Brevet FR2373143A1 — publié le 19780630

L'invention se rapporte à un contacteur à commande électromagnétique dont l'armature provoque par phase le deplacement d'un contact mobile entre une première position de repos ou le dit contact est sépare du contact fixe et une deuxième position de travail ou les contacts sont fermés, et dans lequel un dispositif électro-magnétique auxiliaire repondant au passage d'un courant d'intensité supérieur à un certain seuil dans le circuit fermé par les contacts, provoque le déclenchement d'un système mécanique à deux états stables, associe au contact-mobile pour donner à celui-ci une troisième position d'ouverture plus eloignee du contact fixe que la première position. De tels appareils sont connus par exemple par le brevet Français 936.697 pour realiser la coupure de courants dont les intensités supérieures restent modestes et font par suite appel à des dispositifs électromagnétiques auxiliaires dont les bobinages comprennent un nombre de spires élevé; les intensités des courants mis en jeu dans cet appareil ne permettent pas pour la même raison l'utilisation-des phénomènes de répulsion. L'utilisation d'untel système ne pourrait par suite, être étendue au cas où les intensités à couper peuvent atteindre des valeurs superieures à environ quarante fois l'intensité nominale pour laquelle sont étudies les contacteurs industriels de fort calibre actuellement utilisés. On connait également des disjoncteurs dans lesquels la fermeture du circuit d'alimentation est-réalisée par la fermeture manuelle d'un premier jeu de contacts, tandis que la coupure du circuit lors de l'apparition de surcharges est obtenue par l'ouverture automatique d'un second jeu de contats,placé en serie avec le premier. Dans ces appareils ou l'on arme généralement un mecanisme accumulateur d'énergie, le volume global résultant de cette dernière mesure et de l'utilisation de deux jeux de contacts, atteint une valeur importante. Les utilisateurs souhaitent fréquemment pouvoir disposer d'un appareil du type contacteur dans lequel, d'une part, des mesures sont prises pour que la coupure du circuit soit pro voquee par l'ouverture des mêmes contacts que ceux servant à la fermeture lors de l'apparition de l'un des differents types de surcharge definis par des valeurs d'intensité croissantes, et ou, d'autre part, le volume reste faible. L'invention se propose par suite de fournir un appareil compact dont l'ouverture soit provoquée lors de l'apparition de surcharge de diverses natures pour repondre aux besoins définis ci-dessus. Selon l'invention, ce résultat est atteint grace au fait que d'une part, le système mécanique est représenté par les deux bras symétriques pivotants portés par un support solidaire de l'armature et reliés entre eux par un organe élastique placé transversalement par rapport au mouvement du support et où l'extrémité de chaque bras est équipée du contact mobile, et que, d'autre part, le dispositif électro-magnétique auxiliaire est constitué par un circuit magnétique en forme de U qui est place à cheval autour des bras, et qui coopère avec une palette magnétique mobile, traversée par le support et présentant deux appuis qui agissent sur les bras dans une région comprise entre leur axe de pivotement et une portion voisine du contact mobile, ou s'exercent des efforts de répulsion électrodynamique provoqués par le conducteur d'amenêe du courant au contact fixe, la dite action sur les bras amenant le mécanisme dans une position stable de déclenchement correspondant à la troisième position des contacts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et qui est accompagnée par les figures suivantes: La figure 1, qui représente une vue de l'appareil coupe par un plan comprenant la bobine du contacteur et l'un des jeux de contacts associes à une phase, la figure 2, qui illustre une vue de dessus en coupe partielle, brisée par le plan XX' YY', la figure 3, qui représente le mécanisme supportant les contacts mobiles dans une position correspondant à un déclenchement, l'lectroXaimant principal étant encore fermé. L'appareil est constitué principalement par un bottier composé de deux pièces complémentaires (1) et (2). La pièce (2) constitue le socle de l'appareil, car elle est destinée à être fixee contre une paroi et contient les organes fixes tandis que la pièce (1) qui est orientee vers l'utilisateur représente un couvercle contenant tous les organes mobiles et les bornes de raccordement. L'interieur du couvercle reçoit donc un electro-aimant constitué par le noyau (3), l'armature (4) et la bobine (5). Le circuit d'excitation dé cet électro-aimant part de la borne de raccordement (12), traverse un interrupteur (9) dont le rôle sera de crit ultarieurement, parcourt le bobinage (5) et aboutit à la borne (8). L'armature (4) est soumise à l'action d'un ressort de rappel (7) qui tend à la séparer du noyau et est solidaire d'une pièce isolant (6) qui constitue le support des contacts mobiles et le coulisseau de ses déplacements le long d'un guide (13). Pour chacune des phases, l'appareil comporte un jeu de contacts fixes(25) (17) et mobiles (24,18). Les contacts fixes (25,17) sont placés chacun sur une piece métallique (26, respc. 16) placée dans un plan parallèle au sens de deplacement (F) de l'armature : ces pièces sont assemblées avec des conducteurs plats (27) et respectivement (15) qui aboutissent aux bornes de raccordement (28) et respectivement (14) du circuit utilisateur. Les contacts mobiles (24) et (18) sont portés chacun par l'extrémité d'un bras oscillant (22) respectivement (19) pivotes chacun sur un ou deux tourillons (20) placé par exemple dans une fourche formée à l'extrémité (50) du support (6). Un ressort-de traction tel que (21) est accroché sur deux tétons tels que repre sentés en (23), chacun de ces tétons étant solidaire de l'un des deux bras. Une tresse conductrice peut préférablement relier électriquement les deux bras oscillants. A lafigure 2, les ressorts tels que (21) ne sont pas représentés. Les deux bras ne sont pas places en alignement lorsque l'appareil est dans son état de fermeture, repéré par l'indice (II) ou d'ouverture normale, repéré par l'indice (I) de sorte que le ressort (21) exerce sur les bras un couple tendant à rapprocher les contacts mobiles. Des butées, non représentées, limitent les mouvements relatifs des bras, mais permettent aux contacts mobiles d'exercer une pression elastique sur les contacts fixes. Dans l'état de l'appareil représenté à la figure 1, l'elec- tro-aimant est excité et les bras mobiles sont placés dans la position (II) pour laquelle les contacts fixes et mobiles sont appliques les uns contre les autres dans leur position de travail. Lorsque l'electro-aimant est désexcite, l'armature provoque le déplacement du support de contact (6) sous l'effet de son ressort de rappel (7) et les bras prennent la position repérée par (I) pour laquelle les contacts mobiles sont séparés des contacts fixes et se trouvent dans un état de repos-ou le circuit utilisateur est ouvert. Les deux régions entourant les contacts fixes et mobiles associés, comprennent chacune une chambre d'arc (repre- sente uniquement dans la région inférieure) constituée notamment par des ailettes de refroidissement (31; des évents (32) sont pratiqués dans le boîtier; un circuit magnétique latéral (30) en forme de U entoure les contacts parallèlement à leur déplacement et sert à accélérer la répulsion et le soufflage des arcs de coupure; un déflecteur (29) est place dans le fond de ces chambres et les relie. La partie de l'appareil qui vient d'être décrite représente donc un contacteur traditionnel qui peut être utilisé en tant que tel. Les dispositifs et mesures qui vont être décrits cidessous permettent de conférer à cet appareil des possibilités de coupure automatique intervenant pour des intensités croissantes du courant utilisateur. Pour des intensités jusqu'à 15-à 20 fois le courant nominal, il est prévu de ne couper que le circuit d'excitation du bobinage de l'6lectro-aimant (3,4,5). A cet effet, un relais appelé parfois relais à maximum d'intensité est excite par le courant utilisateur de chaque phase pour ouvrir l'interrupteur (9). Ce relais comprend par exemple, un circuit magnetique fixe (42) prenant la forme d'un U placé à cheval sur le conducteur (27) et coopérant avec une palette mobile (43) associée au poussoir (10) de l'interrupteur (9), qui est fermé dans son état de repos par le ressort de. rap- pel (11). Un organe d'accouplement représente schématiquement par (44) réalise une liaison mécanique entre les différentes palettes telles que (43), associees chacune à l'une des phases à surveiller; de la sorte l'apparition d'un courant anormal circulant dans l'une quelconque des phases, provoque l'ouverture de l'interrupteur (9) et par suite, l'ouverture des contacts fixes et mobiles du circuit utilisateur consécutive à la de-sex- citation de l'lectro-aimant. Les contacts mobiles prennent donc une position correspondant à l'état reperé en (1) sur la figure 1. Pour des intensités de courant apparaissant dans le circuit utilisateur et s'élevant à environ vingt fois le courant nominal de l'appareil, il est nécessaire d1effectuer la coupure dans des conditions de rapidité superieures à celles obtenues par la désexcitation de l'alectro-aimant dont la constante de temps et l'inertie sont trop élevees pour provoquer une coupure satisfaisante nécessitant outre un temps de réponse court, une distance de séparation entre contacts fixes et mobiles supérieure à celle obtenue par le déplacement du support de contact.Pour assurer la qualité d'une telle coupure, 1 'appa- reil fait appel, d'une part, à un système mécanique à deux états stables dont l'un correspond à la position des bras illustrée sur la figure 1, et dont l'autre est représenté à la figure 3, ces deux états étant maintenus par les mêmes ressorts (21) et d'autre part à un alectro-aimant auxiliaire. 'électro-aimant auxiliaire est représenté en coupe et en vue de côté aux figures 1 et respectivement 2; dans cette dernière, on peut observer que celui-ci est constitué par un noyau magnétique fixe (33) en forme de U dont les branches pa rallèles (48,49) entourent les bras des contacts mobiles qui constituent ainsi l'unique spire de courant iprovq9yant 1 'exci- tation. Le noyau fixe est solidaire d'une paroli/12) et coopère avec une armature mobile (34) percée d'une ouverture (37) pour laisser passer au travers d'elle l'extrémité (50) du support de contact (6). Cette armature présente sur sa région intérieure dirigee vers les bras (19, 22) deux poussoirs (35, 36), réalisés en une matière plastique appropriée, qui viennent s'appuyer chacun sur une région (46) des bras, plus voisine du tourillon (20) que de l'extrémité, sous l'effet de ressorts tels que (38) places entre la dite armature et des surfaces (41) du boîtier. Ces ressorts pourraient aussi être placés entre l'armature et le support (6). Dans l'état illustré aux figures 1 et 2, un certain entrefer, disposé de préférence obliquement par rapport aux lignes de force magnétique susceptibles de circuler dans les branches (49, 48), separe les éléments fixes et mobiles de l'electro- aimant. Par ailleurs, deux butées fixes par rapport au socle (2) et (39, 40) analogues aux poussoirs (35, 36) sont placées dans la région intérieure du circuit en U et en regard d'une region (51) des bras, opposee à la région (46). Lorsqu'apparaît un courant dont l'intensité est suffisante pour produire une attraction importante de 1 'ar- mature (34) vers le noyau (33), les appuis (35, 36) viennent pousser les bras (19 respec. 22) pour les placer dans l'état illustré à la figure 3. Cette opération s' effectue dans un temps trés court, grâce aux faibles masses de l'armature (34) et des bras, et la distance séparant les contacts se trouve ainsi augmentée. On remarquera que le relais à maximum d'intensité aura réagi à la surintensité du circuit avec un certain retard, de sorte que l'electro-aimant (3, 4, 5) sera desexcité ultérieurement et provoquera un mouvement supplémentaire des bras vers la gauche. Dans cette position repérée par (III) sur la figure 1, les contacts mobiles sont sépares des contacts fixes d'une distance supérieure à celle de la position (I) et les bras (19, 22) viennent en contact avec des portions fixes du boitier, par exemple contre le déflecteur (29) ou contre les butées (39) (40). Même si la surintensité n'a été observée que sur l'une des phases, il est nécessaire de produire l'ouverture des circuits relatifs aux autres phases; cette ouverture résulte de la désexcitation de l'électro-aimant (3, 4, 5), mais produit une séparation des contacts fixes et mobiles des phases non concernées par la surintensité sur une distance inférieure à la distance separant les positions (I) et (II). La position que peut prendre le support de contact (6) vers la gauche est limitée par le contact des extrémité des bras (19) (22) contre le déflecteur 29 ou les butées (39) (40), de sorte que les bras portant les contacts mobiles des phases non surchargées prennent une position illustree par le repère (IV) à la figure 1. La remise en service de l'appareil est précédée d'un réarmement des contacts par une action manuelle de l'opérateur exercée sur un poussoir (47) et dirigée vers la gauche de la figure 1. Cette action provoque un déplacement complémentaire du support de contact (6) qui produit un basculement des dits bras vers le second état stable, en prenant appui sur les butées (39) (40). Enfin, lorsque des courants extrêmement intenses circulent dans les bras (19, 22), il faut limiter leur valeur par une ouverture encore plus rapide des contacts. On utilise à cette fin les efforts de repulsion électrodynamiques apparaissant entre les régions (45) des bras placées au voisinage de l'ex trématé et les conducteurs (16, 26) amenant le courant aux contacts fixes (17) (25). La longueur des conducteurs (16, 26) placée en regard des bras (19, 22) doit être suffisamment importante, par exemple la moitié de la longueur d'un bras pour que les efforts de répul- sion soient importants. Cette répulsion pourra produire ses effets dans un intervalle de temps tres court, car elle ne s'exercera que sur les masses faibles des bras de contact. A la fin de cette opération, ceux-ci se trouveront egalement dans l'état repéré en (III) et le réarmement sera effectué comme ci-dessus. L'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et couvre des variantes évidentes pour l'homme du métier: c'est ainsi que chacun des bras portant un contact mobile pourrait pivoter sur un axe qui lui serait propre. REVENDICATIONS 1. Contacteur à commande electro-magnetique comprenant un électro-aimant dont l'armature provoque par phase le deplace- ment d'un contact mobile entre une première position de repos où ledit contact est separe du contact fixe et une deuxième position de travail où les contacts sont fermés, et dans lequel un dispositif électro-magnétique auxiliaire répondant au passage d'un courant d'intensite supérieur à un certain seuil dans le circuit fermé par les contacts, provoque le déclenchement d'un système mecanique à deux états stables, associé au contact mobile, pour donner à celui-ci une troisième position d'ouverture plus éloignée du contact fixe que la première position, caractérisé en ce que d'une part, le système mécanique est représenté par les deux bras symétriques pivotants (19, 22) portés par un support (6, 50) solidaire de l'armature (4) et reliés entre eux par un organe élastique (21) place transversalement par rapport au mouvement (F) du support et où l'extrémité de chaque bras est équipée d'un contact mobile, et que, d'autre part, le dispositif électro-magnétique auxiliaire est constitue par un circuit magnetique fixe (33, 48, 49) en forme de U qui est placé à cheval autour des bras, et qui coopère avec une palette magnétique mobile (34), traversée par le support et présentant deux appuis (35, 36) qui agissent sur les bras dans une region (46) comprise entre leur axe de pivotement (20) et une portion (45) voisine du contact mobile, où s' exercent des efforts de répulsion électrodynamique provoques par le conducteur (16) d'amenée du courant au contact fixe, ladite action sur les bras amenant le mécanisme dans une seconde position stable de declenchement correspondant à la troisième position des contacts. 2. Contacteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que un relais electromagnetique (42, 43) reagissant de façon réglable à des intensites de courant du circuit, inférieures à celles qui provoquent l'excitation de l'electro-aimant auxiliaire, ou la repulsion electrodynamique des contacts, est associe à chaque phase et provoque l'ouverture du circuit d'alimentation (9) de la bobine (5). 3. Contacteur selon les revendications 1 et 2 caracterise en ce que lorsque les contacts mobiles (18, 24) se trouvent dans leur troisième position, les bras qui les supportent viennent en contact avec des parties fixes solidaires du socle (2), le support (6) prenant dans ce cas une position intermédiaire entre la position (II) pour laquelle l'electro-aimant principal étant ferme,les contacts sont en position de travail et la position (I) pour laquelle l'electro-aimant principal étant ouvert complètement, les contacts sont au repos. 4. Contacteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le réarmement du système mécanique après declenchement est obtenu par une action manuelle provoquant un mouvement du support (6) qui entraîne l'ouverture complete de l'électro-aimant principal et permet aux contacts (19, 22) de basculer dans la position normale de repos (I) en prenant appui par leurs parties (51) sur les butées (39, 40).