Patentamt à JEuropâisches. European Patent Office Numéro de publication: Office européen des brevets DEMANDE DE BREVET EUROPEEN

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àJ E u r o p â i s c h e s

Patentamt

European Patent Office © Numéro de publication: 0 0 3 9 2 8 0

Office européen des brevets A 1

F-38050 Grenoble Cedex(FR)

04.11.81 Bulletin 81/44 © Inventeur: Bonniau, Michel Merlin Gerin Rue Henri Tarze

BE CH DE GB IT LI NL

Merlin Gerin 20, rue Henri Tarze, 83 X F-38041 Grenoble Cedex(FR)

5y Dispositif de protection différentielle sensible à un courant unidirectionnel.

L'invention est relative à un dispositif de protection diffé- rentielle à propre courant dont le fonctionnement n'est pas affecté par la présence d'un courant unidirectionnel.

Une capacité (68,70,72) est insérée dans le circuit secondaire reliant l'enroulement secondaire (16) d'un tore de détec- tion de courant différentiel (14) à une bobine (20) d'un relais déclencheur (22), de manière à créer un filtre de mise en forme du signal de défaut.

Le dispositif de protection peut être associé à un disjonc- teur électrique.

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L ' i n v e n t i o n e s t r e l a t i v e à un d i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n d i f - f é r e n t i e l l e à p r o p r e c o u r a n t d ' u n e i n s t a l l a t i o n de c o u r a n t a l t e r n a i t c o m p r e n a n t :

- un t r a n s f o r m a t e u r d i f f é r e n t i e l a y a n t un t o r e , des e n r o u l e - m e n t s p r i m a i r e s , é v e n t u e l l e m e n t à s i m p l e p a s s a g e des c o n d u c - t e u r s de l ' i n s t a l l a t i o n et un e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e aux b o r n e s d u q u e l a p p a r a î t un s i g n a l de d é f a u t d i f f é r e n t i e l l o r s q u e la somme des c o u r a n t s p a r c o u r a n t les e n r o u l e m e n t s p r i m a i r e s n ' e s t pas n u l l e ,

- une b o b i n e de d é c l e n c h e m e n t d'un a p p a r e i l de c o u p u r e de c o u r a n t ,

- et un c i r c u i t s e c o n d a i r e de c o n n e x i o n de la b o b i n e aux b o r n e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e , a g e n c é pour p r o v o q u e r le d é c l e n c h e m e n t l o r s q u e l e d i t s i g n a l d é p a s s e un s e u i l p r é - d é t e r m i n é , l e d i t c i r c u i t s e c o n d a i r e c o m p r e n a n t un c o n d e n s a - t e u r .

Le b r e v e t f r a n ç a i s N ° 2 . 4 2 2 . 2 7 7 d é c r i t un d i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n d i f f é r e n t i e l l e du genre m e n t i o n n é conçu p o u r ê t r e a s s o c i é à un d i s j o n c t e u r de p r o t e c t i o n qui d é c l e n c h e pour un f a i b l e c o u r a n t de d é f a u t , par e x e m p l e de 30 mA, de m a n i è r e à a s s u r e r une p r o t e c t i o n e f f i c a c e des u s a g e r s . Le d i s p o s i t i f connu donne e n t i è r e s a t i s f a c t i o n en r é g i m e s i - n u s o ï d a l de c o u r a n t de d é f a u t , mais son f o n c t i o n n e m e n t p e u t ê t r e a f f e c t é par un c o u r a n t u n i d i r e c t i o n n e l , p r o d u i t p a r l ' e f f e t r e d r e s s e u r de d i s p o s i t i f s é l e c t r o n i q u e s s e m i - c o n - d u c t e u r s f r é q u e m m e n t u t i l i s é s dans des a p p a r e i l s t e l s que des r é c e p t e u r s de r a d i o ou de t é l é v i s i o n ou des r é g u l a - t e u r s de m o t e u r . L o r s q u e le t o r e de d é t e c t i o n du d i s p o s i - t i f de p r o t e c t i o n est soumis à un champ s i n u s o ï d a l on o b - t i e n t au s e c o n d a i r e une t e n s i o n q u a s i m e n t s i n u s o ï d a l e e t l ' u t i l i s a t i o n d'un d é c l e n c h e u r é l e c t r o m a g n é t i q u e p o l a r i s é ne p r é s e n t e pas d ' i n c o n v é n i e n t m a j e u r . Le d é c l e n c h e u r u t i - l i s e une s e u l e a l t e r n a n c e du s i g n a l et dans ce cas c e s deux a l t e r n a n c e s sont s y m é t r i q u e s , et l ' u n e et l ' a u t r e

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e n g e n d r e n t des s e u i l s de d é c l e n c h e m e n t v o i s i n s . Si par c o n - t r e le c o u r a n t de d é f a u t est u n i d i r e c t i o n n e l la t e n s i o n o b - t e n u e au s e c o n d a i r e du t o r e ne p r é s e n t e p l u s deux a l t e r - n a n c e s s y m é t r i q u e s et le d é c l e n c h e u r é l e c t r o m a g n é t i q u e p o l a - r i s é f o n c t i o n n e pour des s e u i l s d i f f é r e n t s s e l o n q u ' i l u t i - l i s e l ' u n e ou l ' a u t r e des deux a l t e r n a n c e s .

La p r é s e n t e i n v e n t i o n a , p o u r but de r e m é d i e r à ces i n c o n v é - n i e n t s et de p e r m e t t r e la r é a l i s a t i o n d ' u n d i s p o s i t i f d i f f é - r e n t i e l à p r o p r e c o u r a n t dont le f o n c t i o n n e m e n t n ' e s t p a s i n f l u e n c é s e n s i b l e m e n t par la p r é s e n c e d'un c o u r a n t u n i d i - r e c t i o n n e l .

Le d i s p o s i t i f s e l o n l ' i n v e n t i o n est c a r a c t é r i s é par le f a i t que l e s i m p é d a n c e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e , de la b o b i n e et du c o n d e n s a t e u r s o n t d é t e r m i n é e s pour f o r m e r un f i l t r e p a s s i f p a s s e bas, de mise en forme du s i g n a l d é l i v r é p a r l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e , d'un gain v o i s i n de 1 pour l a f r é q u e n c e du c o u r a n t a l t e r n a t i f , de m a n i è r e à c o n s e r v e r un même s e u i l de d é c l e n c h e m e n t en r é g i m e de c o u r a n t a l t e r n a t i f ,

en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t r e d r e s s é s i m p l e ou d o u b l e a l t e r n a n c e et en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t h a c h é u n i d i - r e c t i o n n e l ou n o n .

La p r é s e n t e i n v e n t i o n p a r t de la c o n s t a t a t i o n q u ' e n r é g i m e de d é f a u t r e d r e s s é ou haché le s i g n a l a p p a r a i s s a n t aux b o r n e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e est une f o n c t i o n p é r i o - d i q u e non s i n u s o ï d a l e en f o n c t i o n du temps et que c e t t e f o n c t i o n peut ê t r e c o n s i d é r é e comme la somme de f o n c t i o n s s i n u s o ï d a l e s o b t e n u e s par un d é v e l o p p e m e n t de F o u r i e r , l e f i l t r e p a s s e bas p e r m e t t a n t une s é l e c t i o n du s i g n a l de f r é - q u e n c e f o n d a m e n t a l e s i n u s o ï d a l e . Le s i g n a l a l t e r n a t i f n o n s i n u s o ï d a l e s t donc t r a i t é pour former un s i g n a l a l t e r n a t i f s y m é t r i q u e de f a i b l e d é f o r m a t i o n , qui p r o v o q u e le d é c l e n - c h e m e n t du d i s j o n c t e u r comme t o u t s i g n a l de d é f a u t s i n u - s o ï d a l .

S e l o n un d é v e l o p p e m e n t de l ' i n v e n t i o n et un p r o c é d é c o n n u

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d é c r i t dans le b r e v e t f r a n ç a i s N ° 1 . 2 6 3 . 3 1 2 , l e s i m p é d a n c e s du c o n d e n s a t e u r et l e s i m p é d a n c e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n - d a i r e et de la b o b i n e f o r m e n t un c i r c u i t résonnant d ' a m p l i f i - c a t i o n du s i g n a l de d é c l e n c h e m e n t .

Le c o n d e n s a t e u r peut ê t r e c o n n e c t é en s é r i e ou en p a r a l l è l e ou s e l o n une c o m b i n a i s o n s é r i e - p a r a l l è l e avec l ' e n r o u l e - ment s e c o n d a i r e du t o r e d e d é t e c t i o n d ' u n e m a n i è r e bien c o n - nue en s o i . Le d i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n à f i l t r e p a s s i f s e - lon l ' i n v e n t i o n donne e n t i è r e s a t i s f a c t i o n en é t a n t a p p l i - qué à un d i s p o s i t i f du t y p e d é c r i t dans le b r e v e t f r a n ç a i s N° 2 . 4 2 2 . 2 7 7 , dans l e q u e l le s i g n a l est r e d r e s s é dans un p o n t à d o u b l e a l t e r n a n c e et a l i m e n t e un s y s t è m e d ' a c c u m u l a - t i o n à c o n d e n s a t e u r . Une d i o d e Zener c o n n e c t é e aux b o r n e s du s y s t è m e d ' a c c u m u l a t i o n p r o v o q u e le d é c l e n c h e m e n t d ' u n i n t e r r u p t e u r é l e c t r o n i q u e l o r s q u e la t e n s i o n du s y s t è m e d ' a c c u m u l a t i o n a t t e i n t la t e n s i o n de s e u i l de la d i o d e Z e - n e r , t e l l e que la d é c h a r g e du c o n d e n s a t e u r a l i m e n t e la b o - b i n e de d é c l e n c h e m e n t du d i s j o n c t e u r .

Les v a l e u r s du f i l t r e p a s s i f passe bas, notamment la c a p a - c i t é du c o n d e n s a t e u r et les i m p é d a n c e s de l ' e n r o u l e m e n t s e - c o n d a i r e de la b o b i n e , sont c a l c u l é e s ou d é t e r m i n é e s p a r l e s m é t h o d e s u s u e l l e s de d é t e r m i n a t i o n des v a l e u r s des f i l - t r e s é l e c t r i q u e s b i e n c o n n u e s des s p é c i a l i s t e s . A t i t r e d ' e x e m p l e , c e r t a i n s cas p a r t i c u l i e r s r e l a t i v e m e n t s i m p l e s s o n t d é c r i t s c i - d e s s o u s en r é f é r e n c e aux f i g u r e s .

Il e s t f a c i l e de v o i r que le d i s p o s i t i f s e l o n l ' i n v e n t i o n e s t p a r t i c u l i è r e m e n t s i m p l e et p e r m e t de c o n s e r v e r le d i s - p o s i t i f à p r o p r e c o u r a n t dont la f i a b i l i t é et la s é c u r i t é de f o n c t i o n n e m e n t s o n t r e m a r q u a b l e s .

D ' a u t r e s a v a n t a g e s et c a r a c t é r i s t i q u e s r e s s o r t i r o n t p l u s c l a i r e m e n t de la d e s c r i p t i o n qui va s u i v r e de d i f f é r e n t s modes de mise en o e u v r e de l ' i n v e n t i o n , donnés à t i t r e d ' e x e m p l e s non l i m i t a t i f s et r e p r é s e n t é s aux d e s s i n s a n - n e x é s , dans l e s q u e l s :

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la f i g u r e 1 est une vue s c h é m a t i q u e d'un d i s p o s i t i f de p r o - t e c t i o n s e l o n l ' i n v e n t i o n , a y a n t un c o n d e n s a t e u r c o n n e c t é en s é r i e de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e du t o r e de d é t e c t i o n ;

l e s f i g u r e s 2, 3 et 4 s o n t des vues a n a l o g u e s à c e l l e de l a f i g u r e 1, m o n t r a n t r e s p e c t i v e m e n t un c o n d e n s a t e u r c o n n e c t é en p a r a l l è l e et des c o m b i n a i s o n s de c o n d e n s a t e u r s en s é r i e p a r a l l è l e , de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e ;

la f i g u r e 5 i l l u s t r e un cas p a r t i c u l i e r de mise en forme du s i g n a l s e c o n d a i r e ;

la f i g u r e 6 est une vue a n a l o g u e à c e l l e de la f i g u r e 5 , i l l u s t r a n t un â u t r e cas de mise en forme du s i g n a l s e c o n - d a i r e ;

la f i g u r e 7 est un a u t r e mode de r e p r é s e n t a t i o n du s c h é m a s e l o n la f i g u r e 4 ;

la f i g u r e 8 e s t un schéma du f i l t r e s e l o n la f i g u r e 7 ;

la f i g u r e 9 est une vue a n a l o g u e à c e l l e de la f i g u r e 8 , r e p r é s e n t a n t un cas p a r t i c u l i e r d e f i l t r e ;

l e s f i g u r e s 10 à 13 s o n t des vues a n a l o g u e s aux f i g u r e s 1 à 4, u t i l i s a n t un s y s t è m e d ' a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e i n s é r é dans le c i r c u i t s e c o n d a i r e ;

la f i g u r e 14 est un a u t r e mode de r e p r é s e n t a t i o n du s c h é m a de la f i g u r e 10, dans un cas p a r t i c u l i e r ;

l e s f i g u r e s 15 et 16 r e p r é s e n t e n t deux schémas p a r t i c u l i e r s d ' u n d i s p o s i t i f s e l o n l ' i n v e n t i o n , u t i l i s a n t un pont r e - d r e s s e u r à d o u b l e a l t e r n a n c e ;

l e s f i g u r e s 17 à 20 r e p r é s e n t e n t d i f f é r e n t e s v a r i a n t e s d e r é a l i s a t i o n , à s o u r c e e x t é r i e u r e .

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Sur l e s d i f f é r e n t e s f i g u r e s , une i n s t a l l a t i o n é l e c t r i q u e (non r e p r é s e n t é e ) e s t a l i m e n t é e par deux c o n d u c t e u r s 10, 1 2 , p a s s a n t dans un t o r e 14, qui p o r t e un e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16. Le t o r e 14 c o n s t i t u e un t r a n s f o r m a t e u r d i f f é r e n t i e l d o n t le c o u r a n t s e c o n d a i r e e s t f o n c t i o n de la somme des c o u r a n t s p r i m a i r e s p a r c o u r a n t l e s c o n d u c t e u r s 10, 12. Un d i s j o n c t e u r de p r o t e c t i o n 17 e s t b r a n c h é sur les c o n d u c t e u r s 10, 12 p o u r i n t e r r o m p r e l ' a l i m e n t a t i o n de l ' i n s t a l l a t i o n en cas de d é - f a u t à la t e r r e , d é t e c t é par le t r a n s f o r m a t e u r à t o r e 1 4 . Aux b o r n e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16 e s t c o n n e c t é un c i r c u i t s e c o n d a i r e 18 de d é c l e n c h e m e n t , qui a l i m e n t e une b o - b i n e 20 d ' u n r e l a i s d é c l e n c h e u r 22. Le r e l a i s d é c l e n c h e u r 22 commande le d é c l e n c h e m e n t du d i s j o n c t e u r 17 l o r s q u e l e s i g n a l de d é f a u t d é l i v r é à la b o b i n e 20 d é p a s s e un s e u i l p r é d é t e r m i n é de d é c l e n c h e m e n t . Le r e l a i s d é c l e n c h e u r 22 e s t a v a n t a g e u s e m e n t du t y p e p o l a r i s é u t i l i s a n t une s e u l e a l t e r - n a n c e du s i g n a l , mais i l peut é g a l e m e n t ê t r e s e n s i b l e aux deux a l t e r n a n c e s de ce s i g n a l . Le c i r c u i t s e c o n d a i r e 18 s e r é s u m e , dans le mode de mise en o e u v r e s i m p l i f i é de l ' i n - v e n t i o n , r e p r é s e n t é à la f i g u r e 1, à un c o n d e n s a t e u r 2 4 , c o n n e c t é en s é r i e de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16. Par exem- ple dans le cas de la f i g u r e 1, la c a p a c i t é 24 a pour b u t de c o m p o s e r un f i l t r e de mise en forme avec les i n d u c t a n c e s du t o r e d é t e c t e u r 16 et du r e l a i s d é c l e n c h e u r 22. La v a l e u r de la c a p a c i t é 24 est d é t e r m i n é e par les moyens usuels de c a l c u l et de d é t e r m i n a t i o n des f i l t r e s ; e l l e t i e n t c o m p t e du nombre de s p i r e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16 et de l a b o b i n e 20 a i n s i que des m a t é r i a u x mis en jeu et plus p a r t i - c u l i è r e m e n t de la r é m a n e n c e et de la r é l u c t a n c e du m a t é - r i a u m a g n é t i q u e du t o r e 14. Le c o n d e n s a t e u r peut bien e n - t e n d u ê t r e c o n n e c t é d i f f é r e m m e n t ( f i g . 2, 3, 4). Un e x e m p l e p a r t i c u l i è r e m e n t é v i d e n t de mise en forme d'un s i g n a l s e - c o n d a i r e e s t i l l u s t r é p a r l a f i g u r e 5. L ' i n s t a l l a t i o n a l i - m e n t é e par les c o n d u c t e u r s 10, 12 comporte dans ce cas un

é l é m e n t r e d r e s s e u r (non r e p r é s e n t é ) et un d é f a u t vers l a t e r r e en aval de l ' é l é m e n t r e d r e s s e u r f a i t . a p p a r a î t r e un c o u r a n t de d é f a u t r e d r e s s é s i m p l e a l t e r n a n c e , i l l u s t r é e p a r la c o u r b e 46 de la f i g u r e 5. La c o u r b e 48 d e l a f i g u r e 5

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e s t une image de la t e n s i o n aux b o r n e s de l ' e n r o u l e m e n t 1 6 du t o r e 14 sans u t i l i s a t i o n de la c a p a c i t é de mise en f o r m e 36, et il e s t f a c i l e . d e v o i r que ce s i g n a l p r é s e n t e des d i s - s y m é t r i e s s u s c e p t i b l e s d ' a f f e c t e r le f o n c t i o n n e m e n t du r e - l a i s d é t e c t e u r 22. L ' i m a g e de c e t t e même t e n s i o n s e c o n d a i r e avec u t i l i s a t i o n d ' u n e c a p a c i t é 36 de mise en forme de v a - l e u r a p p r o p r i é e e s t r e p r é s e n t é e par la c o u r b e 50 de .la f i - g u r e 5. La c o u r b e 50 r e p r é s e n t e un s i g n a l s i n u s o ï d a l l é g è r e - ment d é f o r m é , mais l e s v a l e u r s de c r ê t e des deux a l t e r n a n c e s du s i g n a l 50 et l ' é n e r g i e de chaque a l t e r n a n c e sont s e n s i - b l e m e n t é g a l e s . Le r e l a i s d é c l e n c h e u r 22 e s t i n d i f f é r e m m e n t d é c l e n c h é par l ' u n e q u e l c o n q u e des a l t e r n a n c e s du s i g n a l d e la c o u r b e 50. Le s i g n a l de d é f a u t émis par le t o r e d é t e c t e u r 14 d é p e n d de la s t r u c t u r e d e ce d e r n i e r et ce s i g n a l n ' e s t pas o b l i g a t o i r e m e n t de la forme i l l u s t r é e par la c o u r b e 4 8 . La f i g u r e 6 r e p r é s e n t e un a u t r e cas p a r t i c u l i e r dans l a - q u e l l e la c o u r b e 52 e s t l ' i m a g e du c o u r a n t de d é f a u t , l a c o u r b e 54 le c o u r a n t s e c o n d a i r e du t o r e d é t e c t e u r 14 s a n s m i s e en forme par une c a p a c i t é , et la c o u r b e 56 ce même c o u - r a n t s e c o n d a i r e avec m i s e en forme par un c o n d e n s a t e u r 2 4 . Le s i g n a l 56 a p r è s mise en forme n ' e s t pas i d e n t i q u e au s i g n a l 50 r e p r é s e n t é à la f i g u r e 5, mais l e s deux s i g n a u x s o n t a l t e r n é s , c ' e s t - à - d i r e que l e u r s v a l e u r s m a x i m a l e s p o - s i t i v e et n é g a t i v e ont s e n s i b l e m e n t la même v a l e u r a b s o l u e et que les a i r e s de c h a q u e a l t e r n a n c e sont s e n s i b l e m e n t é g a l e s . Le r e l a i s d é c l e n c h e u r 22 r é a g i t de ce f a i t de l a même m a n i è r e à l ' a l t e r n a n c e p o s i t i v e ou à l ' a l t e r n a n c e n é g a - t i v e du s i g n a l 56 qui l u i est a p p l i q u é . I l est c l a i r q u e N l ' e m p l o i s e l o n l ' i n v e n t i o n d ' u n f i l t r e de mise en forme du s i g n a l de d é f a u t d é l i v r é par le t o r e 14 p e r m e t de c o n s e r v e r un même s e u i l de d é c l e n c h e m e n t du d i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n d i f f é r e n t i e l l e en r é g i m e de c o u r a n t a l t e r n a t i f , en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t r e d r e s s é s i m p l e ou d o u b l e a l t e r n a n c e et en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t haché u n i d i r e c t i o n n e l ou n o n .

Les f i g u r e s 2, 3 et 4 i l l u s t r e n t t r o i s v a r i a n t e s de r é a l i - s a t i o n s e l o n l ' i n v e n t i o n , les mêmes numéros de r e p è r e é t a n t

(8)

u t i l i s é s dans t o u t e s l e s f i g u r e s pour d é s i g n e r les é l é m e n t s a n a l o g u e s ou i d e n t i q u e s à ceux r e p r é s e n t é s à la f i g u r e 1 . Dans la v a r i a n t e s e l o n la f i g u r e 2, le c i r c u i t s e c o n d a i r e 18 comprend un c o n d e n s a t e u r 36 c o n n e c t é en p a r a l l è l e s u r l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16 du t o r e d é t e c t e u r 14. Il e s t b i e n connu que la d i s p o s i t i o n d ' u n e c a p a c i t é 36 en p a r a l - l è l e d ' u n e i n d u c t a n c e , e n l ' o c c u r r e n c e de l ' e n r o u l e m e n t s e - c o n d a i r e 16 et de la b o b i n e 20, p e r m e t de c o n s t i t u e r un f i l - t r e de mise en f o r m e . Le f o n c t i o n n e m e n t est bien e n t e n d u i d e n t i q u e à c e l u i d é c r i t c i - d e s s u s en r é f é r e n c e à la f i g u r e 1 et la v a l e u r de la c a p a c i t é 36 est j u d i c i e u s e m e n t d é t e r - m i n é e pour d é l i v r e r un s i g n a l a l t e r n é au r e l a i s d é c l e n c h e u r

22. Les f i g u r e s 3 et 4 i l l u s t r e n t deux a u t r e s v a r i a n t e s u t i l i s a n t des c o m b i n a i s o n s de c a p a c i t é s s é r i e - p a r a l l è l e 38, 40 et 42, 44, et il est c l a i r que d ' a u t r e s c o m b i n a i s o n s p e u v e n t ê t r e u t i l i s é e s .

Il s e r a i t i l l u s o i r e et s u p e r f é t a t o i r e de v o u l o i r e x a m i n e r la t h é o r i e g é n é r a l e des f i l t r e s e t o n d é v e l o p p e r a c i - d e s - sous u n i q u e m e n t une e x p l i c a t i o n s u c c i n c t e du p r o c é d é d e mise en forme en r é f é r e n c e aux f i g u r e s 7 et 8 .

La f i g u r e 7 est une a u t r e façon de r e p r é s e n t e r le m o n t a g e de la f i g u r e 4, dans l a q u e l l e E 2 est la f o r c e é l e c t r o m o - t r i c e i n d u i t e à l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16 du t o r e 14, r 2 et L2 sont r e s p e c t i v e m e n t la r é s i s t a n c e et l ' i n d u c t a n c e d e l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16, r et L sont r e s p e c t i v e m e n t r la r é s i s t a n c e et l ' i n d u c t a n c e du r e l a i s 22, et C1 et C2 s o n t r e s p e c t i v e m e n t l e s c a p a c i t é s des c o n d e n s a t e u r s 44 e t 42. La f i g u r e 8 i l l u s t r e le q u a d r i p ô l e c o r r e s p o n d a n t . Dans le cas g é n é r a l où le f i l t r e en té est c h a r g é par le r e l a i s 22 d ' i m p é d a n c e Zr = r + j L r ω , l ' e x p r e s s i o n du gain du f i l - t r e s ' é c r i t :

a v e c :

(9)

En h a u t e f r é q u e n c e G tend v e r s l ' i n f i n i , a l o r s UR est t r è s i n f é r i e u r à U2. En b a s s e f r é q u e n c e la v a l e u r o p t i m a l e du g a i n G e s t l ' u n i t é a l o r s UR @ U2. On a un f i l t r e p a s s e b a s et i l c o n v i e n t d o n c , pour o b t e n i r la mise en forme o p t i m a l e , de c h o i s i r l e s é l é m e n t s du m o n t a g e t e l que p o u r ω = ω o , p u l - s a t i o n du f o n d a m e n t a l à 50 Hz, le g a i n s o i t v o i s i n de 1 e t que pour l e s h a r m o n i q u e s de p u l s a t i o n k ( ω o ) le gain s o i t s u f f i s a m m e n t g r a n d p o u r - q u e la t e n s i o n UR d e v i e n n e t r è s i n - f é r i e u r e à la t e n s i o n U2.

Dans un p r e m i e r cas p a r t i c u l i e r , où le f i l t r e en té d é b i t e sur une i m p é d a n c e s u f f i s a m m e n t é l e v é e pour q u ' i l p u i s s e ê t r e c o n s i d é r é à v i d e , le g a i n d u f i l t r e s ' é c r i t :

Go = U2 = 1 + Z1 avec Z1 et Z3 t e l q u ' e n h a u t e s f r é q u e n c e s

Ur Z3

Z 1≫ Z 3 e t en b a s s e f r é q u e n c e s Z 1≪ Z3. I l s ' a g i t d o n c c o m m e dans le cas g é n é r a l p r é c é d e n t de c h o i s i r c o n v e n a b l e m e n t l e s é l é m e n t s de montage pour que ce f i l t r e p a s s e bas donne u n e mise en forme c o n v e n a b l e . Une o p t i m a l i s a t i o n du p r o c é d é d e mise en forme e s t r é a l i s a b l e si a p r è s mise en forme l ' i m p é - d a n c e du c o n d e n s a t e u r d ' u n e p a r t et les i m p é d a n c e s des i n - d u c t a n c e s d ' a u t r e p a r t du c i r c u i t s e c o n d a i r e 18 s ' a c c o r d e n t pour f o r m e r un c i r c u i t r é s o n n a n t d u t y p e RLC s é r i e ou RLC p a r a l l è l e . Une t e l l e o p t i m i s a t i o n e s t d é c r i t e dans le b r e - vet f r a n ç a i s 1 . 2 6 3 ; 3 1 2 a u q u e l on se r é f é r e r a a v a n t a g e u s e - ment pour de p l u s amples d é t a i l s .

Dans ce s e c o n d cas p a r t i c u l i e r Z2 est c h o i s i t e l q u ' i l e n - t r e en r é s o n a n c e avec ZR et le schéma du f i l t r e en té de la f i g u r e 8 d e v i e n t le s c h é m a d u f i l t r e en L de la f i g u r e 9. L ' e x p r e s s i o n du gain d e v i e n t G = 1 + Z 1 a v e c Z1 = j L 2 ω

- r j

et Ze = C 1 ω . Tout comme dans les deux cas p r é c é d e n t s , r -

C 1 ω

un c h o i x a p p r o p r i é des é l é m e n t s p e r m e t une mise en f o r m e c o n v e n a b l e .

Bien d ' a u t r e s cas p a r t i c u l i e r s s o n t e n v i s a g e a b l e s et c o n -

(10)

d u i s e n t à des s o l u t i o n s a c c e p t a b l e s .

L ' a p p l i c a t i o n du p r o c é d é s e l o n l ' i n v e n t i o n p e u t s ' é t e n d r e à des d i s p o s i t i f s de p r o t e c t i o n a u t o n o m e s à a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e et l e s f i g u r e s 10 à 13 i l l u s t r e n t les m o n t a g e s c o r r e s p o n d a n t r e s p e c t i v e m e n t aux f i g u r e s 1 à 4. Dans c e s m o n t a g e s le c i r c u i t s e c o n d a i r e 18 c o m p o r t e de p l u s un s y s - tème à a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e 58 c o m p l é t é d'un d i s p o s i t i f à s e u i l d ' u n c o m m u t a t e u r qui l i b è r e l ' é n e r g i e e m m a g a s i n é e dans le s y s t è m e à a c c u m u l a t i o n l o r s q u e la t e n s i o n a t t e i n t le s e u i l du d i s p o s i t i f d e m a n i è r e à a c t i o n n e r le r e l a i s d é c l e n c h e u r 22. Une r é a l i s a t i o n p a r t i c u l i è r e de la v e r s i o n s c h é m a t i s é e à la f i g u r e 11, peut ê t r e o b t e n u e en c h o i s i s - s a n t un s y s t è m e à a c c u m u l a t i o n 58 p r é s e n t a n t une i m p é d a n c e t r è s g r a n d e a p r è s la p é r i o d e t r a n s i t o i r e d ' a c c u m u l a t i o n . Le t o r e 14 e s t a l o r s p r e s q u e à vide p u i s q u ' i l d é b i t e u n i q u e - ment dans la c a p a c i t é 36 de mise en f o r m e . Le c i r c u i t s e - c o n d a i r e 18 se résume a l o r s au schéma de la f i g u r e 14 com- posé d ' u n f i l t r e LC avec UC, la t e n s i o n de c h a r g e de l ' a c - c u m u l a t e u r .

Le s y s t è m e d ' a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e 58 et le d i s p o s i t i f à s e u i l p e u v e n t ê t r e du type d é c r i t dans le b r e v e t f r a n ç a i s p r é c i t é N ° 2 . 4 2 2 . 2 7 7 .

Les f i g u r e s 15 et 16 r e p r é s e n t e n t deux a u t r e s v a r i a n t e s de r é a l i s a t i o n u t i l i s a n t le module é l e c t r o n i q u e d é c r i t d a n s le b r e v e t f r a n ç a i s N ° 2 . 4 2 2 . 2 7 7 et c o m p o r t a n t un r e d r e s - r s e u r en pont à d o u b l e a l t e r n a n c e - 6 0 . Le s i g n a l d é l i v r é p a r l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e 16 est r e d r e s s é dans le pont 60 et c h a r g e une c a p a c i t é 62 d ' a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e . Aux b o r n e s de la c a p a c i t é d ' a c c u m u l a t i o n 62 est b r a n c h é e u n e d i o d e Z e n e r 64 qui d é c l e n c h e un i n t e r r u p t e u r é l e c t r o n i q u e 66 l o r s q u e la c h a r g e de la c a p a c i t é 62 a t t e i n t la t e n s i o n de s e u i l de la d i o d e Zener 64 pour p e r m e t t r e la d é c h a r g e de la c a p a c i t é 62 à t r a v e r s le r e l a i s 22 p r o v o q u a n t le d é - c l e n c h e m e n t du d i s j o n c t e u r 17. Dans le montage s u i v a n t l a f i g u r e 15, les c a p a c i t é s 68 et 70 s h u n t a n t les d i o d e s du

(11)

p o n t r e d r e s s e u r 60 r e n d e n t le m o n t a g e i n s e n s i b l e aux p a r a - s i t e s i n d u s t r i e l s . S e l o n l a p r é s e n t e i n v e n t i o n , le c h o i x j u d i c i e u x de ces c a p a c i t é s p e u t a s s u r e r en p l u s de l ' i m m u - n i t é aux p a r a s i t e s une mise en forme du s i g n a l s e c o n d a i r e .

La f i g u r e 16 r e p r é s e n t e une v a r i a n t e où l a m i s e en forme du s i g n a l s e c o n d a i r e p e u t ê t r e a m é l i o r é e p a r la c a p a c i t é a d d i - t i o n n e l l e 72 c o n n e c t é e en p a r a l l è l e sur le s e c o n d a i r e du t o r e . Le m o n t a g e s e l o n la f i g u r e 16 a s s u r e au d i s p o s i t i f d i f f é r e n t i e l des s e u i l s de d é c l e n c h e m e n t q u a s i i d e n t i q u e s en v a l e u r e f f i c a c e pour d e s r é g i m e s de d é f a u t s s i n u s o ï d a u x , des r é g i m e s de d é f a u t h a c h é u n i d i r e c t i o n n e l , des r é g i m e s d e d é f a u t r e d r e s s é et même pour des r é g i m e s de d é f a u t r e d r e s s é l é g è r e m e n t f i l t r é . A t i t r e i n d i c a t i f , on peut s i g n a l e r q u e pour un d i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n d u t y p e d é c r i t dans le b r e - vet f r a n ç a i s N ° 2 . 4 2 2 . 2 7 7 avec un f i l t r e de mise en f o r m é du t y p e i l l u s t r é par la f i g u r e 16, la v a l e u r d e s c a p a c i t é s p e u t ê t r e d ' e n v i r o n : 1 m i c r o F a r a d pour le c o n d e n s a t e u r 7 2 , 22 m i c r o F a r a d pour le c o n d e n s a t e u r 68 et 33 micro F a r a d ; pour le c o n d e n s a t e u r 7 0 .

Les f i g u r e s 17, 18, 1 9 e t 20 r e p r é s e n t e n t une t r a n s p o s i t i o n de l ' i n v e n t i o n à d e s a p p a r e i l s d e p r o t e c t i o n à s o u r c e a u x i - l i a i r e . Ces a p p a r e i l s c o m p r e n n e n t une a l i m e n t a t i o n 74 e t un a m p l i f i c a t e u r 76. D a n s ce cas, le s i g n a l d é l i v r é par l e s e c o n d a i r e du t o r e 1 6 i n t e r v i e n t en t a n t que s i g n a l de c o m - mande d e l ' é t a g e d ' e n t r é e de l ' a m p l i f i c a t e u r 76. les c o n - d e n s a t e u r s 24, 36, 38, 40, 42 et 44 c o n s t i t u e n t un f i l t r e et a s s u r e n t , comme dans le cas des a p p a r e i l s à p r o p r e c o u - r a n t d é c r i t p r é c é d e m m e n t , une mise en forme c o n v e n a b l e du s i g n a l s e c o n d a i r e pour des c o u r a n t s de d é f a u t s u n i d i r e c - t i o n n e l s . Une s o l u t i o n p a r t i c u l i è r e m e n t a v a n t a g e u s e c o n s i s - t e à c h o i s i r l e s d i f f é r e n t s é l é m e n t s de l ' a p p a r e i l de t e l l e s o r t e que l e ( s ) c o n d e n s a t e u r ( s ) de mise en forme a s s u r e é g a l e m e n t la f o n c t i o n de c a p a c i t é de l i a i s o n e n t r e le s e - c o n d a i r e et l ' a m p l i f i c a t e u r .

(12)

L ' i n v e n t i o n n ' e s t b i e n e n t e n d u n u l l e m e n t l i m i t é e aux m o d e s de mise en o e u v r e p l u s p a r t i c u l i è r e m e n t d é c r i t s , mais e l l e s ' é t e n d bien au c o n t r a i r e à t o u t e v a r i a n t e r e s t a n t dans l e c a d r e des é q u i v a l e n c e s .

(13)

1. D i s p o s i t i f de p r o t e c t i o n d i f f é r e n t i e l l e à p r o p r e c o u r a n t d ' u n e i n s t a l l a t i o n de c o u r a n t a l t e r n a t i f c o m p r e n a n t :

- un t r a n s f o r m a t e u r d i f f é r e n t i e l a y a n t un t o r e ( 1 4 ) , d e s e n r o u l e m e n t s p r i m a i r e s é v e n t u e l l e m e n t à s i m p l e p a s s a g e d e s c o n d u c t e u r s (10, 12) de l ' i n s t a l l a t i o n et un e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e (16) aux b o r n e s d u q u e l a p p a r a î t u n s i g n a l d e d é f a u t d i f f é r e n t i e l l o r s q u e la somme des c o u r a n t s p a r c o u - r a n t l e s e n r o u l e m e n t s p r i m a i r e s n ' e s t p a s n u l l e ,

- une b o b i n e (20) de d é c l e n c h e m e n t d ' u n a p p a r e i l de c o u - pure de c o u r a n t ( 1 7 ) ,

- et un c i r c u i t s e c o n d a i r e (18) de c o n n e x i o n de la b o b i n e aux b o r n e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e a g e n c é pour p r o v o - quer le d é c l e n c h e m e n t l o r s q u e l e d i t s i g n a l d é p a s s e un s e u i l p r é d é t e r m i n é , l e d i t c i r c u i t s e c o n d a i r e c o m p r e n a n t un c o n - d e n s a t e u r (24; 36 à 42; 68 à 7 2 ) ,

- c a r a c t é r i s é p a r l e f a i t que l e s i m p é d a n c e s de l ' e n r o u l e - ment s e c o n d a i r e ( 1 6 ) , de la b o b i n e (20) et du c o n d e n s a t e u r

s o n t d é t e r m i n é e s pour f o r m e r un f i l t r e p a s s i f p a s s e b a s , de mise en forme du s i g n a l d é l i v r é par l ' e n r o u l e m e n t s e - c o n d a i r e , d ' u n g a i n v o i s i n d e 1 pour la f r é q u e n c e du c o u - r a n t a l t e r n a t i f , de m a n i è r e à c o n s e r v e r un même s e u i l de d é c l e n c h e m e n t en r é g i m e de c o u r a n t a l t e r n a t i f , en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t r e d r e s s é s i m p l e ou d o u b l e a l t e r n a n c e et en r é g i m e de c o u r a n t de d é f a u t h a c h é u n i d i r e c t i o n n e l ou n o n .

2. D i s p o s i t i f s e l o n la r e v e n d i c a t i o n 1, c a r a c t é r i s é par l e f a i t que l ' i m p é d a n c e du c o n d e n s a t e u r (24; 36 à 42; 68 à 72) et l e s i m p é d a n c e s de l ' e n r o u l e m e n t s e c o n d a i r e (16) e t de la b o b i n e (20) s o n t de p l u s a c c o r d é e s pour former un c i r c u i t r é s o n n a n t à la f r é q u e n c e du c o u r a n t a l t e r n a t i f .

3. D i s p o s i t i f s e l o n la r e v e n d i c a t i o n 1 ou 2, c a r a c t é r i s é en ce que le c o n d e n s a t e u r est c o n n e c t é en s é r i e , en p a r a l - l è l e ou en une c o m b i n a i s o n s é r i e , p a r a l l è l e avec l ' e n r o u - l e m e n t s e c o n d a i r e ( 1 6 ) .

(14)

4. D i s p o s i t i f s e l o n la r e v e n d i c a t i o n 1, 2 ou 3, c a r a c t é r i s é en ce que le c i r c u i t s e c o n d a i r e (18) c o m p o r t e un pont r e - d r e s s e u r (60) à d o u b l e a l t e r n a n c e de r e d r e s s e m e n t d u d i t s i g n a l de d é f a u t .

5. D i s p o s i t i f s e l o n la r e v e n d i c a t i o n 1, 2, 3 ou 4, c a r a c t é - r i s é en ce que le c i r c u i t s e c o n d a i r e ( 1 8 ) comporte un s y s - tème d ' a c c u m u l a t i o n d ' é n e r g i e (62) et un d i s p o s i t i f à s e u i l

(64) qui a l i m e n t e la b o b i n e par l ' é n e r g i e a c c u m u l é e l o r s du d é p a s s e m e n t du s e u i l p r é d é t e r m i n é .

6. D i s p o s i t i f s e l o n la r e v e n d i c a t i o n 5, c a r a c t é r i s é en c e que le d i s p o s i t i f à s e u i l c o m p o r t e une diode Zener (64) e t un i n t e r r u p t e u r é l e c t r o n i q u e (66) p i l o t é par la diode Z e n e r d e v e n a n t c o n d u c t r i c e l o r s q u e la t e n s i o n du s y s t è m e d ' a c c u - m u l a t i o n a t t e i n t la t e n s i o n de s e u i l de la d i o d e Z e n e r .

7. D i s p o s i t i f s e l o n les r e v e n d i c a t i o n s 1, 2 ou 3, c a r a c t é - r i s é par le f a i t que le f i l t r e de mise en forme agit sur l e s i g n a l de commande d'un d i s p o s i t i f à s o u r c e a u x i l i a i r e .

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)