Brevet FR2070887A1 — publié le 19710917

x 2070887 là présente invention concerne un appareil de commutation électrique à déclenchement rapide, de préférence un disjoncteur rapide pour le courant 'continu dont le contact mobile est sollicité m permanence _ par un ressort dans le sens de l'ouverture. . ( 5 Afin de. maintenir le contact mobile de l'appareil en position "enclenchée, -il est connu, dans les appareils de ce type, d'utiliser un aimant de maintien qui est muni d'une bobine de libération. -Le déclenchement en. cas de coûrt-circuit est alors habituellement obtenu de la façon-, suivante ; Le courant principal ou une fraction de celui-3_0 ci est amené à circuler selon un cheminement en forme de boucle autour du noyau de l'aimant de maintien et il créé un flux magnétique qui s' oppose au flux de maintien de l'aimant. Avec une telle disposition, il • est nécessaire de prévoir un circuit spécial de déclenchement, avec encore un relais de détection du courant inverse si l'on veut obtenir 3_cj aussi le déclenchement en cas de courant inverse. Etant donné que dans-cet appareil de déclenchement le courant principal intervient directement dans la système de déclenchement, la construction est relativement encombrante et soulève des complications à la fabrication. En - outre un tel système ne satisfait pas à la condition d'un déclenche- 20 ' men"fc qui est par exemple exigée dans le cas des convertisseurs statiques modernes équipés de soupapes à semi-conducteurs. Dans un autre mode antérieurement connu de réalisation, le contact mobile est conçu de telle sorte qu'il est maintenu en position enclenchée par un mécanisme à cliquet, ce dernier étant alors libéré au 25 moyen d'un électro-aimant qui est commandé par un déclencheur électronique en fonction du courant. Le mécanisme à cliquet implique toutefois la nécessité de mettre en mouvement des masses relativement importantes, ce qui entraîne des conséquences défavorables quant au délai de déclenchement de l'interrupteur. En outre un mécanisme de ce 50 genre est soumis, pendant son fonctionnement à une usure telle qu'après un certain temps de service la fiabilité du fonctionnement mécanique n'est plus assurée. L'invention a pour principal objet un appareil de commutation -, du genre décrit ci-dessus qui est apte à fonctionner régulièrement, 55 même dans des conditions de service très dures, et qui permet en outre d'obtenir un déclenchement dans des délais notablement plus courts que les délais qui sont permis avec les dispositifs comparables connus jusqu'à présent. Selon l'invention, on obtient ce résultat grâce au fait que l'organe mobile de contact de l'appareil de commutation est mainte-40 nu en position enclenchée au moyen d'un aimant de maintien qui est mu-- une bobine de libératon et dont la force de maintien est assurée 70 4539S 2 /0 2070887 par un aimant permanent, ladite bobine de libération étant elle-même connectée, de façon en elle-même connue, à un organe accumulateur d'énergie, par un organe électronique de commutation qui est lui-même commandé par un o.rgane qui est en relation magnétique avec le circuit prin-çj cipal et.qui réagit en fonction de l'intensité du courant, éventuellement en fonction de la dérivée de cette intensité. Un système de déclenchement ainsi conçu répond à l'exigence d'un très bref délai de déclenchement qui est posée dans le cas d'un interrupteur destiné à prévenir les surintensités dans un circuit à courant fort. II est possible d'obtenir un déclenchement particulièrement rapide en utilisant-comme aimant de maintien un aimant à libération rapide,. par exemple du ^errre es"t décrit dans le brevet autrichien 185.183. Selon la solution la plus avantageuse l'accumulateur d'énergie est constitué par un condensateur,' alors que l'organe électronique de 15 commutation est un thyristor. A titre d'organe sensible à la dérivée de l'intensité du courant, il est rationnel d'utiliser notamment un transformateur de courant spécial dont 1'enroulement secondaire est relié par un pont redresseur à une résistance de charge..Il est alprs facile de modifier la caracté-20 ristiqué de déclenchement en modifiant la résistance de charge. En outre, grâce au pont redresseur, on parvient à conférer à la tension de commande la polarité correcte, cela même lorsque le courant principal est négatif, autrement dit dans le cas du courant inverse0 A titre d'organe sensible à l'intensité du courant il est avan-25 tageux d'utiliser un noyau magnétique à entrefêr, avec une languette mobile coopérant avec .1'entrefer. Avec une telle disposition il est possible de déterminer le niveau du courant de- façon très simple, sans - qu'il soit nécessaire de perturber en quoi que ce soit, le circuit du courant principal. Dans ces conditions, on obtient sans difficulté .30 l'isolement voulu entre le circuit du courant principal et le circuit de déclenchement, cela même pour;les tensions d'exploitation les plus élevées qui sont susceptibles de se présenter. Dans ce mode de réalisation, il est également facile d'ajuster la caractéristique de déclenchement» Ce résultat pourra être obtenu en modifiant' la position de la 35 languette par rapport à l'entrefer. l'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant à des exemples particuliers de réalisation et au dessin ci-annexé, lequel est fourni à titre purement illustratif et non limitatif et dans lequel ï 40 La figure 1 représènte le schéma de principe d'un disjoncteur rapide selon l'invention pour le courant continu. BAD ORIGINAL 70 45395 5070887 -la figure.. 2 est le schéma plus détaillé du système de déclenchement du disjoncteur dans le cas ou la commande de la disjonction a lieu en fonction de la dérivée du courant. La figure 3 est le schéma d'un système de déclenchement dans le 5 .cas où ce dernier est commandé par l'intensité du courant. Dans les trois figures les organes exerçant les mêmes fonctions sont désignés par les mêmes numéros de référence. Le disjoncteur rapide qui est montré par la figure 1 est intercalé sur un. circuit à courant continu 1 et son rôle est de couper les 2_o courants de court-circuit qui apparaissent dans le circuit en question, cela afin d'éviter les surintensités. L'organe mobile principal de contact 2 es,t .relié mécaniquement à l'armature 3 d'un aimant de déclenche-: ment rapide 4. L'aimant 4 comprend une bobine de libération 5 et un aimant permanent qui exerce une force de maintien sur l'armature 3 et 3_5 grâce auquel l'©rgane de contact 2 est maintenu en position enclenchée, celà à 1'encontre de la réaction d'un puissant ressort de déclenchement 6. La bobine de;, libération 5 est reliée par un thyristor 8 à un condensateur 7. Le thyristor 8 est commandé d'une part par un systèmë sensible à la dérivée du courant qui est indiqué en 9, et d'autre part par un 2Q système s-ensible au niveau du courant qui est indiqué en 10. Toutefois, •dans la plupart des cas un seul de ces deux organes sera indispensable. L'organç 9 qui est sensible à la dérivée du courant est consti-titué sous la forme d'un transformateur spécial avec un noyau feuille-25 té qui entoure ,.le conducteur 1 du courant principal. Le noyau feuilleté porte un enroulement secondaire 11 qui est relié à une résistance de charge, cette dernière étant incorporée à un équipement de commande électronique 12 que l'on décrira de façon plus détaillée en se référant à la figure .2. L',équipement de commande électronique 12 est alimenté 50- à partir d'une source d'alimentation qui est connectée aux bornes 13. Le transformateur de courant 9 est conçu de telle sorte que dans le do-maine effectif de mesure aucune saturation du noyau ne puisse se produire. Dans ces conditions, on obtient sur le secondaire du transformateur une force électromotrice qui est égale à la dérivée du.courant 35 *d± /dt)\du; côté du primaire. Cette -tension est Utilisée pour amorcer ; , le-.thyrjistar 0# grâce à quoi le condensateur 7 se décharge dans la bo---- . - bine 5 at l'interrupteur est déclenché. En modifiant la résistance de charge du transformateur, on peut obtenir des formes diverses de la ■ tension secondaire, et par conséquent faire également varier dans une ^0 certaine mesure le délai d'amorçage du thyristor. . 70 45395 4 2070887 L'organe 10 qui est sensible au niveau du courant est réalisé sous la forme d'un noyau de fer 14 qui .est placé autour du conducteur 1 du courant principal et qui est muni d'un entrefer» A proximité de l'entrefer se trouvent un ou plusieurs éléments à languette 15 en pa-^ rallèle (contacts sous atmosphère protectrice)» On peut modifier la sensibilité du déclenchement en faisant varier, par exemple au moyen d' une vis, la position de l'élément à languette 15 par rapport à l'entrefer.. Pour une certaine intensité du courant, l'élément à languette entre en action, et le thyristor 8 est amorcé d'où il résulte un déclen-10 chement. La figure 2 montre de façon plus détaillée le mode de réalisation et les modalités de fonctionnement d'un système de déclenchement commandé par la dérivée du courant. Une tension continue d'alimentation qui est par exemple de 110 volts est appliquée entre les points +U et 0. Le 15 condensateur 7 est chargé au travers des résistances 16 et 17 et de la bobine 5 de libération de l'aimant. Une diode 18 empêche le condensateur de se décharger. En service normal le condensateur 7 est donc toujours chargé et, par conséquent, toujours prêt à provoquer le déclenchement du disjoncteur, dès l'instant où une impulsion d'amorçage est envoyée 20 sur le thyristor 8 qui est en série sur la bobine de libération 5 et sur le condensateur 7. La résistance 16 doit avoir une valeur suffisamment importante, par exemple de l'ordre de 1.000 ohm, pour que 3e thyristor 8 s'éteigne spontanément. Par contre, la résistance 10 est relativement petite. ' 25 L'impulsion d'amorçage qui est destinée au thyristor 8 provient du transformateur de courant 9 qui est relié par un pont redresseur 20 à une résistance de charge 19. Le rôle de ce pont redresseur est de modifier la polarité de la tension de commande lorsqu'elle devient négative, par exemple lorsque le courant passe en sens inverse du sens normal. 30 En parallèle sur la résistance de charge 19 se trouve un diviseur de tension 21,22 qui permet de faire varier le niveau de- tension pour lequel sera obtenu l'amorçage du thyristor 8. Etant donné que la tension obtenue à la sortie du transformateur 9 est proportionnelle à di/dt il est facile d'ajuster à volonté le paramètre de déclenchement. 35L'impulsion d'amorçage est envoyée -à l'électrode de commande du thyristor 8 au .travers d'une résistance 23. Afin de limiter la tension de commande, une diode 24, ou bien un groupe de plusieurs diodes en série, est monté entre l'électrode de commande et la cathode du thyristor 8. Un circuit de protection du thyristor 8 comprenant un condensateur 25 40en série avec la résistance 26, est placé'entre l'anode et la cathode dudit thyristor. Afin de pouvoir obtenir l'amorçage du thyristor 8 un ■ BAD ORIGfNÀJ .> ' .... .. Vi' 70 45395 5 2070887 certain temps après une coupure de la tension de service, le circuit d'amorçage de ee thyristor comprend un condensateur 27 qui est chargé par 11 intermédiaire d'un diviseur de tension 28,29 et d'une diode 30. le déclenchement du disjoncteur est obtenu enfermant le contact 31 5 qui peut être comm^dé par un relais fonctionnant à tension nulle, avec le résultat que le condensateur 27 qui est chargé se trouve branché sur l'électrode dê commande du thyristor. ■ - ' Dans le.système de déclenchement qui est montré par la figure 3 et qui est fondé sur une mesure du niveau du courant, on reprend la plu-XO part des éléments qui étaient contenus dans le système selon la figure 2. L'amorçage du thyristor 8 est obtenu dans ce cas par la fermeture du contact à languette 15 du capteur de niveau. Afin d'éviter des amorçages intempestifs du thyristor, son électrode de commande est reliée par ; . un montage série, comprenant une diode 32 et une résistance 33, à la 25 masse de la source de la tension d'alimentation et, toujours dans le même but, on a encore-incorporé une résistance 34, grâce à quoi le thy- 5 ristor reçoit une polarisation négative. Pour surveiller la tension aux / bornes du condensateur 7, il est prévu un relais 35 en série avec un transistor 36.,- ces composants recevant la tension et le courant voulus 20 -au: moyen d'un diviseur de tension 37,38, d'une diode 39 et des résistances 40,41,42 et 43. Aussi longtemps que le condensateur 7 n'est pas complètement chargé, un courant s'écoule au travers du transistor 36 et de 1'enroulement 35 du relais, ce qui assure la fermeture du contact 44 et ainsi l'alimentation de la bobine de manoeuvre d'un relais inter-25 médiaire 45» cela au travers de la résistance 46. De ce fait, est ouvert un contact 47 intercalé sur le circuit de commande du moteur d'enclenchement du disjoncteur, grâce à quoi ce dernier ne peut pas être fermé. Lorsque le condensateur 7 est chargé le transistor 36 vient au ' blocage et le relais 35,45 retombe, de telle sorte que le disjoncteur 50 peut désormais être fermé. Simultanément se ferme un contact auxiliaire 48 du disjoncteur qui est en série avec le thyristor 8 et, dans ces conditions, 'le système de déclenchement est en mesure d'intervenir immédiatement au cas où ua court-circuit viendrait à se produire. Pour permettre la commande manuelle du déclenchement du disjoncteur, il est pré-' .55 vu un bouton-poussoir 49 en parallèle sur le contact de relais 44. Afin d'obtenir un système offrant une grande sécurité de fonc- H" tionnement pour une dépense relativement modérée, il est rationnel d'é-quiper l'aimant de maintien 4 (voir la figure l) avec deux bobines de • libération indépendantes qui sont alimentées par deux circuits d'ali-v 40 mentation différents et qui sont commandées par un organe de mesure de courant qui est commun aux deux circuits. Avec une telle disposition, il est possible, dans le cas du circuit de surveillance du condensateur ; *■. ■c-' ^ jAMUMttOOAa - - • 70 45395 6 2070887 qui est montré par la figure 3> de provoquer néanmoins le déclenchement du disjoncteur lorsqu'un défaut au condensateur 7, une coupure de la bobine de libération 5 ou un mauvais contact dans la liaison entre l'équipement électronique de commande et la bobine de libération 5 affec-5 tent le bon fonctionnement de l'un des deux circuits de déclenchement. Ce résultat est obtenu grâce à un contact 50 du relais intermédiaire 45 qui est en parallèle avec le contact à languette 15 de l'organe sensible à la valeur de l'intensité du courant. lorsque vient à disparaître la "tension aux bornes du condensateur 7, pour l'une quelconque des rai-10 sons précitées, le transistor 6 devient conducteur et il en résulte que le contact 50' est fermé et que l'interrupteur est déclenché par celui des deux circuits de déclenchement en parallèle qui n'est pas affecté par le défaut. En vue d'obtenir un déclenchement du disjoncteur en cas de dispa-15 rition de la tension d'alimentation, il est encore prévu un relais à tension nulle 51, en série avec une diode Zener 52 et une résistance 53. Le système électronique de commande qui a été décrit en se référant aux figures 2 et 3 peut faire 1* objet de nombreuses variantes de réalisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel qu'il sera 20 cëfini dans les revendications ci-annexées. L'équipement qui a été décrit ci-dessus est peu encombrant et, à l'exception de l'aimant 4 et des capteurs de courant 9 et 10 tous ses composants peuvent être montés sur une classique carte de circuit imprimé à connecteurs plats. Dans un disjoncteur du genre décrit ci-dessus les essais ont in-25 diqué des délais de déclenchement de l'ordre de 1 ms. Ce faisant la force de maintien de l'aimant 4 était de l'ordre de 1000 N, la force de rappel exercée par le ressort 6 était d'environ 5001T, le condensateur 7 avait une capacité de 100 microfarads et la tension d'alimentation était de 110 volts continus. Ce délai de déclenchement est notablement 30 plus court que les délais habituellement rencontrés dans le cas des disjoncteurs rapides pour le courant continu de type antérieurement connu. BAD ORIGINAL 70 '45395 7 2070887 - REVENDICATIONS - : , ' X.f- Appareil de commutation électrique à déclenchement rapide, de préférence disjoncteur rapide pour le courant continu, dont l1 organe mobile de contact 2 est sollicité en permanence par un ressort 6 dans le sens de l'ouverture, caractérisé en ce que cet organe mobi-5 le de contact 2 est conçu de telle sorte qu'il est maintenu en position enclenchée au moyen d'un aimant de maintien qui est muni d'une bobine de libération et dont la force de maintien est assurée par un aimant permanent, cette bobine de libération étant elle-même connectée, de façon en elle-même connue, à un organe accumulateur d'énergie, par un 10 organe électronique de commutation qui est lui-même commandé par un organe qui est en relation magnétique avec le circuit du courant principal 1 et qui réagit en fonction de l'intensité (ou du niveau) du courant, éventuellement en fonction de la dérivée de cette intensité* 2»- Appareil de commutation selon la revendication 1, carac-15 térisé en ce que l'accumulateur d'énergie 7 est un condensateur. 3,.- . Appareil de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe électronique de commutation.8 est un thyristor. • 4.- .^Appareil de commutation selonl'une quelconque des reven-20 dications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de détection du niveau du courant 10 est constitué par un noyau de fer 14 à entrefer qui entoure le conducteur de courant principal 1 avec, à proximité dudit entrefer, un élément 15 qui est sensible au champ magnétique et qui est intercalé sur le circuit de commande de l'organe électronique de commu-25 tation 8. .5»—. - Appareil de commutation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément sensible au champ magnétique 15 est un élément à languette. 6.- ^Appareil de commutation selon l'une quelconque des reven-30 dications précédentes, caractérisé en ce que l'organe qui est sensible à la dérivée du courant 9 est réalisé sous la forme d'un transformateur de courant qui débite sur une résistance 19 et qui est conçu de telle sorte qu'aucune saturation du noyau du transformateur ne puisse se produire dans le domaine effectif de mesure qui est envisagé. 35 7«- Appareil de commutation selon la revendication 6, carac térisé en ce que 1' enroulement secondaire 11 du transformateur de couf-ant ■9 est connecté par un pont redresseur 20 à une résistance de charge 19.