Brevet FR2130030A1 — publié le 19721103

Cet appareil peut être utilisé dans tous les secteurs de l'électrotechnique,en usage industriel et des particuliers. Un appareil unique permet la commande de deux fonctions distinctes,quel que soit leur type et leur différentiation. La technique actuelle impose dans ces types de fonction deux appareils distincts,générallement standardisés dont la différentiation des ordres donnés est assurée par un cablage commun entre les bornes "arrivée" et une alimen -tation distincte des bobines de commande de chaque appareil de liaison.L'ensemble est encombrant,pondéreux, d'usage et d'exploitation peu aisé et relativement onéreux étant donné cette multiplicité pléthorique. Pour la description nous prenons pour exemple un contacteur inverseur de puissance tétrapolaire,alimenté par trois phases plus neutre et commandant un moteur à double sens de rotation. PRINCIPE (voir schéma no I ) Les trois phasés et le neutre arrivent sur les contactas I,2,3,et 4 qui sont vraisemblablement les contacts normaux d'un contacteur ordinaire,alimentés respectivement par les phasas I,2,3,et le Neutre.Ces contacts--fixes sont dans cet appareil doublés par les contacts II,12,13,et I4.Le contact II faisant face an contact I,le contact I2 faisant face au contact 2,etc... Or le contact II est alimenté par la Phase 2,et le contact I2 est alimenté par la Phase I,ce qui assure lorsque les contacts mobiles sont en II,I2,ID,et 14, l'inversion de deux phases,ctest à dire l'inversion du sens de rotation du moteur commandé pris en exemple ou l'assurance de la fonction no 2 dans le cas d'un appareillage séquentiel à deu fonctions. Ce procédé est applicable à un appareil alimenté en courant continu.Dans l'exemple cité les contacts I,2,II,I2, sont alors suffisants. Cet appareil autorise 11 alimentation en courant monophasé,les memes contacts I,2,II,et I2 sont utilisés. Une alimentation mixte courant alternatif sur les contacts I et 2,courant continu sur les contacts II et I2 est réalisable,ainsi qu'une alimentation sous deux tensions différentes.Par exemple pour le démarrage d'un moteur courant alternatif 380 Volts,les contacts I,2,et 3 sont alimentés en 220 Volts et assurent le démarrage sous le tiers de la puissance nominale;;le passage sur les contacts II,I2, et I3,alimentés en 380 Volts autorise la marche normale.Ce procédé remplace avantageusement le démarrage Etoile-Triangle si l'on dispose des deux tensions à proximité, Dans le cas de l'inverseur,avec une alimentation triphasée sans neutre,les contacts I,2,II,et I2,inversent deux phases,les contacts 3 et I3 sont alimentés par la même troisième phase dans les deux cas de fonctionnement0 Dans le cas pris en exemple- initial les contacts I,2,II,et I2 inversent les deux premières phases,et les contacts 3 et I3,4 et I4 sont alimentés respectivement par la troisième phase et le Neutre, Au gré de l'utilisateur l'inversion de phases peut se situer sur deux quelconques des contacts doubles, I1 est entendu par contact double les contacts isolés séparés,et éventuellement alimentés distinctement: I et II , 2 et I2 , 3 et I3 , 4 et I4 Les quatres contacts mobiles ont une armature classique. Toutefois le contact d'extrémité est à double face,pouvant s'appuyer successivement sur l'un ou l'autre des éléments des contacts doubles Pour simplifier le montage les quatre contacts mobiles de notre exemple sont liés mécaniquement et isolés les uns des autres. La partie magiiique est double et du type "noyau plongeur? chaque noyau est appelé par une bobine.L'ensemble est constitué par deux bobines commandées séparèment. La première pour la position normale,contacts en I,2,3,et 4;la seconde pour la position de fonction inverse ou différentiée,contacts En II,I2,I3,et 14. Une courte obser vation est effectuée pour l'utilisation de bobines extra-plates dans des corps de petits appareil -lages préexistants,afin de faciliter l'exploitation de cette étude. Les bobines d'inductance peuvent être considérées sans circuit magnétique,ou avec "fer partiel",en position de repos, La formule de Nagaoka définit le coéfficient d'inductance pour bobine sans circuit magnétique. avec a= rayon de la bobine n= nommbre de tours b= longueur de la bobine k'= coefficient dépendant du rapport de l'épaisseur cuivre et du diamètre de la b-obine La réduction de b de 50% par exemple amène au maximum la réduction de X de moitiè si l'on considere 1a variation de n en fonction du premier degré de b. I1 suffit alors d'augmenter le rayon de la bobine de moins de 12% pour obtenir un coefficient d'inductance équivalent,compte tenu que n croit plus vite que a. X est dans cette formule une fonction supérieure au quatrième degré de a Une réduction de la section magnétique,en respectant la contrainte de saturation,peut être suffisante, Dans la formule de l'inductance d'une bobine avec circuit magnétique avec X en Henry N = nombre de tours 2 S = section du noyau en cm 1 = longueur de la bobine en cm. P = perméabilité du fer 6 = épaisseur de ltentrefer en cm. Dans cette formule les dimensions de la bobine importent peu,l'essentiel consiste à éviter la saturation du noyau magnétique. L'usage de bobines extra-plates est possible sans inconvénient majeur. Le montage des contacts doubles s'effectue sans difficulté étant donné les connaissances actuelles dans le domaine de la rigidité diélectrique de l'atmosphère ou des gaz. Pour l'air sec la rigidité est de l'ordre de 4,3 kilovolts pour un I millimètre et d'environ I7 kilovolts pour 5 mmO On sait que la rigidité est indépendante de l'humidité en suspension,Elle est seulement proportionnelle à la pression barométrique et sensible aux dépots humides. Ceux-ci sont considérés comme matière conductrice et dans ltéventualité,réduisent la distance entre contacts, donc l'isolement0 I1 suffit donc de respecter en basse tension environ 5mm. pour les relais entre contact mobile et contact fixe et deux à quatre fois plus pour les contacteurs et disjoncteurs de puissance-,étant donné leur inertie mécanique à la rupture.Les distances habituellement respectées par les constructeurs sont souvent plus élevées. En moyenne tension,par exemple en 5,5 kilovolts,pour des disjoncteur de puissance,une distance entre contacts de l'ordre de 50 mmO est suffisante,celle-ci assrant une rigidité diélectrique réelle de l'ordre de I00 kilovolts pour l'air sec. CONSTITUTION L'ensemble de ce relais peut donc être constitué suivant les figures de l'Âbrégé,qui représentent le contact double le contact mobile à deux faces,la partie magnétique shématisée,les deux bobines et les ressorts de rappel au point neutre,symbolisant la position arrêt. Le système compensateur et de maintien au repos est représenté par deux ressorts opposés travaillant en traction ou en compression,prenant appui sur le corps de l'appareil,et au repos maintenant le contact mobile dans une position médiane de part et d'autre des éléments du contact mobile.les bobines n'étant pas excitéesyl'appareil assure ainsi la fonction de coupure. Un ressort présente un problème de contraintes oscil -latoires auquel il peut être pallié par adjonction de petits blocs de matière synthétique ou organique de structure àérée,légèremet comprimés de part et d'autre des contacts mobiles au reposOhe contact mobile prenant la position de travail,le bloc opposé reprend sa dimension initiale et amortit la première alternance oscillatoire. L'amplitude de cette alternance est toutefois inférieure à 50% de l'amplitude initiale,ce qui dans le cas d'un petit appareillage basse tension décrit précédemment,l'écart initial d'environ 5 mm. assure une rigidité diélectrique de ltordre de I7 kilovolts; la première alternance la rigidité atteint- encore un minimum de 9 kilovolts pour un écart entre contact de 2,5 mm.,ce qui représente une sécurité suffisante la tension nominale d'utilisatioe ayant une valeur de I000 Volts ou de 500 Volts pour les appareils courants. I1 est admis une rigidité des ressorts antagonistes relativement élevée en regard de l'inertie de l'ensemble mobile. CBPBCITES D'EMPLOI Les possibilités d'emploi du principe-de cet appareil sont multiples. Dans lg fonction de relais auxilliaire il peut assurer une distribution séquentielle à deux positions(voir principe figure 2),avec par exemple le dispositif d'auto -alimentation commune et la commande distincte par bouton poussoir ou contact de relais prédecesseurO En contacteur ou en discontacteur il peut assurer le démarrage de moteur ou autre appareillage par alimentation avec deux tensions de potentiel différent cité précedemment ou par résistances rotoriques ou statoriques (voir principe figure 3 ),à commande manuelle ou par asservisse -ment. En sectionneur et disjoncteur il peut assurer ladistribution de deux réseaux,par exemple réseau normal et réseau secours (voir principe figure 4 ),la commande est manuelle sur sectionneur et manuelle ou automatique sur disjoncteur0l'asservissement est alors assuré par circuit à manque de tension pour sécurité d'alimentation permanente ou pour protection de surtension et de court-circuit par les dispositifs habituels. Sa fonction en contacteur ou discontacteur inverseur a été décrite à titre d'exemple au début de cette étude etses avantages sant multiples. Dans tous les cas,pour une fonction globale donnée, se révelent une facilité de mise en oeuvre,la compacité, la réduction en une seule unité avec ses avantages de montage,d'encombrement et d'exploitation,un gain pondéral, et un gain financier pour l'exploitant ,les composants de cet appareil pouvant être intégrés dans une chaine de fabrication d'appareillage à fonction unique. I1 peut être realisé tant en relayage miniature,qu'en appareil de puissance les seules contraintes étant la surface de contact des plots fixes et mobiles et des organes conducteurs,déterminée par la densité de courant admissible pour la section choisie. Une remarque s'impose ici pour les fortes puissances où la section de contact des appareils de coupure doit être élevée,pour une densité de courant réduite de l'ordre de I Ampère par millimètre carré, Par analogie aux conducteurs de forte sections ( 2 con -ducteurs de 150 mm en parallèle,par exemple,ont une impédance globale de 85 milliohms au kilomètre,un conducteur unique de section 300 mm. présente une impédance d'environ IIO milliohms au kilomètre,ctest à dire un gain ohmique d'environ 29,et un tarif équivalent;;à impédance équivalente le gain de facturation résultant de la section réduite atteint 20%),il peut être intéressant pour des problèmes de standardisation de doubler chaque contact douze -ble pour assurer la transfert d'une même polarité (voir principe figure 5). La somme.des surfaces des deuz contacts est inférieure à la surface nécessaire pour un contact unique d'environ TO;'- 25% suivant les sections,le gain est croissant en fonction de la surface nécessaire0 Cette proprièté qui autorise l'emploi de composants de capacité nominale inférieure,déjà produits en série eut présenter un avantage.Elle est utilisable dans ce principe de double relais mais aussi dans tous les materSh usuels à fonction unique utilise,par exemple en triphasé sans neutre un matériel à 6 contacts ou à la rigueur deux appareils à trois contacts cablés en parallèle. La fabrication est naturellement réalisable en haute et basse tension,seule les contraintes d'isolement sont à respecter rigoureusementOUn chiffrage partiel de distance de contact et de rigidité diélectrique de l'atmosphère est cité précedemment. L'emploi est destiné à tous les usages industriels, en armoire,coffret ou tableau.Les constructeurs prévoient naturellement les boitiers étanches standardisés pour utilisation en atmosphère dangereuse. Une dernière utilisation est possible en demarreur Etoile-Triangle de moteur.L'ensemble est compact puisqu'une unité est nécessaire0 En triphasé ce procédé-demamie--un cable héxapolaire néutre et terre eventuels non inclus. Toutefois il n'est pas possible d'isoler tatalement l'alimentation du moteur pris en exemple,et il est recommandé de placer un contacteur ou un disjoncteur en amont de l'alimentation du double contacteur utilisé(voir principe figure 6). Ce procédé peut faciliter l'exploitation des utisateurs de moteurs ou appareillages de moyenne puissance. Observation Nous notons que seules les figures de 1'Abrégé présentent une configuration normale de l'appareil décrit dans cette étude.Les figures numérotées de I à 6 sont des principes destinés à faciliter la compréhension du lecteur. REVEND ICÂT IONS I- Dispositif permettant sur la base d'un seul appareil de réaliser deux fonctions distinctes,deux fonctions successives ou deux fonctions complémentaires en relayage d'électro -technologie.Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte une position Repos,maintenue par deux ressorts sur l'appareillage mobile. 2- Dispositif caractérisé par l'emploi de deux bobines de commande à alimentation distincte pour chacune des deux fonctions analogues. 3- Dispositif caractérisé par ses possibilités d'application sur courant continu et alternatif. 4- Dispositif caractérisé par ses possibilités d'application sous tous les voltages,basse,moyenne et haute tension. 5- Dispositif selon les revendications I,2,3,4, caractérisé par son emploi en double relais auxiliaire. 6- Dispositif selon les revendications I,2,3,4, caractérisé par son emploi en contacteur et discontacteur à double départ. 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par son utilisation en démarrage de circuit ou de moteur sous deux tensions nominales différentes ou par résistances. 8- Dispositif selon les revendications 1,2,3,4, caractérisé par son emploi en double disjoncteur,(par exemple pour utilisation réseau Normal-Secours). 9- Dispositif selon les revendications 5,6,8, caracterisé par son application en appareil inverseur. IO- Dispositif selon les revendications 5,6,8, caractérisé par son application en démarreur Etoile-TriangleO