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Etre
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Sys
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Est-a
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Cou
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DANS
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Cer
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Uref
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Physical
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-48 V
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48 volts
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4,5 m
(1)
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45 m
(1)
[18][_]
de 4,5 volts
(1)
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4,5 volts
(1)
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2000 Ah
(1)
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de 0,7 V
(1)
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0,7 V
(1)
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de 5 amperes
(1)
[24][_]
8 amperes
(1)
[25][_]
Molecule
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POSTES
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2521791A1
Family ID 2693160
Probable Assignee Emerson Energy Systems Ab
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title INTERRUPTEUR ELECTRONIQUE DE COURANT MONTE DANS UN SYSTEME DE
DISTRIBUTION DE COURANT CONTINU
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN INTERRUPTEUR ELECTRONIQUE DE COURANT DESTINE A
UN SYSTEME DE DISTRIBUTION DE COURANT CONTINU.
IL COMPREND UN CIRCUIT TRANSISTORISE D'ALIMENTATION EK, UN CIRCUIT DE
SEUIL JF, UN CIRCUIT D'HORLOGE TK ET UN CIRCUIT DE MAINTIEN. LORSQUE
LE COURANT DE CHARGE I DEPASSE UNE VALEUR DONNEE, LE CIRCUIT DE SEUIL
EMET UNE TENSION BLOQUANT LE TRANSISTOR T1 D'ALIMENTATION EN MEME
TEMPS QUE LE TRANSISTOR T2 D'UN TRAJET DE LIMITATION DE COURANT
DEVIENT CONDUCTEUR. AU BOUT D'UN TEMPS DONNE, LE CIRCUIT DE MAINTIEN
PRODUIT UNE TENSION QUI BLOQUE EGALEMENT LE TRANSISTOR T2 ET QUI
INTERROMPT DONC LE COURANT DE CHARGE.
DOMAINE D'APPLICATION: ALIMENTATION DE POSTES TELEPHONIQUES.
Description
_________________________________________________________________
1 2521791
L'invention concerne un interrupteur electroni- que de courant monte
dans un systeme de distribution de courant continu, en particulier
pour des postes telepho- niques, et destine a remplacer les
coupe-circuits a fusi- bles et les coupe-circuits automatiques dans de
tels sys- temes L'invention concerne plus particulierement un
interrupteur electronique de courant qui limite le courant de
court-circuit dans le systeme.
Lorsqu'un court-circuit se produit dans des sys- temes de distribution
d'energie comportant des coupe- circuits classiques, des courants de
court-circuit tres importants apparaissent et sont a l'origine de
surtensions et de sous-tensions transitoires graves Dans des postes
telephoniques, par exemple, des soustensions signifient la cessation
du fonctionnement des circuits electroniques avec, pour consequence,
un risque d'interruption de fonc- tionnement de longue duree Des
surtensions creent un risque de destruction des circuits electroniques
On sait deja, par exemple d'apres la revue Ericsson N O 4, 1974, page
120, comment resoudre les problemes poses par les court-circuits, en
rendant "hautement ohmique" le systeme d'alimentation en energie La
figure 1 des dessins annexes illustre un exemple d'un tel systeme
hautement ohmique Le redresseur RL alimente une charge L par l'in-
termediaire d'un filtre F, d'un coupe-circuit Si et d'un cable K Une
batterie B de force electromotrice E et de resistance interne Ri est
connectee en attente au sys- teme Les coupe-circuits 52-56 sont relies
en outre a des charges non representees Le fait que le systeme soit
hautement ohmique signifie que les resistances des divers circuits
sont reparties entre la batterie et un cable dans le rapport de 1:10,
par exemple Ceci signifie que la resistance interne R de la batterie
et la resistance de ligne du cable Y ne descendent pas au-dessous de
cer- taines valeurs Pour un systeme a 48 volts, par exemple, Ri = 4,5
m N et la resistance du cable RK = 45 m Q, bien que cela ne soit pas
souhaitable du point de vue des pertes En raison de la situation
hautement ohmique, le courant de court-circuit qui apparait est donc
limite, dans cet exemple, a un maximum de 1000 A Cette solution donne
une chute de tension maximale de 4,5 volts dans la distribution, meme
en cas de court-circuit Les charges connectees aux coupe-circuits,
c'est-a-dire aux coupe- circuits 52-56, autres que la charge L en
court-circuit, peuvent donc etre maintenues a un niveau de tension
accep- table.
Dans le cas d'un court-circuit se produisant dans la charge L, on
obtient un cycle transitoire au point A (figure 1), ce cycle etant
illustre sur la figure 2 des dessins annexes La figure 2 est un
graphique montrant que la tension tombe rapidement a l'instant de
l'etablis- sement du court-circuit et qu'elle est ensuite constante,
puis qu'elle s'eleve rapidement a l'instant de fusion du coupe-circuit
SI Dans un systeme hautement ohmique tel que celui decrit ci-dessus
(courbe b), on obtient une chute maximale de tension et une elevation
maximale de tension d'environ 4,5 volts, respectivement a l'instant
d'apparition du court-circuit et lorsque le fusible du coupe-circuit a
fondu La courbe en trait plein illustre le cycle obtenu avec un
dispositif a relais classique, qui n'est pas hautement ohmique, et la
courbe c en trait mixte illustre le cycle obtenu lorsqu'on utilise un
interrupteur electronique de courant conforme a l'inven- tion La
solution a dispositif hautement electronique au probleme des
transitoires, decrit ci-dessus, exige cependant de grosses batteries
et elle n'est donc possi- ble, en pratique, que dans des systemes de
distribution d'energie importants Dans de petits systemes equipes de
batteries de moins d'environ 2000 Ah, il faut des conden- sateurs de
tres grande capacite pour maintenir les tran- sitoires entre des
niveaux acceptables.
L'invention'a pour objet un interrupteur elec- tronique de courant qui
limite le courant de court- circuit de maniere que la tension chute et
que les
3 2521791 transitoires, apparaissant pendant la presence du court-
circuit et la fusion d'un fusible, puissent etre reduites a de tres
faibles valeurs.
Avec l'interrupteur electronique selon l'inven- tion, qui remplace
totalement ou en partie les coupe- circuits 51-56 de la figure 1, on
obtient donc une meil- leure limitation de courant dans le systeme
connu, en donnant a la batterie et au cable des valeurs hautement
ohmiques L'avantage de l'interrupteur de courant selon l'invention est
que ce dimensionnement de la batterie et du cable a des valeurs
hautement ohmiques n'est plus necessaire, ce qui signifie une
simplification du systeme et une diminution de ses pertes internes En
utilisant l'interrupteur de courant selon l'invention, on peut
egalement obtenir une limitation du courant de court- circuit dans de
petits systemes d'alimentation.
L'invention sera decrite plus en detail en regard des dessins annexes
a titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1
est un schema d'un systeme de distribution d'energie hautement
ohmique; la figure 2 est un graphique montrant la chute de tension aux
bornes d'un coupe-circuit pendant un court-circuit; la figure 3 est un
schema simplifie illus- trant le principe de l'interrupteur de courant
selon l'invention; la figure 4 est un schema du circuit d'une forme de
realisation de l'invention; la figure 5 est un graphique montrant la
forme du courant; et la figure 6 est un schema d'une forme de
realisation du circuit d'alimentation incorpore dans l'interrupteur de
courant de la figure 3.
Le schema simplifie de la figure 3 illustre le principe de
l'interrupteur electronique de courant selon l'invention Ce schema
represente un circuit EK d'alimentation connecte a une charge L dont
le courant de court-circuit doit etre controle La charge est con-
nectee au conducteur neutre du systeme et le circuit EK d'alimentation
est connecte par l'intermediaire d'une resistance R de detection de
courant au pole negatif du systeme (-48 V dans ce cas) Le circuit
d'alimentation comporte a la fois un trajet de courant normalement
conducteur et pouvant etre commande et un trajet de cou- rant de
limitation de courant, pouvant etre commande, et il est constitue de
circuits a transistors dont l'un per- met le passage du courant de
charge et dont un autre limite'a une valeur nominale donnee In la
surintensite apparaissant en cas de court-circuit se produisant dans
la charge Si la charge L est capacitive, le circuit d'alimentation a
egalement pour fonction de limiter la surintensite apparaissant a
l'interieur de la charge durant le cycle de mise en marche Dans
certaines formes de realisation (decrites ci-dessous), le trajet a
courant pouvant etre commande et le trajet de limitation de cou- rant
peuvent constituer un seul trajet de courant.
L'interrupteur electronique de courant comporte en outre un circuit de
seuil JF dont une entree est connectee a une resistance R et dont
l'autre entree est connectee a une tension de reference Vr La sortie
du circuit de seuil JF est reliee a un circuit d'horloge TK dont la
sortie est connectee a l'entree de commande d'un circuit de maintien
HK par l'intermediaire d'un element d'indica- tion visuelle, par
exemple une diode electroluminescente LD La sortie du circuit de
maintien est connectee a l'entree de commande du trajet de courant
pouvant etre commande et incorpore dans le circuit d'alimentation EK.
Un contact KI est en outre destine a repositionner le circuit de
maintien La fonction du circuit de maintien est d'agir sur le circuit
d'alimentation de maniere qu'il ne conduise aucun courant Tous les
elements (y compris le contact Ki) sont constitues de circuits
electroniques comprenant des transistors, des diodes et des composants
passifs (resistances, condensateurs).
A l'etat normal, un courant de charge I and #x003C; In passe dans le
trajet conducteur du courant du circuit d'alimentation et dans la
resistance R Ceci donne lieu a une chute de tension UR In, la chute de
tension UR aux bornes de la resistance R devient superieure a Uref'
Dans ce cas, on obtient a la sortie du circuit JF une quantite
(tension de sortie) qui est appliquee en tant que quantite de commande
au circuit -EK d'alimentation afin de le commander en regulation a
courant constant Ceci signifie que le courant de court- circuit est
limite a une valeur du meme ordre de grandeur que la valeur nominale
In du courant de l'interrupteur.
Le circuit d'horloge TK est actionne en meme temps par la quantite de
sortie du circuit de seuil JF et ce cir- cuit commence a compter un
intervalle de temps choisi et donne At Lorsque le temps At a ete
compte, on obtient un signal de sortie applique a la diode
electrolumines- cente et a l'entree de commande du circuit de maintien
HK.
Ce dernier transmet alors un signal de sortie au circuit EK
d'alimentation, ce qui a pour resultat l'interruption du trajet de
courant (trajets de courant) dans ce circuit et donc l'interruption
complete du courant de charge La sequence de temporisation du circuit
d'horloge TK est necessaire pour empecher l'interrupteur electronique
d'etre declenche par les phenomenes transitoires isoles que le systeme
d'alimentation peut supporter, et pour empecher le declenchement de
l'interrupteur de courant au commencement du chargement d'un
condensateur.
6 2521791
Le circuit de maintien peut etre dimensionne, le cas echeant, de
maniere a etre actionne par un signal exterieur "declenchement
exterieur DE" afin qu'il agisse sur l'interrupteur, c'est-a-dire qu'il
interrompe le courant de charge Ceci permet d'etablir des priorites de
charges, par exemple en cas d'une defaillance d'un reseau
L'interrupteur peut etre repositionne manuelle- ment ou a l'aide d'un
signal exterieur, par fermeture du contact Kl Le circuit d'horloge TK
est convenablement realise sous la forme d'un circuit analogique RC
(resistance et condensateur), mais une solution a cir- cuit numerique,
comportant un compteur binaire, peut egalement etre utilisee La sortie
alarme est indiquee en SA sur la figure 3.
La figure 4 represente une forme de realisation de l'interrupteur
electronique de courant montre schema- tiquement sur la figure 3.
Le circuit EK d'alimentation comprend deux trajets de courant dont
l'un constitue le trajet collec- teur-emetteur d'un premier transistor
n-p-n Tl et le second comprend une resistance R 4 montee en serie avec
le trajet collecteur-emetteur d'un deuxieme transistor n-p-n T 2 Les
trajets collecteur-emetteur des transis- tors Tl et T 2 sont montes en
parallele La resistance Rl, connectee aux emetteurs des transistors
Tl-et T 2, corres- pond a la resistance R 2 de la figure 3 Le circuit
com- parateur JF comprend un transistor n-p-n T 3 dont la base est
connectee a la resistance Rl et au point de connexion commune des
emetteurs des transistors Tl et T 2 Une resistance R 2 est montee
comme resistance de collecteur pour le transistor T 3 Le circuit
d'horloge TK comprend un cirtuit RC comportant un transistor n-p-n T
6, une liaison RC constituee d'un condensateur C et d'une resistance R
3, ainsi qu'une resistance de base R 6 pour le transistor T 6, cette
resistance etant reliee a un point compris entre le condensateur C et
la resistance R 3.
Un contact K 2 est monte en parallele avec le condensateur C
7 2521791 pour court-circuiter ce dernier lorsqu'il est ferme Le
circuit de maintien HK comprend deux circuits a transis- tors Un
premier circuit est forme par le transistor n-p-n T 4 dont la base est
reliee au collecteur du transistor T 6 du circuit d'horloge TK, son
collecteur etant connecte a la base du transistor Tl monte dans le
circuit d'ali- mentation Le second circuit comprend un transistor
n-p-n T 5, une resistance R 5 etant incorporee dans le circuit
d'alimentation EK La base du transistor T 5 est reliee au collecteur
du transistor T 6, et son emetteur (de meme que l'emetteur du
transistor T 4) est connecte a la borne -48 V Le collecteur du
transistor T 5 est relie a la borne O V par l'intermediaire de la
resistance de base R 5 du transistor T 2.
Dans l'etat normal de l'equipement d'alimenta- tion, un courant de
charge I 1 In' c'est-a-dire qu'il apparaisse une surintensite, a la
suite d'un court-circuit, par exemple, la chute de tension entre les
bornes de la resistance Rl s'eleve jusqu'a la valeur de 0,7 V demandee
par le tran- sistor T 3 pour devenir conducteur Le transistor T 3
commence donc a conduire et un courant circule dans la resistance R 2
et sur le trajet collecteur-emetteur du transistor T 3, vers la borne
-48 V Ceci a pour resultat l'ecoulement du courant de base du
transistor Tl par l'intermediaire du trajet faiblement ohmique vers la
8 2521791 borne -48 V et le blocage du transistor Tl (le potentiel au
point a devenant negatif) Le courant de court-circuit est alors
conduit par le transistor T 2, a present conduc- teur (le courant de
base passant par la resistance R 5) et est limite par la resistance R
4 Le courant s'ecoule egalement de la borne O V vers le condensateur
C, a travers la resistance R 3 du circuit d'horloge et a tra- vers le
transistor sature T 3, vers la borne -48 V Il en resulte la charge du
condensateur C (le contact K 2 etant ouvert) Au bout d'un temps
donne'At, le condensateur
C est charge a un niveau tel que la chute de tension base- emetteur du
transistor T 6 depasse 0,7 V et que ce transis- tor commence a
conduire, ce qui a pour resultat le passage du courant a travers les
resistances R 7 et R 8 et le tran- sistor T 5, ce qui signifie que
davantage de courant part de la borne O V a travers la resistance R 5,
mais en pas- sant a present par le transistor T 5 La chute de tension
base-emetteur du transistor T 2 devient alors trop faible et ce
transistor se bloque Ceci signifie que l'interrup- teur electronique
de courant entre en fonction, car le trajet du courant de charge a ete
bloque par les transis- tors non conducteurs Tl et T 2 Le courant
traversant le transistor conducteur T 5 est limite par la resistance R
5.
Dans la forme de realisation montree sur la figure 6, le circuit
d'alimentation EK ne contient qu'un transistor Tl qui, avec la
resistance RI, forme un trajet de courant pouvant etre commande,
destine au courant de charge Par l'intermediaire d'une resistance Rl O
montee dans le circuit de seuil JF, la base du transistor T 3 est
connectee au collecteur du transistor Tl et a la borne -48 V au moyen
de la resistance Rll Le transistor T 2, la resistance R 4, le
transistor T 5 et la resistance
R 5 (figure 4) ont ete elimines Lorsque le courant pas- sant dans le
transistor Tl augmente, le transistor T 3 devient conducteur et le
transistor Tl commence a se bloquer La tension de collecteur du
transistor Tl s'eleve donc et le courant circule a travers la
resistance
9 2521791
R 10 vers la base du transistor T 3 Plus la tension de collecteur du
transistor Tl augmente, plus ce transistor se bloque On obtient ainsi
une reduction du courant col- lecteur-emetteur du transistor Tl, telle
que le produit VCE Ic est limite dans l'intervalle de securite de
fonctionnement pour ce transistor Il en resulte une limitation du
courant de court-circuit et de l'energie de court-circuit.
Le graphique de la figure 5 montre le courant de collecteur du
transistor Tl (figure 4) en fonction du temps Un courant normal de
charge circule a l'instant t = 0, par exemple un courant de collecteur
de 5 amperes traversant le transistor Tl Un court-circuit apparait
dans la charge a l'instant t = to et le courant s'eleve par gradins,
mais il est limite par le circuit d'alimenta- tion a une valeur
donnee, par exemple 8 amperes Ceci est obtenu a l'aide du trajet de
courant R 4, T 2 de la figure 4.
Dans la forme de realisation representee sur la figure 6, le courant
de collecteur Ic est limite en fonction de la tension de collecteur a
une valeur inferieure a In = 5 A
(courbe en trait pointille).
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportees a
l'interrupteur electronique decrit et represente sans sortir du cadre
de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Interrupteur electronique de courant monte dans un systeme de
distribution de courant continu et connecte en serie avec une charge,
aux bornes de la source d'alimentation en tension du systeme, afin
d'intervenir lorsque le courant de charge traversant cet interrupteur
depasse une valeur donnee au bout d'un temps donne (At),
l'interrupteur comprenant un circuit (EK) d'alimentation a limitation
de courant, conduisant un courant de charge (Il), un circuit de seuil
(JF) detec- tant le courant de charge et emettant une premiere quan-
tite lorsque le courant de charge (Il) depasse une valeur donnee
definie (In), un circuit d'horloge (TK) declenche par la premiere
quantite pour produire une seconde quantite au bout du temps (At),
l'interrupteur electronique etant caracterise en ce que le circuit
d'alimentation (EK) comprend un premier trajet de courant (Tl) pouvant
etre commande, destine au courant de charge (I), et un second trajet
de courant (R 4,,T 2), pouvant etre commande, destine a une limitation
de courant, connecte en parallele avec le premier trajet de courant,
celui-ci etant commande par ladite premiere quantite de facon a n'etre
pas conducteur en meme temps que le second trajet de courant devient
conducteur afin de limiter le courant de charge, et en ce qu'un
circuit de maintien (HK) est declenche par la seconde quantite pour
trans- mettre une troisieme quantite au circuit d'alimentation (EK),
ce qui a pour resultat de placer les deux trajets de courant dans
l'etat non conducteur afin que le courant de charge soit interrompu.
2 Interrupteur selon la revendication 1, caracterise en ce que le
circuit d'alimentation (EK) comprend un pre Qmier transistor (Tl) dont
le trajet collecteur-emetteur forme ledit premier trajet de courant
pouvant etre commande, et dont la base est reliee au circuit de seuil
(JF), et un second transistor (T 2) dont le trajet
collecteur-emetteur, en serie avec une premiere resistance (R 4),
forme ledit second trajet de courant a limitation de courant, la base
du second transistor (T 2) etant reliee par l'intermediaire d'une
seconde resistance (R 5) a une premiere borne de la source de tension
d'ali- mentation, la seconde resistance (R 5) etant dimensionnee
de.maniere que, Lorsque le courant de charge depasse ladite valeur et
que le premier transistor devient non conducteur, le second transistor
devienne conducteur pour limiter le courant de charge.
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