Brevet FR2210817A1 — publié le 19740712

L'invention concerne un contacteur électromagnétique à disjoncteur en cas de court-circuit , comprenant des éléments fixes de contact, un appareillage mobile à au moins un support mobile de contacts correspondants, ainsi qu'un coulisseau soumis à une .commande électromagnétique et couplé mécaniquement au porte-contacts. Le brevet allemand N0 735 838 décrit un contacteur de puissance à armature battante et dont des verrous relient les éléments mobiles de contact à leurs supports. Un disjoncteur en cas de court-circuit peut débloquer ces verrous. Par ailleurs, ce disjoncteur,qui est constitué en induit plongeant,agit directement sur ltélément mobile de contact et ouvre ce dernier en produisant une accélération complémentaire. Ce contacteur électromagnétique de puissance comporte un porte-contacts rotatif, monté à poste fixe, avec les inconvénients de ne disposer que d'une interruption simple et que les contacts se ferment avec frottement. Donc, d'une part la capacité de déclenchement et d'autre part la longévité des éléments de commutation de ce contacteur sont limitées. L'apt iude de ce contacteur à disjoncter en cas de court-circuit est aussi relativement restreinte, car les verrous mentionnés doivent d'abord être débloqués avant l'ouverture des contacts et les disjoncteurs électromagnétiques eux-mêmes doivent disposer d'un temps de manoeuvre pour actionner des cliquets ou des éléments mobiles de contact. Les interrupteurs de puissance à porte-contacts rotatifs sur un coulisseau relié à un mécanisme de commutation et dont des ressorts de traction disposés sur les deux porte-contacts confèrent à l'appareillage de contact la fonction d'une bascule à détente à ressort sont connus. Des forces électrodynamiques peuvent provoquer dans ce cas le basculement des porte-contacts (demande de brevet allemand DOS N 1 563 842). L'application d'un tel appareillage de contact aux contacteurs électromagnétiques de puissance, c'est-à-dire à ceux qui sont capables de disjoncter en cas de coùrt-circuit, a différents inconvénients, à savoir : le coulisseau déplacé par le mécanisme de commutation doit continuer à se déplacer sur une certaine distance après fermeture des éléments correspondants de contact pour que la force de fermeture soit suffisante et pour que le contact subsiste même lorsque les pièces qui l'établissent ont subi une usure inévit-able à la suite d'une longue utilisation. Donc, à chaque manoeuvre, les porte-contacts doivent pi votcr autour de leur centre de rotation et ainsi provoquer un déplacement à frottement des paire. d'éléments de contact.Les contacteurs devant commuter un grand nombre de fois en sont mis prématurément hors service par usure des contacts. Le nombre des commutations que doivent pouvoir assurer actuellement les contacteurs devant être de p)vsieurs millions, ce principe connu pour les interrupteurs de puissance n'a pas été appliqué jusqu'à présent aux contacteurs électromagnétiques. L'invention a pour objet un contacteur électromagnétique du type mentionné,qui élimine les inconvénients de l'art antérieur. En particulier, ses porte-contacts n'exécutent aucun pivotement lors des commutations normales, c'est-à-dire que les commutations s'effectuent sans frottement des contacts. Par ailleurs, le contacteur électromagnétique de l'invention a un fort pouvoir disjoncteur en cas de court-circuit et donc permet l'ouverture rapide des contacts dans ce cas. De plus, le contacteur de l'invention est de constitution simple, c 'est-à-dire permet de réaliser ses différents éléments de manière avantageuse. Selon une particularité essentielle du contacteur électromagnétique du type mentionné selon l'invention, au moins un élément mobile par rapport au coulisseau et un mécanisme à position neutre intermédiaire couplent mécaniquement ce coulisseau et le portecontacts. Conformément à l'invention, le couplage produit par ce mécanisme est supprimé en cas de court-circuit et une force déplace le portecontacts dans le sens de l'ouverture. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le porte-contacts forme avec les conducteurs d'arrivée aux éléments fixes de contact une boucle de courant qui exerce une impulsion électrodynamique sur ce porte-contacts en cas de court-circuit en provoquant une ouverture bien définie des contacts et en supprimant le couplage produit par ledit mécanisme. Selon un mode de réamisation avantageux de l'invention, ce mécanisme comprend au moins deux ressorts disposés de manière que la direction de leur force résultante soit parallèle à celle du déplacement du porte-contacts. Ces deux ressorts forment ensemble une bascule à détente. Suivant un mode de réalisation simple, ces deux ressorts sont placés légèrement sou prêcontrainte à chaque commutation produite par voie électromagnétique et exercent ainsi la pression de contact. En variante de réalisation selon l'invention, un ressort auxiliaire assure le couplage, de sorte que ledit mécanisme reste au repos lors d'une commutation produite par voie éleetramagné i- que. Les ressorts d'un mode de réalisation particulier de l'invention prennent appui sur une douille spéciale mobile avec un certain jeu. Le mécanisme selon un autre mode de réalisation de l'invention est à encliquetage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale très schématique d'un exemple d'appareillage de contact et de couplage illustrant le principe de base de l'invention les figures 2 à 9 sont des représentations analogues d'appareillages de contact selon l'invention et illustrent les coulisseaux soumis aux dispositifs de commande, les dispositifs de couplage, les porte-contacts mobiles et les éléments fixes de contact ; et la figure 10 est une coupe axiale de la partie supérieure d'un contacteur électromagnétique à dispositif de couplage selon l'invention et illustre l'appareillage de contact et les chambres d'extinction de l'arc. Un support mobile 2 de contacts 3 est placé face aux conducteurs la d'arrivée des éléments fixes 1 de contact. La disposition est telle qu'une boucle de courant formée à chaque emplacement de contact confère une accélération électrodynamique au porte-contacts 2 en cas de fort courant produit par un court-circuit. Un coulisseau 4 relié à la commande loge une pièce mobile 5 à laquelle le porte-contacts 2 est fixé par un ressort 6 d'équilibrage. Par ailleurs, deux ressorts 7 sont disposés entre des grains correspondants 8 du coulisseau 4 et des grains 9 de la pièce 5 ; ces ressarts forment le mécanisme de couplage. Ce mécanisme de couplage fonctionne de la manière slivanto : le contacteur occuprillt la position représentée est enclen chié. Le coulisseau 4 est tir vers le bas de manière que les contacts sc bouchent et qu'il existe entre le bord supnrieur du coulisseau t et un collet 10 solidaire de la pièce 5 une certaine distance qui donne un certain jeu au porte-contacts en compensation de l'usure des éléments de contant. Les deux ressorts 7 sont placés sous un angle tel qu'il en résulte une composante de force qui s'exerce vers le bas sur la pièce 5 et qui se traduit en force d'application des éléments de contact les uns contre les autres. Les forces électrodynamiques produites par le passage d'un fort courant en cas de court-circuit repoussent le porte-contacts vers le haut. La pièce 5 est alors déplacée vers le haut et fait passer les deux ressorts 7 au-delà de leur position neutre intermédiaire pour les mettre en position telle que la composante résultante de force contribue à faire monter le porte-contacts. Ce mouvement d'ouverture a lieu sans que le coulisseau 4 ne doive se déplacer. Les forces électrodynamique étant concommitante avec le passage du-courant en cas de court-circuit, l'ouverture des contacts est très rapide. Lors de la commutation normale du contacteur par une commande électromagnétique, le coulisseau 4 est déplacé verticalement. Le mécanisme de couplage constitué des deux ressorts 7 reste dans la même orientation fonctionnelle lors de cette manoeuvre normale, c'està-dire ne passe pas au-dela de sa position neutre intermédiaire. Le coulisseau ne doit continuer à se déplacer légèrement vers le bas au-delà de la position correspondant à celle d'établissement des contacts, de la manière représentée sur la figure 1, que pour exercer la force nécessaire de contact et la maintenir malgré l'usure des éléments correspondants. Les deux ressorts 7 donnent une force résultante que la pièce 5 transmet sous fonde de force de contact aux éléments correspondants. Cette disposition selon la figure 1 est certes très simple, mais a l'inconvénient que la position relative des deux ressorts 7 varie d'une part entre l'établissement du contact et leur position finale lors d'une commutation normale et d'autre part avec la progression de l'usure des contacts. Ainsi, la composante résultante de force varie légèrement d'une part pendant le processus d'enclenchement et d'autre part-au cours de l'existence du contacteur électromagnétique. Les deux ressorts 7, dont la position angulaire dans laquelle ils sont orientés l'un vers l'autre a pour conséquence qu'ils doivent être dimensionnés beaucoup plus fortement que ne l'exige la force de contact, subissent pal ailleurs les commutations très fréquentes du contacteur et doivent en conséquence & re surdimensionnés.L'encombrement résul aut est souvent très gênant. Les figures 2 à 4 représentent des modes de réalisation perfectionnés selon l'invention, dans lesquels un ressort auxiliaire de compression assure le couplage entre la commande et le portecontactes, de manière que le mécanisme constitué des deux autres ressorts reste au repos lors des commutations normales produites par voie électromagnétique. L'appareillage de contact et le coulisseau de ces exemples sont réalisés pratiquement de la m8me manière que ceux de l'exemple de la figure 1 et portent les mêmes références. Par contre, un ressort auxiliaire 11 de compression,qui exerce la pression de contact et qui est actionné à chaque commutation produite par voie élec tromagnétique, est nouveau. Ce ressort auxiliaire Il de compression est disposé entre la pièce 5 et le porte-contacts 2 dans le mode de réalisation de la figure 2. Dans celui de la figure 3, le ressort 11 de compression, qui a la mtme fonction, est disposé par contre entre le coulisseau 4 et ladite pièce 5 ; les deux ressorts 7 qui forment le mécanisme de couplage sont disposés par contre entre la pièce 5 et le porte-contacts 2. Le mode de fonctionnement est pratiquement le même que celui de la figure 2. La pièce 5 restant au repos en cas de court-circuit lorsque les ressorts 7 sont projetés au-delà de leur position neutre intermédiaire, le temps nécessaire à la disjonction est -encore légèrement plus faible dans ce mode de réalisation, car les masses devant être déplacées sont plus faibles. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, les ressorts 7 ne sont pas montés directement sur la pièce 5, mais sur une pièce intermédiaire 12 facilement interchangeable et constituée d'un étrier 5b solidarisé de cette pièce 5. Lorsque les forces électrodynamiques projettent le porte-contacts 2 vers le haut,-le ressort 11 continue d'abord d'être comprime jusqu'au moment où la butée 5a s'applique contre le coulisseau 4 ; les deux ressorts 7 passent alors au-delà de leur position neutre intermédiaire et déploient une composante au miliaire de force dirigée vers le haut et s'exerçant sur le porte contacts 2 qui bute contre la pièce intermédiaire 12.Le ressort 11 de compression déplace la pièce intermédiaire 12 vers le bas au moyen de ltétrier 5b jusqu'au moment où le collerette 12a s'applique contre le coulisseau 4. La pièce intermédiaire 12 peut entre utilisée pour le rappel automatique du porte-contacts 2 à l'aide de l'énergie cinétique et des extrémités de cette pièce -nterrédiaire qui forment butée. Le rappel peut s'effectuer à la main par poussée directe vers le bas sur le porte-contacts 2. Chacun des modes de réalisation des figures 5 et 6 comprend une douille spéciale 13 et respectivement 13a sur laquelle les deux ressorts 7 formant le mécanisme à bascule prennent appui et qui est mobile avec un certain jeu par rapport au coulisseau 4 lors de la disjonction en cas de court-circuit. Le mode de réalisation de la figure 5 a l'avantage sur ceux des figures 1 à 4 que le rappel s'effectue à la main par dé placement de la douille 13 dans le sens d'ouverture du porte-contacts 2. Cette disposition est avantageuse, car le contact involontaire des éléments correspondants pendant le processus manuel de rappel est évité de façon fiable. Tous les ressorts (7 et 11) du mode de réalisation de la figure 6 sont disposés à l'extérieur de la zone de l'arc et sont ainsi mieux protégés contre ce dernier. Les ressorts 7 sont donc aussi montés sur une douille 13a qui se déplace par rapport au coulisseau 4 en cas de court-circuit. Toutefois, dans ce cas, le rappel manuel stef- fectue dans le sens de la fermeture du porte-contacts 2. Un déclencheur spécial est destiné à débrancher l'électro-aimant du contacteur de tous les exemples de réalisation dont le coulisseau 4 est déplacé vers le haut pour être mis en position de débranchement par des ressorts non représentés de rappel. Par ailleurs, le couplage de l'appareillage de contact et du coulisseau, que les forces électrodynamiques dégagent en cas de déclenchement sous l'effet d'un court-circuit,ne doit pas se rétablir automatiquement dans de nom breux cas, mais doit être assuré par une manoeuvre manuelle correspon dante. La pièce mobile 5 peut normalement être déplacée à cet effet vers le bas de manière que les deux ressorts 7 de compression repassent au-delà de leur position neutre intermédiaire. Comme indiqué plus haut, la sécurité exigée est telle qu cette disposition ntest pas toujours avantageuse.Donc, le couplage peut aussi être rétabli dt,ns un mode de réalisation selon la figure 5 par déplacement de la douille 13 vers le haut, c'est-à-dire dans le sens qui correspond au débranr:cment des éléments de contact. Les figures 7 et 8 représentent d'autres modes de réalisation dans lesquels l'appareillage de contact est aussi facilement interchangeable et dans lesquels le mécanisme à position neutre intermédiaire n'est pas constitué de deux ressorts orientés l'un vers l'autre sous un angle réglable, mais dans lesquels chacun des deux porte-contacts 14 est rotatif autour d'un centre 15 dans un boîtier 16 qui est relié à la pièce 5, mais est interchangeable.Les points Aeutres intermédiaires sont constitués dans ce cas par deux galets 17 mpntés sur les porte-contacts 14 et que deux ressorts 19 de compression maintiennent dans la position représentée au moyen d'une plaque 18. Destàretes 20 de cette plaque 18 déterminent la position neutre intermédiaire, Le mode de fonctionnement des exemples de réalisation des figures 7 et 8 est le suivant : lorsque la commande électromagnétique actionne normalement le contacteur, le coulisseau 4 est tiré vers le bas et placé dans la position représentée pour l'enclenchement. La position des éléments faisant partie de l'appareillage de contact ne varie pas lors de cette manoeuvre, mais le ressort auxiliaire Il de compression est simplement compriné lors de l'application des éléments de contact les uns contre les autres et exerce la pression de contact, comme dans les exemples précédents. La distance qui sépare alors le bord supérieur du coulisseau 4 et le bord inférieur du boitier 16 correspond à la suite du mouvement de ce coulis seau après établissement des contacts. En cas de court-circuit, le coulisseau reste d'abord dans la position qu'il occupe. Les grandes forces électromagnétiques font basculer les porte-contacts rotatifs autour de leur centre 15 et les galets 17 glissent vers l'extérieur (figure 7) ou vers l'intérieur (figure 8) contre la force opposée par la plaque 18 en soulevant cette dernière contre la force des ressorts 19 de compression, ces galets 17 passant alors au-dela des arases 20.Ensuite, le sens de la force qui s'exerce sur les galets 17 change et les ressorts 19 de compression continuent d'accélérer les porte-contacts 14 dans le sens de l'ouver turc et les maintiennent dans cette position. Près la retombée qui suit les électro-aimants du contacteur, le coulisseau 4 remonte, mais un dispositif spécial devant être nïnoeuvré à la main ou des butées solidaires du bolier doivent rlrnener les porte-contacts 14 au-dela de la position neutre intermédiaire,en position dans laquelle ils peuvent être réenelenehés. La figure 9 représente un autre mode de réallsatl-)n dans lequel le mécanisme à position neutre intermédiaire est formé par deux billes 22 soumises à la force de ressorts et se logeant dans une gorge annulaire 21 de la pièce mobile 5. Les deux billes 22 sont montées dans un boiter 23 et sont placées sous la force de ressorts 25 de compression. Le ressort auxiliaire 11 de compression prend appui sur le boîtier 23. Comme dans les autres exemples de réalisation, la transmission de force du coulisseau 4 à l'appareillage de contact est assurée par le ressort 11 de compression, le mécanisme formé du boîtier 23, des billes 22 et de la gorge 21, et par la pièce mobile 5. Lors de la manoeuvre normale par des électro-aimants du contacteur, le mécanisme n'est pas libéré. La pièce 5 n'est entraînée vers le haut et ne dégage le couplage de la gorge 21 et des billes 22 que lorsque des forces pelez trodynamiques s'exercent sur les porte-contacts 2 à la suite d'un déclenchement en cas de court-circuit. La figure 10 représente un exemple de réalisation tel que représenté en principe sur la figure 1. En plus des éléments de l'appareillage de contact et du mécanisme à position neutre intermédiaire représentés et référencés sur la figure 1, le contacteur de la figure 10 comporte un boîtier 25 dans lequel deux paquets 26 de tales d'extinction entourent les points de contact. Les conducteurs 27 d'arrivée de courant aux éléments fixes 1 de contact sont croisés de manière qu'ils amplifient les forces électrodynamiques, c'est-à-dire que le conducteur 27 destiné à l'élément 1 de contact situé à droite vient de la gauche, et inversement. Il va de soi que les déclencheurs électromagnétiques décrits et représentés peuvent subir diverses autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. RF#RlBICATIOlÇS 1. Contacteur électromagnétique à disjoncteur en cas de court-circuit, comprenant des éléments fixes de contact, un appareillage mobile de contact à au zains un support d'éléments mobiles de contact et un coulisseau soumis à une commande électromagnétique et couplé mécaniquement audit porte-contacts, ledit contacteur étant caractérisé en ce qu'au moins une pièce mobile par rapport au coulis seau et un Lica- nisme à position neutre intermédiaire sont destinés à coupler mécaniquement ledit coulisseau et ledit porte-contacts. 2. Contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le porte-contacts forme des boucles de courant avec les conducteurs d'arrivée de courant aux éléments fixes de contact. 3. Contacteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mécanisme à position neutre intermédiaire comprend au moins deux ressorts disposés de manière que la direction de leur force résultante soit parallèle à la direction de mobilité du porte-contacts. 4. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le couplage est assuré par un ressort auxiliaire de compression et le mécanisme à position neutre intermédiaire reste en position de repos lors des commutations normales assurées par voie électromagnétique. 5. Contacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ressorts du mécanisme à position neutre intermédiaire prennent appui sur une douille mobile avec un certain jeu. 6. Contacteur selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que le mécanisme à position neutre intermédiaire est constitué d'au moins un galet et d'une plaque soumise à la force d'fun ressort et comportant une arête. 7. Contacteur selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que le mécanisme à position neutre intermédiaire est formé d'un dispositif à gorge annulaire et à deux billes soumises à force de ressort.