Brevet FR2168963A1 — publié le 19730907

La présente invention a trait aux éléments électrotechniques fondamentaux et concerne plus particulièrement un contacteur électrique mixte, ctest-à-dire mettant en oeuvre à la fois un élément mécanique de contact et un élément statique. On sait en effet que les contacteurs électromécaniques destinés à couper et à rétablir des circuits parcourus par des puissances alternatives importantes ont une durée de vie limitée, ctest-à-dire qu'ils sont capables dtassurer un nombre limité d'établissements et de coupures de circuits. Cette limitation est due principalement à ltusure des contacts par évaporation et pulvérisation, les rebondissements des contacts lors de l'établisse- ment du circuit étant également une cause d'usure. C'est ainsi qu'fin d'accrottre la longévité de tels éléments, on a songé à les remplacer par des dispositifs entièrement statiques permettant de staffranchir de contacts mécaniques. Des dispositifs semi-conducteurs symétriques,à déclenchement,tels que, par exemple ceux appelés dans la littérature technique "tria&commat;' sont parfaitement appropriés à cette utilisation et présentent une grande fiabilité. Malheureusement ces dispositifs statiques, mis en oeuvre isolément, ont 1 Tinconvénient d'entre très encombrantss du fait que l'on est obligé de leur associer des radiateurs thermiques de grande surface, nécessaires à l'évacuation des calories engendrées par la forte dissipation sur les éléments semi-conducteurs. C'est un des buts de la présente invention de proposer un contacteur électrique mixte qui élimine les inconvénients inhérents aux différents dispositifs précités et possède une durée de vie considérablement accrue. Le dispositif conforme à l'invention est remarquable en ce qu'il comporte, connecté en parallèle sur le contact mécanique, un élément semi-conducteur symétrique, à åéclenchement, amorcé de façon à ne conduire que durant les périodes de régime transitoire du courant, le contact mécanique ne drainant le courant qu'en régime permanent. Le dispositif selon l'invention est encore remarquable en ce que l'énerge électrique nécessaire à la commande dudit élément semi-conducteur est prélevée au moyen d'un enroulement couplé magnétiquement à l'enroulement d'excitation dudit contact mécanique. D'auras caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront au cours de là description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limi tatif, et qui fera bien comprendre comment l'invention peut etre mise en pratique. La figure 1 est un schéma électrique du dispositif de 1tinventionO La figure 2 est un schéma électrique d'une variante du dispositif conforme à l'invention. La figure 3 est un diagramme représentant, en fonction du temps, les signaux électriques en différents points du circuit, ainsi que l'état ou la position des éléments constitutifs du circuit. Bien que la description qui va suivre concerne un dispo- sitif monophasé, il va sans-dire que le schéma proposé demeure applicable dans le cas de tensions triphasées, chacun des trois contacts mécaniques afférents à chaque phase étant alors shunté par un triac et chaque triac possédant son propre enroulement de commandez En se reportant à la figure 1, on voit schématiquement représenté, le contacteur électrique mixte conforme à l'invention. Un contact mécanique 1 est inséré dans la canalisation électrique 2 parcourue par de l'énergie électrique alternative et qui doit tre établie ou coupée. Le contact mécanique est commandé de fa çon en soi connue, au moyen d'un enroulement 3 dans lequel on envoie une tension appropriée. Aux bornes du contact mécanique est connecté en parallèle un dispositif semi-conducteur symétrique, à déclenchement, appelé triac,4, qui peut, pour chaque polarité de la tension d'alimentation, tre placé en position bloquée ou pas sante, ce dernier état étant déterminé par l'application sur l'électrode de commande, ou gâchette, d'un signal de déclenchement. Gonformément à l'invention, ce signal de déclenchement est prélevé au moyen d'un enroulement 5, couplé magnétiquement à lenroule- ment 3 dtexcitation du contact mécanique 1. Les extrémités du-dit enroulement 5 sont mspectivement connectées sur la canalisation 2, en aval du contact mécanique et sur ltélectrode de commande du triac 4. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'trie décrit, sera maintenant expliqué à 11 aide du diagramme de la figure 3. A l'instant to, on envoie une tension d'excitation VE dans ltenroulement 3, un courant IE prend naissance, mais du; fait de la self-induction de l'enroulement 3, ilne prend sa valeur finale qu'à l'instant t2, le contact 1 étant fermé à partir de l'ins- tant tl. A l'instant to, la brusque variation de flux dans l'en- roulement 3 se traduit dans l'enroulement 5 de commande du triac 4, par un pic de tenson qui provoque le déclenchement du triac. Ce dernier draine donc le courant alternatif de la canalisation 2 durant l'établissement du courant d'excitation du contact mécanique 1. Au temps tl, le contact mécanique 1 se ferme et conduit alors le courant, le triac se désarmorçant. A la coupure de l'excitation (suppression de la tension aux bornes de l'enroulement 3, à l'instant t3 ) une pointe de VE tension apparaît de nouveau aux bornes de l'enroulement de commande du triac qui se déclenche à nouveau et draine le courant de la canalisation 2 lors de l'ouverture du contact mécanique 1. On voit donc que le contact électromécanique 1 n'établit et ne coupe jamais le courant, son seul rôle est de conduire ce dernier que durant le régime permanent(entre les instants tl et t4, diagramme PC = f (t) figure 3) . Par contre le triac ne conduit le courant que durant son établissement et sa rupture, c'est-à-dire durant le régime transitoire. Le diagramme ET = f (t) de la figure 3 montre que le triac est amorcé entre les temps t et t2, t7 et t5.Le diagramme CT = f (t) indique que le triac draine le courant alternatif de la canalisation 2 entre les temps t et tl, t4 et t,, On voit que le triac est amorcé entre les temps to et t2 autour de ltinstant tl de fermeture du contact électromécanique 1, et entre les instants t3 et t5 autour de l'instant t4 d'ouverture du contact 1. I1 ne se produit plus d'étincelles sur le contact 1, d'où une usure réduite. Enfin le diagramme V1 = f (t) montre 11 allure de la tension alternative aux bornes du contact 1. L'énergie nécessaire à amorcer le triac 4 est prélevée, selon le schéma de la figure 1, sur l'énergie magnétique du circuit d'excitation du contact 1, ce qui freine le circuit magnétique à la fermeture et à l'ouverture. Pour éviter cet inconvénient on adopte la variante de la figure 2 qui n'altère aucunement les performances du circuit, mais prélève moins d'énergie sur le circuit d'excitation su contact 1.Selon cette variante, on prévoit un second triac, 4' de commande qu triac de puissance c;. Ce triac 4' est connecté entre l'électrode de conrande du triac 4 et la canalisation 2, en aval du contact 1, l'enroulement 5 de commande étant lui-même connecté entre ce dernier point et l'électrode de commande du triac 4'. Le dispositif conforme à l'invention peut fonctionner dans une large plage de températures, entre -500C et + 800C, la limite supérieure étant d'ailleurs fonction du rythme de travail et elle devra être déterminée pour chaque type d'utilisation. Parmi les avantages procurés par un tel dispositif, on remarquera qu'il ne se produit plus d'arc à la coupure, ce qui permet de réduire les écarts des contacts et supprime l' sure des contacts : d'où possibilité de réduire la surcourse, habituellement prévue pour compenser l'usure. Le collage des contacts à la suite des rebondissements n'est plus à craindre. Du fait de l'absence d'arcs le parasite électrique est éliminé. Entant donné le service intermittent des éléments semi-conducteurs, l'élévation de température de ceux-ci est très réduite, les radiateurs thermiques peuvent être de petites dimensions ou meAme supprimés : ce qui permet une réalisation très compacte. REVENDICATIONS 1.- Contacteur électrique mixte, destiné à couper et à rétablir des circuits parcourus par des puissances alternatives importantes, caractérisé en ce qu'il comporte, connecté en parallèle sur un contact électromécanique inséré sur la canalisation électrique à couper et à rétablir, un élément semi-conducteur symétrique, à déclenchement, amorcé de façon à ne conduire que durant les périodes de régime transitoire du coursant, le contact électromécanique ne drainant le courant qu'en régime permanent. 2.- Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'éner3ie électrique nécessaire à la commande dudit élément semi-conducteur est prélevée au moyen d'un enroulement couplé magnétiquement à l'enroulement d'excitation dudit contact électromécanique. 3.- Contacteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'entre ledit élément semi-conducteur symétrique, à aéclenchement, et ledit enroulement de commande est inséré un second élément semi-conducteur symétrique, à déclenchement, pour commander ledit premier élément semi-conducteur. 4.- Contacteur selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit ou lesdits éléments semi-con- ducteurs symétriques, à déclenchement, sont des triacs.