Brevet FR2339244A1 — publié le 19770819

L'invention, due à la collaboratión de Messieurs Jean Louis MIRCOVICH et Gérard LE tLOCH,- est-rilative à un dispositif dtextinction d'arc à soufflage électromagnétique comprenant deux paires de contacts mécaniques séparables et une bobine de soufflage connectée en parallèle avec ltune desdites paires de contacts. Un dispositif d'extinction d'arc du genre mentionné, pour disjoncteur électrique, soumet l'arc à un soufflage intense en vue de son extinction rapide et il est codBu-de shunter la bobine de soufflage en position fermée du disjoncteur par des contacts auxiliaires ou de mettre en circuit la bobine que lors de l'apparition d'un arc par transfert de l'arc sur une électrode de eonnexion. Les dispositifs connus sont compliqués, nécessitent une commande spéciale des contacts auxiliaires ou introduisent.un retard au soufflage de l'arc. La stagnation-des racines d'arc sur les surfaces de contact provoque une érosion préJudiciable-à un bon contact électrique. La présente invention a-pour but de remddier à ces incon- vénients et de permettre la réalisation d-'un dispositif d'extinction d'arc simple, imposant une migration rapide des racines d'arc Le dispositif d'extinction selon l'invention est caractérisé par le fait que lesdits contacts sont agencés en pistes annulaires, disposées coaxialement à ladite bobine, de faç-onque le champ magnétique engendré par ladite bobine s'étend radialement dans chaque intervalle séparant les pistes d'une paire de contacts en position séparée et provoque une rot;ation des arcs tirés entre les contacts séparés sur les dites pistes annulaires. Les deux paires de contacts s'ouvrent sensiblement-en meme temps, l'ordre d'ouverture étant dtune importance secondaire, et les deux arcs sont soumis au soufflage magnétique de la bobine, leur imposant une rotation rapide sur les pistes annulaires. Toute stagnation des racines d'arc sur les pistes de contact est évitée et en position fermée des contacts la bobine de soufflage est shun- tée et non alimentée. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la bobine est stationnaire et un élément de contact semi-fixe en forme de disque est intercalé entre le contact fixe et le contact mobile, de manière à introduire deux zones de coupure en série, définies par les deux paires de contacts, formées respectivement par les contacts fixe et semi-fixe et les contacts semi-fixe et mobile. La masse de l'équipage mobile est faible ce qui simplifie la commande. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la bobine de soufflage est solidaire de ltélément semi-fixe et participe à son mouvement limité, auquel cas il est avantageux de connecter la bobine en parallèle de la paire de contacts constituée par les contacts semi-fixe et mobile, l'inertie de la bobine freinant le déplacement du contact semi-fixe. La paire de contacts de shuntage de la bobine s' ouvre ainsi en premier et la présence du champ magnétique de soufflage est assurée dès l'apparition d'un arc sur une paire de contacts. A la fermeture des contacts la mise en circuit de la bobine de soufflage est sans intéret ou indésirable et avec cet objet en vue, les contacts de shuntage de la bobine sont de préférence fermés en premier pour shunter la bobine avant la fermeture du circuit. Un contacteur, équipé du dispositif d'extinction d'arc selon l'invention, comporte avantageusement une enceinte étanche, remplie d'hexafluorure de soufre sous pression, et contenant la bobine de soufflage et les paires de contacts, dont la commande est reportée à l'extérieur de l'enceinte par une tige coulissante. L'équipage mobile du contacteur est sollicité en position d'ouverture par un ressort et par la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte, qui s'exerce sur un soufflet d'étanchéité de la traversée de la tige de commande. Cette dernière est solidaire d'une armature d'un électro-aimant de commande de fermeture, disposé à l'extérieur de l'enceinte. D'une manière connue en soi, l'électro-aimant comporte un enroulement d'appel, d'une force d'attraction suffisante pour vaincre l'action du ressort d'ouverture et de la pression et attirer ltarmature, le courant d'excitation de cet enroulement étant réduit après fermeture du contacteur, par insertion dans le circuit d'excitation d'une résistance formée par un deuxième enroulement, qui participe au maintien de l'armature attirée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe axiale partielle d'un contacteur équipé d'un dispositifd'ex- tinction selon l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues partielles de la figure 1, montrant en coupe le dispositif de contacts respectivement en position fermé et ouvert; les figures 4 et 5 sont des vues analogues à la figure 2, illustrant deux variantes de réalisation. Sur les figures, un contacteur comporte une enveloppe isolante étanche 10, remplie d'hexafluorure de soufre sous pression, par exemple de 4 bars. Une tige de commande 12 traverse un orifice 14 pratiqué dans la paroi de l'enveloppe 10, avec interposition d'un soufflet d'étanchéité 16, dont l'un des fonds est fixé à un collet 18 de la tige.12 et dont l'autre fond est solidaire d'un couvercle 20, recouvrant d'une manière étanche l'orifice 14. Une telle traversée étanche est bien connue et il suffit de remarquer que la tige 12 peut coulisser librement en comprimant ou dilatant le soufflet 16, la pression interne à ltenveloppe 10 agissant sur le collet 18 et exerçant ainsi sur la tige 12 une force tendant à la déplacer vers l'extérieur de l'enceinte 10, ce qui correspond à une ouverture du contacteur. La partie externe de la tige de commande 12 traverse axialement le corps d'un électro-aimant en forme de U 24, fixé à l'enveloppe 10 et porte à son extrémité une armature 26 disposée en regard de deux surfaces polaires 28 de l'électro-aimant 24. Cet électro-aimant comporte sur chaque branche deux enroulements distincts, un enroulement d'appel 30 et un enroulement de maintien 32. L'extrémité de la tige 12, interne à l'enveloppe 10, est articulée en 34 sur un culbuteur 36, monté à rotation par un axe 38 sur un support fixe 40J assujetti à l'enveloppe 10. L'extrémité opposée du culbuteur 36 est articulée en 42 sur un coulisseau 44, guidé par une biellette 46 montée à pivotement sur le support 40, de manière qu'un coulissement de la tige-12 se traduise par une translation du coulisseau 44, sensiblement linéaire dans les limites de débattement autorisées. Un contact mobile 48, en forme de coupelle, présente une surface ou piste annulaire de contact 50 et est monté à coulissement sur la tige d'une vis 52 à extrémité filetée 54 vissée dans le coulisseau 44 et s'étendant dans la direction de translation du coulisseau. La tette 56 de la vis 52 forme une butée de retenue du contact 48 et un ressort de compression 58, inséré entre le coulisseau 44 et le contact 48, sollicite ce dernier en appui de la tête butée 56. La piste annulaire 50 coopère avec une piste annulaire conjuguée 60, solidaire d'un disque 62 monté à coulissement limité par l'intermédiaire d un manchon central 68 à collet 70 sur un support fixe 64 assujetti à l'enveloppe 10 par des vis 66.La face du disque 62 semi-fixe opposée à la piste 60 constitue une deuxième piste annulaire 72 coopérant avec une piste annulaire fixe 74 solidaire du support 64. Un ressort de compression 76, prenant appui sur le support 64, sollicite le manchon 68 et le disque associé 62 en position de butée du collet 70, qui correspond à l'ouverture de la paire de contacts fixe et semi-fixe formée respectivement par les pistes annulaires 74 et 72. Une bobine de soufflage 78 est fixée au support 64 coaxialement aux pistes annulaires de contacts 50, 60; 72, 74 et adjacente à la piste fixe 74, de manière à engendrer dans les intervalles ménagés entre les paires de contacts séparés 60, 50; 72, 74 un champ magnétique radial de soufflage. Le-support 64 conducteur relie l'une 80 des bornes du contacteur à la piste annulaire fixe 74 et les extrémités de la bobine 78 sont reliées respectivement en 82 au support 64 et par un conducteur souple 84 au disque semi-fixe 62. Le contact mobile 48 est relié par un shunt souple 86 à l'autre borne 88 du contacteur. Le contacteur fonctionne de la manière suivante En position fermée, représentée à la figure 2, le courant passe de la borne 80 par le support 64, la paire de contacts 72, 74, le disque 62, la paire de contacts 60, 50, 48 et le shunt 86 vers la borne opposée 88. La bobine de soufflage 78, shuntée ptar la paire de contacts fermés 72, 74 n'est pas alimentée. Le contacteur est maintenu en position fermée par attraction de l'armature 26, par l'électro-aimant 24 dont les enroulements 30, 32 branchés en série sont excités. L'ouverture du contacteur est commandée par interruption de l'alimentation de ltélectro-aimant 24 et de ce fait libération de l'armature 26. Sous l'action de la pression s'exerçant sur le collet 18 et de la force du ressort 58 et éventuellement d'un ressort de rappel (non représenté), l'équipage mobile formé par la tige de commande 12, le culbuteur 56, le coulisseau 44 et la vis 52 se met en mouvement, de manière à déplacer la tête 56 de la vis vers le bas, sur la figure 2, et à entraîner, après reprise du jeu existant entre la texte 56 et le contact mobile 48, ce dernier contact vers le bas.Le disque semi-fixe 62 n'étant plus retenu par le contact mobile 48 suit le mouvement de ce dernier sous l'action du ressort 76, pendant une course limitée par le collet 70 et il est facile de voir que les deux paires de contacts 50, 60, 72, 74 s'ouvrent presque-simultanément (figure 3). L'ordre d'ouverture dépend de la masse des pièces en mouvement et de la force des ressorts. Les arcs tirés entre les paires de contacts séparés 50, 60; 72, 74 sont soumis au champ radial de soufflage, engendré par la bobine de soufflage 78 alimentée par la tension d'arc entre les contacts 72, 74. I1 est facile de voir qu'un tel soufflage provoque une rotation rapide des racines d'arc sur les pites annulaires 50, 60, 72, 74 et une extinction des arcs.L'alimentation de la bobine de soufflage 78 est interrompue par l'extinction de l'arc tiré entre les pistes de contact 60, 50. Pour fermer le contacteur l'enroulement d'appel 30 de l'électro-aimant 24 est alimenté pour attirer l'armature 26 et déplacer ainsi la tige 12 vers le bas. Dès collage de l'armature 26 sur la surface polaire 28 > enroulement de maintien 32 de forte résistance est inséré en série dans le circuit d'alimentation de l'enroulement d'appel 30 pour diminuer l'intensité du courant dans ce circuit, les ampère tours cumulés des deux enroulements 30, 32 étant juste suffisants au maintien de l'armature 26. La tige de commande 12 déplace le coulisseau 44 et le contact mobile 48 vers le haut, fermant en un premier stade la paire de contacts 50, 60 et entraînant par la suite le disque semifixe 62 pour fermer en un deuxième stade la paire de contacts 72, 74. La course du coulisseau 44 est légèrement plus grande que celle du contact mobile 48 pour introduire le faible jeu entre la tQte 56 et le contact mobile 48 assurant la pression de contacts. La bobine de soufflage 78 est alimentée pendant une courte durée correspondant au léger retard à la fermeture des contacts de shuntage 72, 74. I1 est possible d'éviter cette alimentation temporaire par une liaison cinématique appropriée entre le contact mobile 48 et le disque semi-fixe 62, liaison qui peut autre du type décrit par la suite en référence à la figure 4. Les figures 4 et 5, dans lesquelles les mêmes repères désignent des éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 2, illustrent deux variantes de réalisation à bobine de soufflage 78 semi-fixe associée au disque 62. Sur la figure 4, la bobine 78 est connectée par un conducteur souple 88 au support 64 et rigidement au disque 62 en parallèle des contacts de shuntage fixe 74 et semi-fixe 72. Un poussoir 90 prend appui sur une plaque 92 solidaire du contact mobile 48 et se prolonge dans l'axe des contacts et de la bobine 78 par un piston 94 engagé dans un cylindre 96 porté par le disque ou l'élément semi-fixe 62. Un faible Jeu entre le piston 94 et le cylindre 96 autorise une fuite d'air et un mouvement relatif piston cylindre. A l'ouverture du contacteur le fonctionnement est sensiblement identique à celui décrit ci-dessus en référence à la figure 2, la masse de la partie semi-fixe étant toutefois augmentée par la bobine 78 et le poussoir 90. A la fermeture le contact mobile 48 entrasse dans son déplacement le poussoir 90 et ce mouvement est transmis par la liaison piston 94 cylindre 96 à la partie semi-fixe > de manière à fermer en premier les contacts 72, 74 de shuntage de la bobine de soufflage 78. Après cette fermeture le contact mobile 48 peut poursuivre sa course gracie à la fuite de gaz entre piston 94 cylindre 96, qui brise la liaison cinématique entre le contact mobile 48 et la partie semi-fixe, pour permettre la fermeture de la paire de contacts 50, 60.L'alimentation temporaire de la bobine de soufflage 78 est ainsi évitée. Sur la figure 5, la bobine de soufflage 78 est également solidaire de llélément semi-fixe 62, mais elle est connectée en parallèle des contacts semi-fixe 60 et mobile 50. La vis 52 à tette 56 d'entratnement du contact mobile 48-50 est prolongée et se termine par une deuxième butée 98, susceptible de coopérer avec l'élément semi-fixe 62 et entraîner ce dernier après une course morte supérieure à celle due au Jeu entre la tête 56 et le contact mobile 48. Un ressort de compression 100 est inséré entre les contacts mobile 50 et semi-fixe 60 pour solliciter ces derniers en position d'ouverture. Le poussoir 94 coopère avec l'élément semi-fixe 62 pour freiner à la fermeture du contacteur le déplacement de cet élément et fermer en premier lieu les contacts de shuntage 50, 60 de la bobine 78. Le fonctionnement découle de ltexposé précédent. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux différents modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits, mais elle s'détend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'extinction d'arc à soufflage électromagnétique comprenant deux paires de contacts mécaniques séparables et une bobine de soufflage connectée en parallèle avec l'une desdites paires de contacts, caractérisé par le fait que lesdites deux paires de contacts sont connectées électriquement en série et que les contacts correspondants sont agencés en pistes annulaires disposées coaxialement à ladite bobine de façon que le champ magnétique engendré par ladite bobine s'étend radialement dans chaque intervalle séparant les pistes d'une paire de contacts en position séparée et provoque une rotation des arcs tirés entre les contacts séparés sur lesdites pistes annulaires. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un élément semi-fixe, intercalé entre un contact fixe et un contact mobile, porte de part et d'autre des contacts semifixes conjugués respectivement aux contacts fixe et mobile, de façon qu un déplacement relatif du contact mobile par rapport au contact semi-fixe provoque l'ouverture d'une paire de contactes, et le déplacement relatif des contacts semi-fixe et fixe pour l'ouver- ture de l'autre paire de contacts. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 > caractérisé par le fait que ladite bobine est solidaire d'une piste annulaire de contact fixe, coopérant avec une piste annulaire conjuguée d'un élément de contact semi-fixe, qui porte une deuxième piste annulaire coopérant avec une piste annulaire du contact mobile, lesdits contacts mobile et semi-fixe étant déplaçables axialement pour l'ouverture ou la fermeture desdites paires de contacts. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite bobine est solidaire d'un élément semi-fixe portant deux pistes annulaires opposées de contacts semi-fixes, coopérant respectivement avec des pistes annulaires de contacts fixe et mobile. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que ladite bobine est connectée en parallèle de ladite paire de contacts fixe et semi-fixe. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 > caractérisé par le fait que ltélément semi-fixe est sollicité en direction d'ouverture des contactes, de manière à accompagner sur une course limitée suffisante à l'ouverture d'une paire de contacts le contact mobile. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens, associés audit élément semi-fixe, de transmission du mouvement de fer- meture des contacts, de manière à assurer la fermeture de la paire de contacts de shuntage de ladite bobine avant la fermeture de l'autre paire de contacts. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de transmission comportent un organe pneumatique à piston cylindre à fuite contrôlée. 9. Contacteur électrique équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte étanche remplie d'un gaz électronégatif sous pression, notamment de l'hexafluorure de soufre, l'en- semble desdites paires de contacts et de ladite bobine étant logé dans ladite enceinte et qu'une tige de commande desdits contacts porte une armature coopérant avec un électro-aimant de commande de fermeture du contacteur. 10. Contacteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit électro-aimant comporte deux enroulements, un enroulement d'appel susceptible de provoquer la commande de fermeture du contacteur et un enroulement de maintien de résistance électrique supérieure à celle de l'enroulement d'appel, connecté électriquement en série de l'enroulement d'appel dès la fermeture du contacteur, de façon à diminuer le courant d'excitation dudit électro-aimant à une valeur suffisante au maintien en position fermée du contacteur.