Brevet FR2371764A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne un relais polarisé sensible au courant de commande quel que soit son sens. Elle s'applique no- tamment aux relais destines a assurer ltouverture d'un interrupteur ou d'un disjoncteur qui coupe l'alimentation d'un appareil lors de l'apparition d'un courant de défaut dans le circuit de cet appareil. Danses relais polarises classiques, un aimant crée dans l'entrefer du relais un flux continu qui, en l'absence de courant dans l'enroulement de commande maintient l'armature mobile au collage. Lorsque dans l'enroulement de commande, on fait passer un courant de sens tel que le flux dans l1entrefer diminue, et d'intensité suffisante pour que le flux tombe en-dessous d'un certain seuil, le relais s'ouvre. Un courant de sens inverse renforce au contraire le flux dans 11 entrefer et, quelle que soit son intensité, le relais ne s' ou- vre pas. Si le courant de commande est alternatif, certaines demialternances seront de sens favorable à 11 ouverture du relais et les autres seront de sens défavorable.Si le relais est par exemple utilisé pour commander 11 ouverture d'un disjoncteur en cas de courant de défaut à la terre, le reta-d à 11 ouverture dd au seul relais pourra être de l'ordre d'une demi-période si la première demi-alternance du courant de défaut est de sens défavorable, le relais ne s'ouvrant qu'au cours de la demi-alternance suivante. La présente invention diminue considérablement le retard a l'ouverture : elle concerne un relais polarisé sensible au courant de commande auel que soit son sens En courant alternatif, par exemple, un tel relais s > cuvrira toujours au cours de la première demi-alter- nance. L'invention s'applique à un relais polarisé comportant un circuit magnétique constitué d'une culasse à deux branches reliées entre elles par un aimant permanent, et d'une armature mobile de fer meture sournise à une force de rappel légèrement inférieure à la force d'attraction au collage due au flux magnétique engendré par l'aimant, et un circuit de commande bobiné sur la culasse de telle sorte quJil engendre un flux suffisant pour provoquer le décollage de l'armature mobile.L'armature mobile peut être cplée mécaniquement à la serrure d'un disjoncteur qui, elle même, commande mécaniquement des interrupteurs afin de couper 11 alimentation d'un appareil lors de l'apparition d'un courant de défaut dans son circuit Selon l'invention, 'une au moins des branches du circuit magnétique est dédoublée et présente deux faces de contact pour l'ar )mature mobile ; le circuit de commande n1 est bobiné que sur la ou les branches dédoublées et la force de rappel est appliquée à l'armature mobile, au barycentre des forces d'attraction au collage de l'armature au repos, L Invention va maintenant eatre décrite avec plus de détails en se référant à deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. La figure 1 représente un relais polarisé classiaue. La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un relais polarisé selon l'invention. Seul le circuit magnétique du relais a été représenté. Les figures 3 et 4 représentent le diagramme des forces appliquées à l'armature mobile du relais de la figure 2. La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation d'un relais selon 11 invention. Seul le circuit magnétique du relais a été représenté. La figure 6 représente un circuit dans lequel est utilisé un relais selon l'invention. La figure 1 représente un relais polarisé classique. Il est placé dans un boîtier (i) et comporte un circuit magnétique constitué d'une culasse formée par deux branches (2) et (3) reliées entre elles par un aimant permanent (4), d'une armature mobile de fermeture (5) et d'un circuit de commande (6) bobiné sur la branche (2). Un ressort (7) exerce sur l'armature (5) une force de rappel par l'intermédiaire d'un levier (8). les lignes de force des flux magné- tiques ont été représentées en trait continu pour le flux continu dont la source est l'aimant (4), en trait pointillé pour le flux alternatif dont la source est la force magnétomotrice créée par le passage d'un courant de commande dans le circuit (6). Pour-le flux alternatif, le sens des flèches correspond à la demi-alternance favorable, celle pour laquelle le flux magnétique total diminue, permettant l'ouverture du relais lorsque la force due à l'attraction magnétique devient insuffisante pour vaincre la force antagoniste due au ressort (7).Si le sens des flèches du flux alternatif était inversé, on serait dans le cas de la demi-alternance défavorable, celle pour laquelle le flux magnétique total augmente. La force antagoniste due av ressort (7) ne pourrait pas dans ce cas vaincre la force magné- tique totale. Le relais resterait donc fermé. On se référera maintenant à la figure 2 qui représente un premier mode de réalisation de l'invention. Seul le circuit magnétique a été représenté et les éléments semblables dans les figures 1 et 2 portent les mêmes repères. Dans le circuit magnétique de la figure 2, es branches 2 et 3 sont dédoublées. Elles ont alors chacune la forme d'un U dont les jambes sont repérées par 2a et 2b pour 'un et par fa et 3b pour l'autre. Te circuit de commande (6) est bobiné sur les jabes 2a et 3a. Le nombre de spires et le diamètre du fil sont les mêmes pour chacun des deux bobinages, qui sont raccordés en série de telle façon ous les flux qu'ils tendent; à engendrer, pour un même sens de courant, dans chacune des branches (2) et (3) circulent à chaque instant dans des sens opposés. Comme dans la figure 1, les lignes de force des flux magnétiques ont été représentées en trait continu pour le flux continu et en trait pointillé pour le flux alternatif. En l'absence de courant de commande, le flux continu engendré par l'aimant se divise également entre les 4 surfaces de contact des branches avec l'armature. I,es forces d'attraction f2a, f2b, f3a et f3b qui en résultent sont donc égales.- On a représenté sur la figure 3, le diagramme des forces appliquées dans ce cas à l'armature mobile. Les deux forces d'attraction f 2a et f3a peuvent autre remplacées par leur résultante Fa ; de même, f2b et f3b peuvent être remplacées par leur résultante Fb, Fa et Fb étalent égales.Par l'intelznédiail-e du levier (8) le ressort (7) applique au point M situé au centre de l'armature une force F opposée à la résultante de Fa et Fb et légèrement inférieure pour assurer la tenue aux chocs, secousses et vibrations. Lorqu'un courant alternati- de commande circule dans le bobinage (6), des flux alternatifs se superposent au flux continu dans les jambes 2a, 2b, 3a, et 3b de façon telle que pour une demialternance d'un certain sens, les flux totaux diminuent dans les jambes 2a et 3a tandis ou'ils augmentent dans les jambes 2b et 3b, La figure 2 donne 11 allure des lignes de forces des flux continus et alternatifs dans ce cas et la figure 4 demie le nouveau diagramme des forces. Il est visible que la force B'a, plus faible que Fa, ne peut plus équilibrer la force F, et que l'armature mobile s'ouvre dans le sens de la flèche f en pivotant autour de la ligne 2b - 3b. Pour la demi-alternance de sens inverse, les flux totaux diminuent dans les jambes 2b et 3b et augmentent dans les jambes 2a et 3a. C'est la force F1 b qui devient plus petite que Fb et qui ne peut plus équilibrer la force F ; l'armature mobile s'ouvre alors en pivotant autour de la ligne 2a - 3a. On se réfèrera maintenant à la figure 5 qui représente un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce circuit magnétique, la branche (3) seule a été dédoublée. Elle a alors la forme d'un U dont les jambes sont repérées par 3a et 3b. La jambe 3a porte le bobinage (6) de commande. En 11 absence de courant de commande, le flux continu engendré par l'aimant (4) se divise également entre les surfaces 3a et 3b et se ferme à travers l'armature (5) et la branche (2). L'anaatire (5) est soumise à 3 forces de collage 2, f3a et f3b ainsi qu'à une force F opposée à leur résultante et légèrement inferieure, appliquée au barycentre de f2, f3a et f3b par le ressort (7) par l'intermédiaire du levier (8). Lorsqu'un coureit alternatif de commande circule dans le bobinage (6), un flux alternatif de commande prend naissance dans la branche (3) et dan la portion correspondante de l'armature (5). Pour les demi-alte:^nances d'un certain sens, le flux alternatif circulo dans le sens indiqué sur la figure 5 et l'armature (5) pivote autour de l'axe 2-3b. Pour les demi-alternances de sens inverse, l'armature (5) pivoterait autour de l'axe 2-3a.(Un raisonnement analogue à celui qui a été fait pour le 1er mode cte réalisation démontrerait ces résultats). La figure 6 montre l'application d'un relais selon l'invention au controle du courant de défaut du circuit d'utilisation d'un appareil. Le relais (9) est destiné å assurer l'ouverture des contacts (10) et (11) qui coupent l'alimentation de l'appareil (12) quand un courant de défaut I1 apparais. Un transformateur (13) comporte deux bobinages primaires (14) et (15) en opposition et un bobinage secondaire (16) attaquant le relais (9). En l'absence de courant de défaut, les bobinages (14) et (15) sont traversés par le meme courant T et, par conséquent, l'aimantation du circuit magnétique du transformateur (13) est nulle.Quand un courant de défaut I1 apparatl"c, les bobinages (14) et (15) sont traversés respectivement par les courants I et IIî ; si I1 dépasse un certain seuil le circuit magnétique s'aimante et une intensité 12 apparatt dans le bobinage (16). Cette intensité provoque le décollage de l'armature du relais et donc le déverrouillage de la serrure (17) qui est couplée mécaniquement au relais (9). Le déverrouillage de la serrure (17) entrain alors l'ouverture des contacts (10) et (11). Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée aux seuls modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples, mais elle couvre également d'autres modes de réalisation oui n'en différeraient que par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents, C'est ainsi que, dans le premier mode de réalisation, le circuit de commande (6) pourrait être bobiné différemment, en série ou en parallèle, sur les branches 2a et 3a ou bien 2a et 3b. Il faut seulement que le bobinage soit effectué de telle façon que les flux engendrés dans chacune des branches (2) et (3) circulent à chaque instant en sens opposés. Il est aussi possible de concevoir d'autres circuitstmagnétiques de relais ; il suffit que 11 équilibre de départ soit assuré par une force de sens et de grandeur convenables appliquée au barycentre des forces de collage et que la~diminution du moment de l'une des forces par rapport à l'un des axes de rotation de l'armature mobile ne soit pas compensée par l'augmentation du moment d'une autre force par rapport à ce même axe. Un relais selon l'invention peut être utilisé non seulement en alternatif mais aussi en continu. Alors que les relais clas- siques ne déclenchent en courant continu que si celui-ci a un sens donné, un relais selon l'inventìon déclenchera pour un courant continu quelle qu'en soit la polarité. REVEiICÂTI ONS REVENDICATIONS i - Relais polarisé comportant un circuit magnétique constitué d'une culasse à deux branches reliées entre elles par un aimant permanent, d'une armature mobile de fermeture soumise à une force de rappel légèrement inférieure à la force d'attraction au collage due au flux magnétique engendré par 1' aimant, et un circuit de commande bobiné sur la culasse de telle sorte qu'il engendre un flux suffisant pour provoquer le décollage de l'armature mobile, caractérisé par le fait que 1 'une au moins des branchus du circuit magnétique est dédoublée et présente deux faces de contact pour l'armature mobile, que le circuit de commande n'est bobiné que sur la ou les branches dédoublées et que la force de rappel est appliquée à l'armature mobile, au barycentre des forces d'attraction au collage de l'armature au repos. REVENDICATION 2 Relais polarisé selon revendication i, dans le cas où les deux branches sont dédoublées, caractérisé par le fait que les bobinages sur chaque branche dédoublée sont réalisés de façon à engendrer dans chaque branche, et pour un mtme sens de courant, des flux magnétiques de sens opposés.