de tension, le ralentissement de l'extinction de l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine permet de 35 conserver la fermeture du contacteur en cas de micro-coupures ou creux de tension, tout en effectuant un écrêtage de la tension pour éviter les surtensions provoquées par la coupure de la commande du contacteur. Ces dispositions permettent de pallier aux défaillances du réseau d'alimentation et au contacteur de rester fermé face à des manques de tension et des creux de tension, nettement plus élevés en amplitude et en durée, que les contacteurs traditionnels et ainsi de satisfaire les contraintes de tenue aux creux et manques de tension existant notamment dans les installations d'éoliennes. L'utilisation des résistances et de contacts temporaires permet de fermer le circuit en premier sur une portion présentant des résistances, afin de limiter la pointe de courant. Par la suite, ces résistances sont ôtées du circuit pour éviter un échauffement de ces résistances et une perte d'énergie. Avantageusement, les moyens de contrôle comportent également des moyens de redressement agencés pour alimenter la bobine en courant continu, que la tension d'alimentation des moyens de commande soit alternative ou continue. Ces dispositions sont avantageuses car, dans le cas d'un contacteur alimenté par un courant alternatif, l'effort de maintien de l'électro-aimant en position fermée est affaibli à chaque alternance.

Avec une alimentation en courant continu de la bobine, la stabilisation de la fermeture du contact est plus rapide, diminuant ainsi les rebonds, la force de maintien restant sensiblement constante. Ces dispositions procurent donc une meilleure tenue du contacteur aux sollicitations de chocs et de vibrations.

Avantageusement, les moyens de commande sont agencés pour alimenter la bobine au seuil minimum d'appel lors de la phase d'appel. Selon un mode de réalisation, les moyens cle commande sont agencés pour alimenter la bobine au seuil minimum de maintien lors de la phase de maintien.

Avantageusement, les moyens de commande comportent un dispositif de type hacheur dévolteur. La présente invention a également pour objet une installation électrique comportant : - au moins deux condensateurs, - au moins deux contacteurs selon l'une des revendications 1 à 5, permettant de fermer ou d'ouvrir la partie de circuit électrique reliant un condensateur au réseau de distribution, - des moyens de commande de la fermeture ou de l'ouverture d'un 5 second contacteur lorsqu'un premier contacteur est fermé ou respectivement ouvert. Les dispositions d'alimentation de la bobine en courant continu et de limitation du courant dans la bobine permettent une meilleure tenue aux sollicitations de chocs et de vibrations. 10 Ceci diminue très significativement, le risque de réouverture des contacts, notamment lors d'une application de type en cascade , sur des condensateurs. Ces dispositions permettent de satisfaire les exigences de commutation sur des batteries de composants de stockage d'énergie à 15 plusieurs gradins, cette application s'avérant comme étant l'une des plus sévères. Selon un mode de réalisation, la source d'alimentation est un réseau interne d'une éolienne. La présente invention a également pour objet un procédé de 20 protection contre les perturbations électriques de l'alimentation du circuit de commande d'un contacteur avec au moins un contact principal destiné à commander la fermeture et l'ouverture d'une partie d'un circuit électrique d'une installation électrique, comprenant les étapes consistant à : conserver l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine en 25 cas de manque ou de creux de tension d'alimentation, et commander l'alimentation de la bobine du contacteur, en : o déterminant une valeur de courant permettant de fermer le contact principal ou de maintenir le contact principal fermé, et en 30 o maintenant la valeur moyenne du courant d'alimentation de la bobine à la valeur déterminée. et, lors de la phase d'appel, les étapes consistant à : - fermer un contact temporaire sur au moins une résistance, en parallèle avec le contact principal, et avant que le contact principal ne se ferme, 35 puis à - fermer le contact principal, et à - ouvrir le contact temporaire. Avantageusement, le procédé comporte une étape consistant à redresser la tension d'alimentation des moyens de commande pour alimenter la bobine en courant continu.

Avantageusement, la valeur de courant déterminée permettant de fermer le contact est sensiblement égale au seuil minimum d'appel lors de la phase d'appel. Avantageusement, la valeur de courant déterminée permettant de maintenir le contact fermé est sensiblement égale au seuil minimum de 10 maintien lors de la phase de maintien. Selon un mode de mise en oeuvre, la source d'alimentation du circuit de commande est un réseau interne d'une éolienne. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant 15 à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'un exemple d'installation selon l'invention, dans un agencement dit en cascade. La figure 2 est une vue schématique des moyens de commande de 20 l'alimentation de la bobine d'un contacteur de l'installation de la figure 1. Selon un mode de réalisation, représenté sur la figure 1, une installation électrique est alimentée, au moins pour son circuit de commande, par une source d'alimentation 2 soumise à des perturbations. En particulier, dans ce mode de réalisation, cette source 25 d'alimentation provient d'un réseau interne à une éolienne non représentée. L'installation comporte une pluralité de composants de stockage d'énergie électrique, constitués par des condensateurs 3. Ces condensateurs stockent l'énergie produite par l'éolienne et sont susceptibles de restituer l'énergie stockée vers un réseau de distribution 4, auquel ils sont connectés en 30 parallèle, afin de relever le cosinus phi. Pour commander la distribution de l'énergie stockée dans les condensateurs 3 vers le réseau de distribution 4, en fermant ou ouvrant une partie de circuit électrique 5 reliant les condensateurs au réseau, l'installation comprend sur chaque partie de circuit électrique 5 un contacteur 6. 35 Un contact principal 7 du contacteur permet de réaliser la fermeture ou l'ouverture de la partie de circuit électrique 5.

Le contacteur 6 comprend une bobine 8 de commande, dont l'alimentation est assurée par la source d'alimentation 2. L'alimentation de la bobine est contrôlée par des moyens de commande 9 de l'alimentation de la bobine agencés pour alimenter la bobine, 5 entre les bornes C et D, en courant continu. Ces moyens de commande 9 sont agencés pour alimenter la bobine au seuil minimum d'appel lors de la phase d'appel. Ainsi que représenté sur la figure 2, Les moyens de commande 9 comportent un composant de filtrage F et un composant redresseur R 10 permettant de transformer une tension alternative en tension continue. En particulier, le composant redresseur R peut comporter un pont de diodes. La bobine 8 du contacteur, destinée à être reliée aux points C et D, est alimentée par un dispositif hacheur dévolteur constitué d'un transistor de puissance TR, fonctionnant en tout ou rien , commandé par un signal en 15 modulation de largeur d'amplitude PWM (pulse width modulation) généré par un dispositif de commande constitué par un microcontrôleur,uC, ou tout autre circuit logique ou de contrôle dédié. La fréquence de ce signal est fixe et le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport entre le temps de conduction et la période du signal, est ajusté par le microcontrôleur,uC. 20 La bobine 8 est connectée en C et D en série au transistor de puissance TR, et à une résistance R1 utilisée pour la mesure du courant. Le microcontrôleurpC est alimenté par un composant d'alimentation UR délivrant une tension contrôlée. Le microcontrôleurpC prend en entrée : 25 - un signal de mesure de la tension aux bornes de la résistance R1, qui est une mesure du courant dans la bobine, et - un signal proportionnel à la tension d'alimentation du contacteur, fournit par un diviseur de tension, formé par deux résistances R2 et R3. Selon le fonctionnement d'un hacheur dévolteur, la tension 30 moyenne aux bornes de la bobine du contacteur est le produit du rapport cyclique par la tension source. L'adaptation du rapport cyclique du dispositif hacheur dévolteur en fonction du niveau tension d'entrée permet d'alimenter la bobine avec une tension de courant moyenne constante déterminée quelle que soit la valeur 35 d'alimentation du contacteur. Cette valeur peut être fixée au seuil minimum d'appel pendant la phase d'appel et au seuil minimum de maintien pendant la phase de maintien. Le seuil minimum d'appel est le niveau minimal de courant aux bornes de la bobine 8 suffisant pour déclencher la fermeture du circuit magnétique. Avec ce niveau de courant, la course des contacts mobiles présente une dynamique suffisante pour fermer le circuit électrique de puissance dans de bonnes conditions, définies par des contraintes normatives. Le seuil minimum de maintien est le niveau de courant juste suffisant pour maintenir l'électroaimant fermé, compte tenu des positions de montage du contacteur, de sa tenue aux chocs et vibrations, et du nombre de contacts auxiliaires associés, c'est-à-dire des charges mécaniques. Les deux valeurs ci-dessus peuvent être déterminées par des moyens de calcul. Ces moyens de commande 9 permettent de pallier aux perturbations de la tension d'alimentation, et d'assurer l'appel ou le maintien pour autant que cette tension ne descende pas durablement en dessous de la tension minimale de maintien ou d'appel. Les moyens de commande permettent également d'éviter qu'une perturbation augmentant la tension n'occasionne un choc violent lors de la 20 fermeture du contact. Les moyens de commande 9 peuvent être logées à l'intérieur ou à l'extérieur du boîtier du contacteur 6. En plus des moyens de commande 9 de l'alimentation de la bobine, permettant de pallier aux creux de tension, le contacteur comporte des moyens 25 de ralentissement de l'extinction de l'énergie de la bobine en cas de manque de tension, comprenant une diode de roue libre 12 disposée en parallèle par rapport à la bobine du contacteur. En outre, chaque contact principal? de chaque contacteur est branché en parallèle avec des moyens de limitation de la pointe de courant 30 comportant un contact temporaire 13 et des résistances 14, ce contact temporaire 13 étant relié en parallèle au contact principal 7. Le fonctionnement de ce contact temporaire 13 est le suivant. Lors de la phase d'appel, ce contact est fermé avant le contact principal 7. Ainsi, le circuit est fermé, sur les résistances 14. Ensuite, lorsque le contact principal 7 35 est fermé, le contact temporaire 14 est ouvert.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la disposition des contacteurs est en cascade : chaque contacteur est associé à des moyens de commande d'un second contacteur pour fermer ou ouvrir celui-ci lorsqu'un premier contacteur est fermé ou respectivement ouvert. Ces moyens de commande sont constitués par un contact auxiliaire 15, disposé sur une portion de circuit électrique reliant la bobine du second contacteur 7 à la source d'alimentation 2. Ainsi, il suffit de fermer le circuit d'alimentation du premier contacteur 7 par un interrupteur 16 pour que l'ensemble des contacteurs se ferment. Le même mécanisme permet d'ouvrir l'ensemble des contacteurs 7 lorsque le premier est ouvert. Un voyant lumineux 17 peut être relié en série sur une portion de circuit fermée par un dernier contact auxiliaire 15 du dernier contacteur de la cascade, ce voyant s'allumant lorsque le dernier contacteur est alimenté, ce voyant indiquant ainsi que l'ensemble des contacteurs sont fermés. Il est à noter que l'installation ainsi formée comprend un ensemble de tranches sensiblement identiques T comportant un condensateur, un contacteur avec des moyens de commande de l'alimentation de la bobine et une diode de roue libre, et le dispositif comportant le contact auxiliaire.

Concernant les manques de tension, les tests menés sur ce type de contacteur, montrent le même niveau d'immunité face aux 2 phénomènes: -haute impédance : correspondant à une ouverture brève de la tension d'alimentation, - basse impédance correspondant à un court-circuitage bref des 25 bornes d'alimentation bobine. Dans les 2 cas le résultat est le même : le contacteur ne se ré ouvre pas pour des durées de plusieurs dizaines de ms, alors qu'un contacteur électromécanique traditionnel se ré ouvre pour une durée d'environ 10 ms. Les avantages du contacteur ne sont pas limités aux installations 30 d'éoliennes, car il existe d'autres applications où les perturbations du réseau de commande sont élevées. Par exemple, les éclairages des grandes serres, alimentés par des panneaux solaires peuvent présenter de telles perturbations. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus, à titre d'exemple non limitatif ; elle 35 en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Contacteur (6) comprenant un circuit de commande dont l'alimentation est soumise à des perturbations électriques, et au moins un contact principal (7) destiné à commander la fermeture et l'ouverture d'une partie d'un circuit d'une installation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de ralentissement de l'extinction (12) de l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine en cas de manque ou creux de 10 tension d'alimentation, et - des moyens de commande (9) de l'alimentation de la bobine (8) du contacteur (6), comportant des moyens de détermination d'une valeur de courant permettant de fermer un contact principal (7) ou de maintenir un contact principal (7) fermé, et des moyens permettant de maintenir cette valeur 15 moyenne du courant d'alimentation de la bobine (8) à la valeur déterminée, chaque contact principal (7) étant branché en parallèle avec des moyens de limitation de la pointe de courant comportant un contact temporaire (13) et au moins une résistance (14).

2. Contacteur (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 20 moyens de contrôle comportent également des moyens de redressement (R) agencés pour alimenter la bobine (8) en courant continu, que la tension d'alimentation des moyens de commande (9) soit alternative ou continue.

3. Contacteur (6) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (9) sont agencés pour alimenter la 25 bobine (8) au seuil minimum d'appel lors de la phase d'appel.

4. Contacteur (6) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande (9) sont agencés pour alimenter la bobine (8) au seuil minimum de maintien lors de la phase de maintien.

5. Contacteur (6) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que les moyens de commande (9) comportent un dispositif de type hacheur dévolteur.

6. Installation électrique comportant : - au moins deux condensateurs (3), - au moins deux contacteurs (6) selon l'une des revendications 1 à 35 5, permettant d'ouvrir ou de fermer la partie de circuit électrique (5) reliant un condensateur (3) au réseau de distribution (4),- des moyens de commande (15) de la fermeture ou de l'ouverture d'un second contacteur (6) lorsqu'un premier contacteur (6) est fermé ou respectivement ouvert.

7. Installation électrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la source d'alimentation est un réseau interne d'une éolienne.

8. Procédé de protection contre les perturbations électriques de l'alimentation du circuit de commande d'un contacteur avec au moins un contact principal (7) destiné à commander la fermeture et l'ouverture d'une partie d'un circuit électrique d'une installation électrique, comprenant les étapes consistant à : ralentir l'extinction de l'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine en cas de manque ou de creux de tension d'alimentation, et commander l'alimentation de la bobine (8) du contacteur (6), en : 15 o déterminant une valeur de courant permettant de fermer le contact principal (7) ou de maintenir le contact principal (7) fermé, et en o maintenant la valeur moyenne du courant d'alimentation de la bobine (8) à la valeur déterminée. 20 et, lors de la phase d'appel, les étapes consistant à : - fermer un contact temporaire sur au moins une résistance, en parallèle avec le contact principal, et avant que le contact principal ne se ferme, puis à - fermer le contact principal (7), et à 25 - ouvrir le contact temporaire (14). 11. Procédé selon la revendication 8, comportant une étape consistant redresser la tension d'alimentation des moyens de commande pour alimenter la bobine (8) en courant continu. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel la 30 valeur de courant déterminée permettant de fermer le contact (7) est sensiblement égale au seuil minimum d'appel lors de la phase d'appel. 13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel la valeur de courant déterminée permettant de maintenir le contact (7) fermé est sensiblement égale au seuil minimum de maintien lors de la phase de maintien.. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel la source d'alimentation du circuit de commande est un réseau interne d'une éolienne.