Brevet FR2466849A1 — publié le 19810410

La présente invention se rapporte à un relais électromagnétique comprenant un circuit magnétique formant une boucle, des moyens d'excitation et un contact travail, destine à être associé à un relais statique comprenant une jonction à conduction commandée reliée à deux bornes de puissance, contrôlant un circuit de charge à courant alternatif ou ondulé, ainsi qu 'un circuit de commande de ladite jonction. On sait que la principale limitation de performance d'un relais statique est donnée par la chute de tension qui apparaît dans le semiconducteur (par exemple du type triac) à l'état passant. Cette chute de tension, de l'ordre du volt, provoque un échauffement qui impose là présence d'un radiateur encombrant et onéreux. S'il n'y avait pas ce problème d'échauffement, le courant du relais statique aurait pu être quintuplé par rapport au courant nominal en régime permanent. La présente invention a pour but de diminuerltéchauffement d'un relais statique en shuntant la jonction commandée pendant une partie de la durée de conduction au moyen du contact travail d'un relais électromagnétique spécialement adapté à cet effet. L'invention a également pour but de simplifier le montage d'un tel relais électromagnétique sur un relais statique tel qu'on en trouve dans le commerce. L'invention est caractérisée encre que les moyens d'excitation du relais eloetromagnetique sont constitués par le passage dans la boucle du circuit magnétique d'au moins un tour d'au moins un des conducteurs du circuit de charge, lesdits conducteurs entant raccordés respectivement aux bornes de puissance du relais statique, en ce que le contact travail du relais électromagnétique a ses bornes reliées respectivement chacune à une des bornes de puissance du relais statique, en ce que le contact travail du relais électromagnétique est dimensionné pour laisser passer un courant sensiblement égal à celui du relais statique dans les meilleures conditions de température, de dissipation et de facteur de marche, en ce que la vitesse de fermeture du contact travail du relais électromagnétique, en réponse à une commande de conduction de la jonction dès le début d'une alternance du courant du circuit de charge, est telle que le contact travail soit ferme avant 1' instant où le courant atteint sa valeur de crête, et en ce que la vitesse d'ouverture du contact travail, en réponse à la décroissance naturelle de l'alternance en cours du courant, est telle que le contact travail soit ouvert avant 1' instant ou le courant atteint sa valeur nulle, de façon à diminuer la dissipation thermique engendrée dans la jonction par le courant du circuit de charge, tout en permettant le contrôle de ce courant par le circuit de commande de la jonction. Dans une réalisation préférée de l'invention, le circuit magnétique du relais électromagnétique est constitué par un tore magnétique dont un secteur est sectionné du reste du tore par deux plans se coupant suivant une droite parallèle à ltaxe du tore et située entre cet axe et le bord intérieur dudit secteur; le secteur est mobile en translation suivant une direction perpendiculaire à ltaxe du tore et une force de rappel a tendance à amener le secteur dans une position opposée à celle où il est en contact avec le reste du tore, de façon à ce que le secteur, séparé du reste du tore par deux entrefers, constitue 1' armature du relais. ns cette réalisation, le contact travail étant du type à double coupure, les contacts fixes et mobiles sont de préférence constitues par des auges creusées dans les surfaces d'entrefer et remplies chacune par une goutte de mercure. D'autres caractéristiques et dispositions de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexes sur lesquels - La figure 1 représente un schéma de l'assoeiation des deux types de relais. - La figure 2 représente le circuit magnétique en forme de boucle du relais electromagnétique. - La figure 3 représente des zones de contact mouillées au mercure sur la face d'un entrefer du circuit magnétique. - La figure 4 représente un relais électromagnétique associé à un relais statique du type à boîtier à bornes à vis. - La figure 5 représente une vue en bout de 1' ensemble des relais de la figure 4. - La figure 6 représente en coupe partielle un relais électromagnétique associé à un relais statique du type à boîtier cylindrique avec goujon de fixation et de raccordement. Sur la figure 1, on a représenté en 1 un relais électromagnétique comprenant un circuit magnétique symboliquement représenté par la ligne 2, des moyens d'excitation 3 et un contact travail 4 du type à double coupure. Un relais statique 5 comprend une jonction à conduction commandée 6, ici du type Triac, reliée à deux bornes de puissance Al - A2, contrôlant une charge 7 insérée dans un circuit alternatif R-S. La jonction peut être rendue conductrice par un circuit de commande (non représenté) relié à la gachette G du Xriac. On voit que le contact travail 4 a ses bornes reliées respectivement aux bornes de puissance AI - A2 du relais statique 5 et que les moyens d'excitation 3 comportent au moins un tour d'un des conducteurs du circuit de charge, ici entre la borne A2 et un point A3. Une commande de conduction de la jonction 6 dès le début d'une alternance du courant alternatif du circuit de charge provoque l'excitation du relais 1 et la fermeture du contact 4. La vitesse de fermeture de ce contact est-telle que le contact soit ferme avant l'instant où le courant alternatif atteint sa valeur de crête, et de préférertce lorsqu'il atteint environ la moitie de cette valeur. De plus, la vitesse d'ouverture du contact 4, en repense à la décroissance naturelle de l'alternance en cours du courant alternatif, est telle que ce contact soit ouvert avant l'instant où le courant alternatif atteint sa valeur nulle. De la sorte, la dissipation thermique engendrée dans la jonction 6 par le courant alternatif du circuit de charge est réduite dans une proportion d' autant plus grande que le relais 1 a un fonctionnement rapide. La commande par alternances entières ou par retard de phase peut bien entendu être effectuée par la gachette G. Le circuit magnétique représenté sur la figure 2 est constitué par un tore 8 en matériau-de préférence feuilleté. Un secteur 9 de ce tore est sectionné du reste du tore par deux plans sécants 10, Il se coupant suivant une droite 12 parallèle à ltaxe 13 du tore. La droite 12 est située entre l'axe 13 et le bord intérieur du secteur 9. Le secteur 9 est mobile en translation suivant une direction perpendiculaire à l'axe 13 du tore et une force F de rappel a tendance à mener le secteur 9 dans une posit-ion opposée à celle où il est en contact avec le reste du tore. Dans cette position, le secteur 9 est séparé du reste du tore par deux entrefers égaux. Le secteur 9 constitue l'armature du relais. De préférence, l'angle entre les deux plans 10 et 11 est voisin de 900 (par exemple compris entre 80 et 1200) et la distance qui sépare les deux cornes 14-15 du reste du tore est comprise entre 3 et 6 fois la distance entre les deux faces d'un entrefer ouvert. De la sorte, la surface d'un entrefer est plus grande que la section du tore et la masse du secteur 9 est la plus faible possible, tout en évitant de créer un flux de fuite ne passant pas par le secteur 9. L'excitation de ce circuit magnétique doit être effectuée par le passage dans le tore d'au moins un tour d'un des conducteurs du circuit de charge. Si le passage d'un seul tour deux seul conducteur ne donne pas assez d'ampèretours, compte tenu de l'in- tensité nominale du circuit de charge, il est bien entendu possible de faire passer dans le tore plusieurs tours du même conducteur, ou des tours de sens opposé de chacun des deux condufteu-:-s. Sur la figure 2, on voit aussi qu'un joint 16 sépare le reste du tore en deux parties 17-18 Le joint 16 a une faiblereluctance magnétique et un bon isolement électrique. Il peut être constitue par exemple par une feuille isolante, les deux parties 1718 étant maintenues l'une contre llautre par un surmoulage 19. Les contacts fixes et mobiles du contact travail à double coupure peuvent ainsi être mis dans les entrefers du circuit magnetie, les parties 17, 18 étant munies chacune d'un organe de raccordement électrique. Pour loger les contacts dans les entrefers, il est prévu de creuser des auges dans les surfaces des entrefers, comme cela est montre sur la figure 3, et de déposer dans chaque auge une goutte de mercure 20. Les auges doivent avoir un état de surface mouillable au mercure, le reste de la surface d' entrefer n' étant pas mouillable au mercure. Pour laisser passer un courant important, chaque surface d'entrefer doit être munie de plusieurs auges, comme cela est par exemple montré dans le brevet FR 2 402 941. Pour protéger les contacts mouilles au mercure, il est prévu une enveloppe de verre entourant 1 'armature et les entrefers et comportant un ressort engendrant la force de rappel F, comme il sera vu plus loin. Sur les figures 4 et 5, on a représenté en 21 un boîtier d'un relais statique du type à bornes de puissance Al - A2 à vis 22-23 disposées symétriquement à une extrémité du boîtier, l'autre extrémité comportant des bornes 24 de contrôle du circuit de commande de la jonction. Le relais électromagnétique 1 est disposé près des bornes AI - A2. L'enveloppe de verre 25 ci-dessus mentionnée est visible sur les figures 4 et 5. La partie opposéeàl'axe 13 de cette enveloppe contient un logement pour une lame précontrainte 26, perpendiculaire à la direction du déplacement du secteur 9. Des pattes rabattues de la lame 26 fixent le secteur 9 au centre de la lame (voir figure 5). On voit que les bornes 27 et 28 du contact travail ont un écartement et des plages de raccordement qui s'adaptent aux bornes de puissance du relais statique. De plus, la borne 27 est disposée sensiblement suivant l'axe 13 du tore 8 tandis que la borne 28 est disposée à i'extérieur du tore. D'autre part, les bornes 27 et 28 sont fixées aux parties 17 et 18 du tore, par exemple par des pattes rabattues et soudées. Des conducteurs 29 et 30 du circuit de charge (voir figure 4) sont raccordés au relais statique 5 en même temps que les bornes 27 et 28. Le conducteur 29 traverse le tore. On voit donc que la fixation du relais électromagnétique 1 au relais statique 5 est procurée par llopération de raccordement des conducteurs 29 et 30 du circuit de charge. Le relais statique 5 a par ailleurs ses propres moyens de fixation, qui sont par exemple constitués par deux trous dans une plaque de base. Il aurait par ailleurs été possible de faire faire une boucle au conducteur 29 pour le faire passer une deuxième fois à travers le tore et/ou de faire passer le conducteur 30 à travers le tore mais dans l'autre sens, de façon à doubler ou tripler les ampèretours du relais 1. Sur la figure 6, le relais statique est du type à boîtier cylindrique 31 comportant à une première extrémité un goujon fileté 32 servant de connexion et de fixation, et à la deuxièmeextrémité, une borne de puissance 33 ainsi qu'une gachette G. Une borne 27 du contact travail est prévue pour recevoir le goujon 32 et est disposée suivant l'axe 13 du tore dont le diamètre intérieur est supérieur à celui du boîtier cylindrique 31. L'autre borne 28 du contact travail est prévue pour être raccordée à la borne de puissance 33. Dans cette disposition, la fixation du relais électromagnétique est procurée par I'opération de fixation et de raccordement du relais statique Ces relais statiques ont souvent des dimensions normalisées. Au lieu d'avoir un semiconducteur du type Triac, il est possible d'avoir deux semiconducteurs du type thyristor branchés tête-bêche en parallèle. En associant un relais électromagnétique à chaque thyristor avant la mise en parallèle; on permet à chaque relais de ne travailler qu'une alternance sur deux, ce qui facilite la commutation. Le montage d'un relais électromagnétique sur un thyristor peut être le même que dans le cas d'un Triac. On peut également envisager l'emploi d'un seulthyristor associé à un relais électromagnétique, par exemple pour commander une charge en monoalternance, ou même en courant ondulé ou continu. Dans ce dernier cas cependant, les commandes successives de conduction ne doivent pas avoir lieu à une cadence trop élevée et il faut prévoir un dispositif séparé pour couper la charge. On remarque que le contact travail du relais électro magnétique n' a qu'à etablir un courant qui n'est pas très élevé s'il n'y a pas de retard de phase, à laisser passer un courant important et à couper un faible courant sous une tension de rétablissement d'un volt seulement, la tension ne montant qu'ultérieurcment à la valeur du secteur. La durée de vie du relais électromagnétique peut donc être élevée, surtout avec des contacts à mercure. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. Elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Relais électromagnétique comprenant un circuit magné- tique forment une boucle, des moyens d'excitation et un contact travail, destiné a être associé à un relais statique comprenant une jonction à conduction commandée reliée à deux bornes de puissance, contrôlant un circuit de charge à courant alternatif ou ondulé, ainsi qu'un circuit de commande de ladite jonction, caractérisé en ce que les moyens d'excitation (3) du relais electromagnetique (1) sont constitués par le passage dans la boucle du circuit magnêtique d'au moins un tour d'au moins un des conducteurs (29, 30) du circuit de charge, lesdits conducteurs étant raccordes respectivement aux bornes de puissance (A1, A2) du relais statique (5), en ce que le contact travail (4) du relais electromagnetique (1) a ses bornes reliées respectivement chacune à une des bornes de puissance (Aî,A2) du relais statique (5), en ce que le contact travail (4) du relais électromaGnétique (1) est dimensionné pour laisser passer un courant sensiblement égal à celui du relais statique dans les meilleures conditions de température, de dissipation et de facteur de r.arche, en ce que la vitesse-de fermeture du contact travail (4) du relais électromagnétique (1), en réponse à une commande de conduction de- la jonction dès le début d!une alternance du courant du circuit de charge, est telle que le contact travail soit fermé avant l'instant où le courant atteint sa valeur de crête, et en ce que la vitesse d'ouverture du contact travail, en réponse à la décroissance naturelle de l'alternance en cours du courant, est telle que le contact travail soit ouvert avant l'instant où le courant atteint sa valeur nulle, de façon à diminuer la dissipation thermique engendrée dans la jonction (6) par le courant du circuit de charge, tout en permettant le contrôle de ce courant par le circuit de commande de la jonction. 2. Relais électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique est constitué par un tore magnétique (8) dont un secteur (9) est sectionné du reste du tore par deux plans sécants (10, 11) se coupant suivant ur.e droite (12) parallèle à l'axe (13) du tore et située entre cet axe- et le bord intérieur dudit secteur (9), en ce que ledit secteur (9) est mobile en translation suivant une direction perpendiculaire à 1 'axe (13) du tore (8) et en ce qu'une force de rappel (F) a tendance à amener le secteur (9) dans une position opposée à celle où il est en contact avec le reste du tore, de façon à ce que le secteur (9), séparé du reste du tore par deux entrefers, constitue l'armature du relais (1). 3. Relais électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle entre les deux plans sécants (10, 11) est compris entre 80 et 1200 et en ce que le reste du tore forme deux cornes (14, 15) séparées par une distance comprise entre 3 et 6 fois la distance entre les deux faces d'un entrefer ouvert. 4. Relais électromagnétique selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le tore magnétique a une bonne conductibilité électrique et dans lequel le contact travail est du type à double coupure, comportant des contacts fixes et des contacts mobiles,-caractérisé en ce que les contacts fixes et mobiles sont constitués par des auges creusées dans les faces des entrefers, lesdites auges ayant un état de surface mouillable au mercure et étant chacune remplie par une goutte de mercure (20), en ce que le reste du tore est séparé en deux parties (17, 18) par un joint (16) ayant une faible reluctance magnétique et un bon isolement électrique, en ce que chacune des parties (17, 18) du reste du tore est munie d'un organe de raccordement électrique (27, 28) servant de bornes du contact travail (4) et en ce qu'une enveloppe de verre (25) entoure et protège l'armature et les entrefers. 5. Relais électromagnétique selon la revendication 4, dans lequel le relais statique associé est du type à bornes de puissance à vis, disposées symétriquement à une extrémité d'un boîtier, carac- térisé en ce que les bornes (27, 28) du contact travail (4) ont un écartement et des plages de raccordement stadaptant aux vis (22, 23) des bornes de puissance (Aî, A2) du relais statique (5) et en ce qu'une borne (27) du contact travail (4) est disposée sensiblement suivant l'axe (13) du tore (8) tandis que l'autre borne (28) est disposée à l'extérieur du tore de façon à ce que la fixation du relais électromagnétique soit procurée par l'opération de raccordement des conducteurs (29, 30) du circuit de charge et de façon à ce que le tore (8) soit traversé au moins une fois par au moins un des conducteurs du circuit de charge. 6. Relais électromagnétique selon la revendication 4, dans lequel le relais statique associe est du type à boîtier cylindrique comportant à une première extrémité un goujon fileté de connexion et de fixation et à la deuxième extrémité une borne de puissance, caractérisé en ce qu'une borne (27) du contact travail (4) est prévue pour recevoir le goujon fileté (32) et est disposée suivant l'axe (13) du tore dont le diamètre intérieur est supérieur à celui du boîtier cylindrique (31) du relais statique (5), et en ce que l'autre borne (28) du contact travail (4) est prévue pour êtreraccordée à la borne de puissance (33) de la deuxième extrémité du boîtier cylindrique (31) 7. Relais électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, le relais statique associé étantconstitué par deux tliyristcrs branchés tête-bêche en parallèle, caractérisé en ce qu'un relais électromagnétique (1) est associé chaque thyristor avant la mise en parallèle des thyristors, de façon à ce que chaque relais -électromagnétique ne travaille qu'une alternance sur deux.