Brevet FR2446538A1 — publié le 19800808

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Yves PELENC, Claude TERRACOL, Pierre SCHUELLER, est relative à un disjoncteur électrique basse tension multipolaire à bottier moulé et à déclenchement automatique ou manuel comportant par ple un contact fixe coopérant en position de fermeture avec un contact mobile accouplé à un mécanisme de manoeuvre susceptible de provoquer le déclenchement du disjoncteur, et la séparation rapide des contacts en réponse à une commande manuelle de la manette, ou une commande automatique des déclencheurs sensibles à des courants de défaut, notamment un déclencheur thermique à bilame et un déclencheur électromagnétique instantané, ce dernier comprenant une bobine d'excitation et un circuit magnétique doté d'une palette mobile et de deux culasses fixes ferromagnétiques en forme de joues s 'étendant en direction de la zone de coupure pour encadrer latéralement lesdits contacts fixe et mobile. Selon un disjoncteur connu du genre mentionné, les culasses du circuit magnétique du déclencheur électromagnétique jouent le rôle de joues de soufflage, qui canalisent le champ magnétique prenant naissance lors du passage du courant pour amé- liorer le dévioppement de l'arc et pour renforcer les forces électromagnétiques propulsant l'arc en direction de la chambre de coupure à tAcles de désionisation. I1 s'écoule toutefois un temps précieux entre l'instant de détection du courant de défaut par le déclencheur et l'instant de déverrouillage du mécanisme de manoeuvre assurant la séparation des contacts et la formation de l'arc initial. L'obtention de pouvoirs de coupure élevés dans les disjoncteurs basse tension nécessite un déplacement rapide du contact mobile en vue d'obtenir l'insertion d'une tension d'arc entratnant la limitation du courant. Différentes techniques ont déjà été proposées pour améliorer ce déplacement du contact et les performances des disjoncteurs, notamment 1) répulsion électrodynamique des contaets fixe et mobile avant déverrouillage du mécanisme; 2) accélération du contact mobile-par percussion du noyau mobile du déclencheur électromagnétique instantané; )) insertion d'une partie du contact mobile dans l'en- trefer d'un circuit magnétique à auto-excitation due au passage du courant dans le contact, ou à excitation indépendante au moyen d'une bobine de commande. Le but de l'invention vise à utiliser la troisième technique par l'emploi d'un circuit magnétique simple à bobine unique jouant également le rôle de déclencheur électromagnétique. Le disjoncteur est caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique comporte un noyau tranversal intercalé entre les culasses selon une direction perpendiculaire aux parois latérales du bottier, tel que le flux traversant ledit noyau lors de l'excitation de la bobine provoque à des seuils différents l'en tratnement ultra-rapide par effet électrodynamique du contact mobile vers la position d'ouverture, et l'attraction de'la palette pour le déverrouillage du mécanisme de manoeuvre. Selon une caractéristiques de l'invention, ledit circuit magnétique comporte un premier entrefer e3 dans lequel est inséréeen position de fermeture une languette conductrice du contact mobile, et au moins un deuxième entrefer el et/ou e2 ménagé entre les culasses.et la palette mobile de déclenchement, lesdits premier et deuxième entrefers étains; agencés dans d-eux boucles en parallèle dudit circuit. Selon une autre caractFristique de l'invention, ladite bobine d'excitation est enroulée sur le noyau transversal pour engendrer ledit flux qui se partage ensuite dans lesdites boucles en deux flux partiels, l'un correspondant au champ dans le premier entrefer dont l'interaction avec le courant dans la languette provoque le déplacement ultra-rapide du contact mobile vers la position d'ouverture, l'autre correspondant au champ dans le deuxième entrefer pour l'attraction de la palette. Selon un développement de l'invention, le contact mobile et la palette de déclenchement sont associés respectivement à un ressort de pression de contact et à un ressort de rappel de forces différentes telles que l'attraction de la palette intervient après dépassement d'un premier seuil du courant, dénommé seuil de déclenchement, inférieur à un deuxième seuil, dénommé seuil de répulsion, qui provoque ltentraRnement électrodynamique du contact mobile vers la position d'ouverture, le déverrouillage de la cage empochant toute refermeture du contact mobile. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est urle vue schématique en élévation et en coupe verticale d'un ptle de disJoncteur limiteur équipé du dé clencheur électromagnétique -selon l'invention, et représenté en position de fermeture des contacts; les figures 2 à 4 montrent des vues en coupe selon la ligne II-IT de la figure 1, respectivement en position de fermeture, au début de la course d'ouverture sur action électrodynamique avant déclenchement du mécanisme, et en-position d'ouverture définitive après déclenchement. En référence aux figures 1 et 4, le disjoncteur basse tension à haut pouvoir de coupure est logé dans un bottier 10 moulé formé par la réunion de deux demi-coquilles 12-, 14 en matériau isolant. Le bottier 10 renferme un dispositif de coupure 16, un mécanisme de manoeuvre 17 à manette de commande manuelle (non représentée) un déclencheur thermique à bilame 18 et un déclencheur électromagnétique 20 instantané coopérant avec le mécanisme 17 lors de l'apparition d'un courant de surcharge ou de court-circuit pour actionner l'équipage mobile vers la position d'ouverture. Le circuit magnétique 22 du déclencheur électromagnétique 20 comporte deux culasses 24, 26 parallèles aux parois des coquilles 12, 14, et réunies entre elles par ùn noyau 28 transversal sur lequel est enroulé la bobine 30 cylindrique du déclencheur 20. Le noyau 28 s'étend perpendiculairement aux parois du bottier 10 et est assujetti aux culasses 24, 26 par tout procédé de fixation approprié, notamment par rivetage ou sertissage. Deux entrefers el et e2 sont agencés entre les extrémités supérieures des culasses 24, 26 et une palette 52 mobile de déclenchement disposée au-dessus de la bobine 50 à l'oppose du dispositif de coupure 16. La palette 72 est formée par un étrier 55 ferromagnétique en forme de U monté à pivotement sur un axe 34, et sollicité par un ressort de rappel 36 enfilé sur l'axe 34 vers une position écartée de réarmement. L'étrier 33 est doté d'un doigt 38 de déverrouillage susceptible d'entratner un poussoir 40 lors de l'attraction de la palette 52 due à l'excitation de la bobine 50 pour provoquer le basculement d'un crochet 42 du mécanisme libéré du verrou 44 associé, suivi du déclenchement du disjoncteur. Les extrémités inférieures des culasses 24, 26 du circuit magnétique 22 sont pliées en équerre et dirigées l'une vers l'autre parallèlement au fond 46 du bottier 10 en étant séparées par un entrefer e3 transversal. Le dispositif de coupure 16 comprend un pont mobile 48 à contacts mobiles coopérant esl position de fermeture avec àeux contacts fixes 5G, 52 conjugués reliés électriquement à une borne d'alimentation 54, et à la bobine 3C du déclei,cheur LC. Le pont 48 est pourvu d'une languette 56, en matériau conducteur et ell forme de feuillet, inséré dans l'entrefer e3 transversal du circuit magnétique 22.A chaque paire de contacts fixe et mobile est aso- ciée une chambre 58, 60 d'extinction d'arc formée d'une manière bien connue des spécialistes par un empilage de tôles métalliques de désionisation. La languette 56 présente une hauteur supérieure à son épaisseur et occupe lors de la fermeture du disJoncteur une position dissymétrique dans l'entrefer e3. Le mécanisme de manoeuvre 17 comporte une cage 62 mobile actionnée lors du déclenchement en translation vers le bas par l'intermédiaire d'un organe élastique (non représeiité) après déverrouillage du crochet 42. Le pont de contact 48 est positionné dans une encoche 64 ménagée dans chaque aile de la cage 62. Le crochet 42 solidaire de la cage 62 est monté à pivotement sur un axe 66 porté par des flasques placés à l'intérieur de l'étrier 33 de la palette 32. Un ressort de compression 68, intercalé entre le fond de la cage 62 et le pont de contact 48, sollicite ce dernier vers le haut en appui contre le fond des encoches 64, et assure d'autre part la pression de contact en position de fermeture du disjoncteur et de verrouillage du crochet 42. On remarque que le circuit magnétique 22 associé à la bobine 50 du declencheur 22 est agencé pour remplir deux fonctions: 1) accélération du pont mobile 48 par entratnement électrodynamique vers la position d'ouverture lors d'un court-circuit important; 2) ouverture automatique du disjoncteur lors du déclenchement du mécanisme 17 par déverrouillage du crochet 42 due à l'attraction de la palette 32 lorsque le défaut dépasse un seuil prédéterminé. A chacune de ces fonctions correspond un entrefer dans le circuit magnétique 22 - entrefer e3, dans lequel se trouve engagé la languette 56 solidaire du pont de contact 48; - entrefers e1 et e2, entre les culasses fixes 24, 26 et la palette mobile 52 de déverrouillage du crochet 42. En remplissant ces deux fonctions, le circuit magné tique 22 constitue à la fois un propulseur électrodynamique du pont mobile 48 et un déclencheur électromagnétique instantané. I1 ressort clairement de la figure 3 que le flux d'induction engendré par la bobine 50 se décompose en un flux 1 traversant l'en- trefer e5 de logement du pont de contact 48, et un flux 2 traversant les entrefers el et e2. Tout se passe comme s'il y avait deux circuits ou boucles magnétiques en parallèle correspondant respectivement aux fonctions 1 et 2, les deux flux 1 et 2 étant engendrés par la mEme bobine 30 du-déclencheur. Le déclencheur thermique à bilame 18 assure d'une manière bien connue le déverrouillage du crochet 42, lors de l'apparition d'un courant de surcharge de seuil prédéterminé. Le fonctionnement du dispositif de coupure rapide selon l'invention est le suivant En position de fermeture du disjoncteur (fig. 1 et 2), le courant nominal entre dans l'appareil par une borne 70 et parcourt successivement le bilame 18, une tresse de liaison 72, la bobine 30 du déclencheur, la plage du contact fixe 52, le pont de contact mobile 48 et sa languette 56 associée, la plage de contact fixe 50, et sort par la borne 54 opposée. Les flux 1 et 2 sont trop faibles pour vaincre la force antagoniste des ressorts 68 et 36 et le bras de contact 48 reste ainsi en appui contre le fond des encoches 64 de la cage 62; la palette 32 se trouve en position écartée de verrouillage du crochet 42 et d'accrochage de la cage 62 au verrou 44.La languette 56 est insérée dans l'entrefer 23 et occupe une position dissymétrique tel que représenté à la figure 2. Lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, l'interaetion entre le flux magnétique 1 existant dans l'entre- fer e3 et le courant I circulant dans la languette 56 crée une force électromagnétique F1, qui tend à expulser dans le sens de l'ouverture le pont de contact 48 mobile entratné le long des encoches 64 vers le fond de la cage 62 immobile à l'encontre de la force résistante du ressort 68 (voir fig. 3). L'ouverture ultrarapide du pont de contact engendre un arc favorable à effet de limitation recherché.Ce phénomène se produit durant-un premier stade pour des courant supérieurs à un seuil déterminé IS2 qui dépend de la force du ressort 68 de pression de contact, et l'ou- verture ultra-rapide par entraenement électrodynamque du pont de contact mobile 48 intervient sans attendre le déverrouillage du crochet 42 et la libération de la cage 62. Ce déverrouillage doit toutefois intervenir dans un deuxième stade pour éviter la refermeture du pont de contact 48 sous l'action de son ressort 68. Le basculement du crochet 42 après attraction de la palette 32 contre les culasses 24, 26 provoque le déplacement de la cage 62 vers le bas en direction du fond 46 du bottier sous l'action d'une force F2 d'un organe élastique.La venue en butée des encoches 64 de la cage 62 contre le pont de contact 48 entraîne ce dernier vers la position d'ouverture définitive (voir fig. 4). L'attraction de la palette 32, due au flux D22 , se pro- duit lorsque le courant est supérieur à un seuil IS1, dénommé seuil de déclenchement instantané du déclencheur 20. Il est impératif que le seuil IS1 de déclenchement soit inférieur au seuil 1S2 de répulsion pour éviter toute zone critique favorable à des phénomènes de battement susceptibles d'intervenir lors d'un en tratnement électrodynamique du pont de contact 48 sans déverrouillage du crochet 42 et libération de la cage 62. Le seuil IS de déclenchement est défini par la force antagoniste du ressort de rappel 36 qui sollicite la palette 52 en position écartée. Dans la zone des surcharges inférieures au seuil IS1 il n'y a pas d'attraction de la palette 52 ni de répulsion de la languette 56, et le pont de contact 48 reste immobile jusqu'au déverrouillage du crochet 32 opéré par la déformation du bilame 18. La libération de la cage 62 assure le déplacement du pont de contact 48 vers la position d'ouverture (fig. 4) sous l'action de la force F2. Dans la zone de faibles court-circuits dans laquelle le courant est compris entre les seuils IS1 de déclenchement et 1S2 de répulsion il ne se produit pas d'entratnement électrodynamique de la languette 56 et du pont 48. L'ouverture s'effectue par déverrouillage de la cage 62 dueà l'attraction de la palette 32 par le flux 2 du circuit magnétique 22. Le circuit magnétique 22 et sa bobine 30 d'excitation enroulée sur le noyau transversal 28 forment un ensemble fixe agencé dans la entre rectangulaire de la cage 62 en permettant le coulissement de cette dernière entre la position d'armement et de verrouillage du crochet 42 (fig. 2) et la position d'ouverture définitive après déclenchement du mécanisme 17 (fig. 4). L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électriques, notamment celle dans laquelle la structure des deux boucles en parallèle du circuit magnétique 22 serait agencée dif féremment, et celle dans laquelle l'entraRnement électrodynamique du contact mobile 48 s'effectuerait vers l'intérieur dudit circuit magnétique 22 au lieu de l'extérieur tel que décrit précédemment. Revendications 1. Disjoncteur limiteur basse tension multipolaire à bottier moulé (10) comportant par pôle un contact fixe (50, 52) coopérant en position de fermeture du disjoncteur avec un contact mobile (48) accouplé à un mécanisme (17) de manoeuvre manuelle et/ou automatique d'ouverture et de fermeture du disjoncteur et un déclencheur électromagnétique (20)- coopé- rant avec ledit mécanisme (17) pour déclencher le disjoncteur et ouvrir les contacts (48, 50, 52) lorsque le courant de défaut'détecté par le déclencheur électromagnétique (29) dépasse un premier seuil, ledit déclencheur comprenant une bobine d'excitation (30) parcourue par ledit courant de défaut et un circuit magnétique (22) ayant une palette mobile (32) et deux culasses fixes en forme de joues (24, 26) encadrant la bobine (30) à axe perpendiculaire aux joues et coopérant avec la palette mobile (32) pour déplacer cette dernière en position de déclenchement lors du dépassement dudit premier seuil, caractérisé en ce que les joues (24,26) s'étendent parallèlement aux parois latérales (12, 14) du bottier (10) et définissent entre elles un premier entrefer (23) de faible épaisseur à travers lequel s'étend en position de fermeture des contacts (48, 50, 52) une languette (56) conductrice appartenant au contact mobile (48), de fa çon que le flux magnétique, engendré dans ledit entrefer (23) par le courant de défaut parcourant la bobine (30), lorsque ce courant dépasse un deuxième seuil supérieur audit premier seuil, provoque un effet électrodynamique de déplacement rapide du contact mobile (48) en position d'ouverture. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre lesdites joues (24, 26) et ladite palette (32) existe un deuxième entrefer (21, 22), lesdits premier (23) et deuxième (21, 22) entrefers étant disposés dans deux boucles (11 et 12) en parallèle du circuit magnétique (22). 3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la bobine (30) est enroulée sur un noyau (28) intercalé entre les joues (24, 26) et s'étendant perpendiculairement aux joues (24, 26) pour former un circuit magnétique (22) en H. 4. Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier entrefer (23) est défini entre deux extrémités repliées en équerre et se faisant face des joues (24, 26) du circuit magnétique (22), les tranches des joues constituant les surfaces d'entrefer. 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit contact mobile (48) est agencé en pont de contact conformé ou associé à ladite languette (56) insérée en position de fermeture des contacts (48, 50, 52) dans le premier entrefer (23). 6. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que le contact mobile (48) est monté élastiquement sur un support (62) appartenant audit mécanisme de manoeuvre (17) et que ledit contact mobile (48) est déplaçable en position d'ouverture par un mouvement relatif par rapport audit support (62) sous ledit effet électrodynamique. 7. Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé par un verrou (42, 44) susceptible de verrouiller ledit support (62) en position de fermeture du disjoncteur et un organe de déverrouillage (40) actionné par la palette (323 pour déverrouiller le verrou (42, 44) et provoquer le déplacement du support (62) vers la position d'ouverture. 8. Disjoncteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit support (62) est en forme de cage coulissante à l'intérieur de laquelle sont disposés fixes la bobine (30) et lue circuit magnétique (22). 9. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la languette (56) est légèrement inférieure à l'épaisseur du premier entrefer (23) pour permettre une insertion à faible jeu et que la hauteur de la languette (56) est supérieure à son épaisseur.