Brevet FR2483683A1 — publié le 19811204

L'invention se rapporte à un contacteur présentant des propriétés de disjoncteur lors de l'apparition de cou- rants de court-circuit)comprenantdans un boîtierdeux con- tacts fixes portés chacun par une branche d'un conducteur replié en forme de U, un pont de contact rigide portant à chacune de ses deux extrémités un contact mobile apte à coopérer avec un contact fixe placé en regard, ce pont ayant>de part et d'autre de sa région centrale pivotéedeux bras opposés qui s'étendent en regard desdites branches, tandis que ladite région centrale est montée de façon à coulisser dans le boîtier entre une position de repos pour laquelle le pont est séparé des contacts fixes par un organe de manoeuvre lié à une armature d'électro-aimant et une position de travail pour laquelle le pont est appliqué sur les contacts fixes par un organe élastique, ce pont de contact pouvant prendre une position de déclenchement, plus éloiqnée des contacts fixes que la position de repos, lorsque des forces de répulsion électro-dynamiques qui apparaissent. entre les bras et les branches dépassent un certain seuil. Un tel contacteur, qui est avantageusement utilisé tant pour la commande répétée d'appareils consommateurs d' énergie pendant son régime de fonctionnement en contacteur, que pour la protection des lignes qui l'alimentent au cours de son fonctionnement en disjoncteur, peut être illustré par exemple par la demande de brevet français 77 22168 de la demanderesse. A un appareil présentant la constitution générale définie ci-dessus, sont généralement demandées des proprié- tés contradictoires dans la mesure o, en régime contacteur, les courants circulant dans le circuit fermé par un pont de contact, présentent des intensités comprises entre l'inten- sité nominale de fonctionnement et des intensités supérieu- res à celle-ci, observées lors de la mise en route, ou lors de surcharges passagères, pour lesquelles il est nécessaire de maintenir et même d'augmenter la pression de contact, tandis qu'en régime disjoncteur, au cours duquel des cou- rants très intenses commencent à circuler dans le pont, les contacts doivent s'ouvrir très rapidement et s'écarter d'une course assurant une lEmitation efficace des courants de 2 4 - n-. court-circuit. Il existe-donc une phase de fonctionnement transitoire de l'appareil particulièrement délicate au cours de laquelle la pression de contact devra évoluer très rapidement sous l'effet de deux forces antagonistes dont l'une est fournie par un organe élastique de pression de contact et dont l'autre se développe en sens inverse en raison de l'apparition de forces électro dynamiques de répulsion. Par ailleurs,les dispositifs de compensation de pression de contact doivent être suffisamment éloignés des zones de coupure pour éviter des arcs parasites, ce qui peut être malaisé lorsque des mesures particulières sont prises pour améliorer le rendement des forces électro- dynamiques, et de plusces efforts de compensation doivent s'exercer sur le pont de contact de façon à ne pas modifier son équilibre. L'invention vise donc à améliorer le comportement de l'appareil tant en régime contacteur qu'au cours de la phase transitoire et qu'en régime disjoncteur limiteur de courant. Selon l'invention, ce résultat est atteint grâce au fait que la région centrale du pont de contact coopère avec une structure magnétisable qui est excitée par le cou- rant circulant dans le pont, qui est placée entre l'organe de manoeuvre et le pont et qui est orientée de façon à appliquer à ladite région centrale des forces électro- i.gnétiques inférieures audit seuil et dirigées en sens inverse des forces de répulsion électro- dynamiques. On connalt déjà des appareils de coupure avec un dispositif de compensation de pression de contact utilisant une structure magnétisable qui est excitée par le courant circulant dans une pièce portant un contact mobile et qui est fixée dans le boîtier de l'appareil. Toutefois ces ap- pareils connus ne présentent pas des propriétés leur per- mettant de fonctionner pour des régimes contacteurs et des régimes disjoncteurs et présentent le défaut de ne pas ren- dre les forces de compensation indépendantes de l'état d' usure des contacts. D'autres particularités ou mesures annexes intéres- - 3 - santes de l'inventionainsi que différents modes de mise en oeuvre des mesures mentionnées ci-dessus, seront mieux comprises à la lecture de la description qui est accompa- gnée par six figures parmi lesquelles: La figure 1 représente une vue en élévation d'un premier mode de réalisation de l'invention, avec un porte- contact coupé par un plan PP' passant par un pont de con- tact; La figure 2 illustre une vue de côté du disposi- tif selon la figure 1 coupé par un plan QQ' défini dans cette dernière figure La figure 3 montre une vue de côté du dispositif selon la figure Icoupé par un plan RR' parallèle au plan QQ'; La figure 4 représente une vue de dessus du dis- positif selon la figure 1 coupé par un plan SS' défini à la figure 1; La figure 5 représente une vue en élévation d'un second mode de réalisation de l'invention coupé par un plan TT' dans lequel le pont de contact n'est pas porté par un porte-contact lié à l'organe de manoeuvre, et La figure 6 illustre une vue de côté du disposi- tif selon le second mode de réalisation de l'invention, coupé par un plan VV' défini à la figure 5. Un contacteur (1) ayant des propriétés de disjonc- teur tel que représenté à la figure 1 comporte un corps (2) constitué par exemple par une structure métallique extrudée, un boîtier isolant (3) fixé sur le corps et destiné à rece- voir plusieurs sections d'interrupteurs tels que (4), un électro-aimant (5) comprenant une culasse fixe (6) et une armature mobile (7), une pièce d'accouplement (8) apte à supporter l'armature et à en guider les mouvements le long d'une direction XX'. Une section d'interrupteur (4) comporte principa- lement deux supports de contact fixes (9) et (10) formés chacun par une branche (11), respectivement (12), d'un con- ducteur (13),respectivement (14), replié en forme de U et fixés chacun dans le bottier, un porte-contact (15) mobile le long de XX' entre les deux conducteurs et apte à se - 4 - déplacer entre une position de travail (I) et une position de repos (II), un pont de contact rigide (16) porté dans une région centrale (21) par le porte-contact et présentant deux bras (17) (18) qui sont pTacés parallèlement aux bran- ches (11),respectivement (12),en regard desquelles ils sont disposés et qui portent chacune un contact mobile (19),res- pectivement (20),aptes à coopérer avec les contacts fixes. Un ressort de pression (22),disposé dans une pre- - mière extrémité (23) du porte-contact,exerce sur la régio.n centrale du pont de contact (16) une force F1 dirigée dans le sens F destinée à appliquer les contacts mobiles contre les contacts fixes; deux pièces magnétisables (24) et (25) en forme de U voir(également la figure 3) comportant chacune deux joues parallèles telles que (26) (27) séparées par un intervalle (28) et une traverse commune (29),sont associées à chaque bras et à chaque branche de façon telle que la traverse (29) soit placée entre la branche (11) et une por- tion parallèle (30) du conducteur tel que (13),tandis que ses joues entourent ladite branche et le bras (17) du pont placé en regard. Une seconde extrémité (31) du porte-contact est associée à la pièce d'accouplement (8) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accrochage à seuil, représenté par le repère général (32), ce dispositif d'accrochage présentant la propriété,.d'une part,de rendre solidaires la pièce d' accouplement et le porte-contact tant qu'une force supé- rieure à un certain seuil n'est pas appliquée entre eux et, d'autre partde permettre l'établissement volontaire d'une nouvelle liaison entre cette pièce et le porte-contact si ceux-ci ont été désolidarisés. De façon connue en soi des chambres d'arc (33) (34) sont respectivement associées à chacune des paires de contacts fixe et mobile. Les organes qui viennent d'être décrits confèrent déjà à l'appareil (1) la possibilité de fonctionnerd'une parten régime contacteur pour lequel les mouvements de l'armature sont communiqués au pont de contact pour fermer et ouvrir l'interrupteur et,d'autre part,en régime disjonc- teur pour lequel les phénomènes électro-dynamiques, déve- loppés entre les bras et les branches avec le concours des - 5- pièces magnétisables (24) (25) lorsque des intensités très importantes circulent dans les boucles formées par ces bras et ces branches, provoquent l'apparition,sur le pont de contactd'une force qui est dirigée dans le sens inverse de F et dont la valeur, supérieure au seuil mentionné cidessus, provoque l'ouverture dudit dispositif d'accrochage (32). Des moyens de maintien assurent que le pont de con- tact qui a été chassé dans le sens inverse de F reste main- tenu dans une position de déclenchement III. représentée en pointillé, pour empêcher une refermeture de l'interrupteur; ces moyens peuvent être disposés dans la partie supérieure (35) d'un couvercle creux (36) qui couvre le bottier (3), ou,de façon avantageusefaire partie du dispositif d'ac- crochage à seuil (32) qui aura pris, peu de temps après la disjonction, une position plus haute que celle représentée sur la figure 1 par suite de la désexcitation automatique de l'électro-aimant lors de l'apparition de surcharges de courant et à l'aide de moyens non représentés. Lorsque l'interrupteur est parcouru par des cou- rants de surcharge ne provoquant pas la disjonction, les phénomènes électro-dynamiques mentionnés ci-dessus pren- nent de toute façon naissance entre les bras et les bran- ches et communiquent au pont de contact des forces qui sont inférieures au seuil de décrochage et qui tendent à comprimer le ressort (22) en diminuant la pression entre les contacts à un moment o celle-ci devrait au contraire être augmentée. Le dispositif de compensation de pression, illus- tré à la figure 2,est destiné à améliorer cette pression de contact pour ces régimes de surcharges. Ce dispositif, dont un mode avantageux de réalisation non limitatif est représenté à cette figure, est constitué essentiellement par une pièce magnétisable (37) en forme de U ayant deux joues parallèles (38, 39) disposées de part et d'autre de la région centrale (21) du pont de contact et une base (40) commune à ces deux joues qui est placée entre ladite région centrale et le dispositif d'accrochage à seuil; cette base (40) est placée à une-certaine distance du bord inférieur (41) du pont de contact lorsque ce dernier est appuyé sur -6- les contacts fixes et est solidaire du porte-contact. Lorsqu'un courant circule dans le pontl'action réciproque de ce courant et du champ magnétique qu'il induit dans cette pièce magnétisable (37) provoque dans ce pont l 'ap- parition.d'une force F2dirigée dans le sens F; cette force qui augmente en même temps que l'intensité du courant at- teindra une valeur limite lorsque cette pièce sera saturée; si les dimensions données à cette pièce sont choisies de façon que cette force prenne, pour des courants de service normaux, une valeur qui assure partiellement la génération de la pression de contact, le ressort de pression de con- tact (22) pourra n'exercer sur le pont de contact qu'une force complémentaire plus faible que celle qui aurait été nécessaire en l'absence du dispositif de compensation. - Par suite, les efforts exercés par un tel ressort de pression seraient plus facilement vaincus lorsque le pont de contact devrait se déplacer rapidement fians le sens inverse de la flache F-au cours du fonctionnement en dis- joncteur. Toutefois il est préférable d'assurer la pression de contact nécessaire à la circulation des courants nomi- naux uniquement à l'aide du ressort de pression {22). Constructivementla pièce magnétisable (37) est fixée dans une région inférieure (42) d'une cage métallique (43) amagnétique qui est réalisée par exemple par pliage d'une bande en acier inoxydable pour *former deux parois parallèles (44, 45), un fond (48) et deux extrémités supé- rieures (46, 47). Le fond de cette cage est solidaire d'un prolongement (31) qui constitue la seconde extrémité du porte-contact, tandis que les parois présentent deux ouver- tures respectives (49, 50) allongées et parallèles à XX' qui sont traversées par une goupille cylindrique (51) ser- vant de pivot pour la région centrale du pont qu'elle tra- verse également. Une seconde goupille (52) traverse éégale- ment les extrémités (46, 47) de la cage dont elle est soli- daire. Les extrémités de ces deux goupilles dépassent à l'extérieur des parois d'une quantité suffisante pour venir se placer dans deux rainures (53, 54) formées par exemple - 7 - dans le couvercle parallèlement à XX' et assurent ainsi le guidage du porte-contact constitué par cette cage. Le res-t sort (22) s'appuied'une part,sur les extrémités supérieu- res internes de la cage et,d'autre part,sur le bord supé- rieur (55) du porte-contact par l'intermédiaire d'un pous- soir (56)o Le fonctionnement de l'appareil en régime contac- teur résulte des mouvements de l'armature qui sont commu- niqués au porte-contact par l'intermédiaire de l'accouple- ment à seuil (32), étant entendu que ce dernier opère, dans ce cas, une liaison permanente. Le ressort de pression de contact (22) exerce alors la pression initiale des contacts nécessaire au pas- sage d'un courant nominal. Lorsque des intensités de surcharge supérieures à ce courant nominal circulent dans le pont et ceci> jusqu'à une valeur de l'ordre de dix fois ce courant nominal, le dispositif de compensation de pression augmente la pression de contact en combat-tant les forces électrodynamiques qui tendent à séparer le pont des contacts fixes. On remarquera que pour un courant déterminé;ces forces de compensation sont peu -sensibles à l'état d'usure des contactsen raison de la forme et de la disposition de la pièce (37) par rap- port au pont de contact. Dès que le courant atteint une valeur supérieure à ces courants de surcharge, les forces électro-dynamiques de répulsion l'emportent sur les forces exercées par le ressort et le dispositif de compensation, ce qui provoque l'ouverture du dispositif d'accrochage (32) et donc la li- bération de l'extrémité inférieure (31). Le porte-contact estpar suiteprojeté rapidement vers le haut et entraîne avec lui le pont de contact qui reçoit une force de percus- sion communiquée par exemple à la goupille (51) par la pièce (37). On peut prévoir à cet effet deux dégagements (57, 58) placés dans les joues (39, 38) et traversés par la goupille (51) avec un certain jeu axial de façon que la percussion soit effectuée par les fonds.de ces dégagements. Dans le mode de réalisation de l'invention illus- tré aux figures 5 et 6, un pont de contact (60) coopère - 8- avec deux contacts fixes (61, 62) analogues aux précédents. Le pont de contact est. ici encore,pivoté dans sa région centrale (63) autour d'une goupille (64), mais cette der- nière est solidaire d'un porte-contact (65), de dimensions réduites, qui est guidé le long de l'axe XX' dans des glis- sières (66, 67) du boîtier et qui est soumis à l'action élastique d'une première extrémité (68) d'un ressort de compression (69) dont la seconde extrémité (70) s'appuie sur un fond supérieur (71) du boîtier (87); le pont de contact est donc soumis à l'action élastique de ce ressort qui tend à l'appliquer sur les contacts fixes et opère une pression initiale de contact. Une surface inférieure (72) du porte-contact est dirigée vers une surface supérieure (73) appartenant à un organe de manoeuvre (74) qui est mobile le long de XX' en raison de son association permanente avec une armature d'électro-aimant non représenté. Dans la position II, re- présentée aux figures 5 et-6, l'électro-aimant ext excité et, les contacts fixes et mobiles étant fermés, un léger in- tervalle subsiste entre les surfaces (72, 73); lorsque l'électro-aimant est désexcité l'organe de manoeuvre se déplace vers le haut de la figure et vient soulever le porte-contact pour l'amener en position de repos I et pro- duire l'ouverture des contacts fixes et mobiles. Une pièce magnétisable (75) en forme de U analogue à la précédente (voir figure 6) et présentant donc deux branches (76) (77) qui entourent la région centrale (63) du pont, est fixée sur l'extrémité supérieure (78) de l' organe de manoeuvre (74), de sorte que,lorsque celui-ci est maintenu dans la position représentée par l'armature de l'électro-aimant, un courant circulant dans le pont provoque, comme dans le cas précédent, une attraction de la région centrale du pont vers le fond de la pièce (75) qui opère une augmentation de la pression de contact pour des courants de surcharge. Deux pièces magnétiques (79, 80) en forme de U sont,ici encoreutilisées autour des branches (81, 82) des supports (83, 84) de contacts fixes et des bras (85, 86) du pont pour améliorer le rendement des forces électro- -9- dynamiques de répulsion lorsqu'apparaissent des courants de courtcircuit. On constate quedans ce dernier mode de réalisation,la masse du porte-contact est plus réduite que dans le premier mode de réalisation, de.sorte que le pont, de contact pourra se séparer plus rapidement des contacts fixes et que l'effet de limitation de courant sera amé- lioré. Des moyens d'accrochage non représentés permettent de maintenir le pont de contact dans la position de dé- clenchement III, représentée en pointillé, lorsque l'ap- pareil a effectué une disjonction; en règle générale cette position III sera plus éloignée des contacts fixes que celle correspondant à la position de repos I du pont. - REVENDICATIONS 1- Contacteur présentant des propriétés de dis- joncteur lors de l'apparition de courants de court-circuit, comprenantdans un boîtierdeux contacts fixes portés cha- cun par une branche d'un support de contact replié en forme de U, un pont rigide portant à chacune de ses deux extrémi- tés un contact mobile apte à coopérer avec un contact fixe placé-en regard, ce pont ayant de part et d'autre de sa région centrale deux bras opposés qui s'étendent en regard desdites branches, ladite région centrale étant montée de façon à coulisser dans le boîtier entre une position de repos pour laquelle le pont est séparé des contacts fixes par un organe de manoeuvre lié à une armature d'électro- aimant et une position de travail pour laquelle le pont est'appliqué sur les contacts fixes par un organe élas- tique, ce pont de contact pouvant prendre une position de déclenchement plus éloignée des contacts fixes que la position de repos, lorsque des force de répulsion électro- dynamique apparaissent entre les bras et les branches dépassent un certain seuil, caractérisé en ce que la région centrale (21) (63) du pont de contact (16),respectivement (60),coopère avec une structure magnétisable (37),respecti- vement (75), qui est excitée par le courant circulant dans le pont, qui est placée entre l'organe de manoeuvre (31) respectivement (74) et cette région centrale et qui est orientée de façon à appliquer à ladite région centrale des - forces électro-magnétiques de compensation F2 inférieures audit seuil et dirigéesd'une parten sens inverse des for- ces de répulsion électro-dynamiques et,d'autre partodans le même sens que les forces de pression de contact initiales F, communiquées par l'organe élastique (22),respectivement (69). 2- Contacteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que les forces de pression de contact initiales (F1) sont suffisantes pour assurer la pression de contact lorsque le pont de contact est traversé par des courants de service nominal et que les forces de compensation (F2) atteignent une certaine limite lorsque le pont de contact est traversé par des courants de l'ordre de dix fois ledit courant de - 11 -, service. 3- Contacteur selon l'une des revendications l ou 2,caractérisé en ce que la structure magnétisale est cons- tituée par une piece en forme de U (37) (75) ayant deux joues parallèles (38, 39),respectivement (76, 77) entre lesquelles ladite région centrale (21),respectivement (63) est partiellement engagée et une traverse (43) dirigée du côté de l'organe de manoeuvre (31)> respectivement (74), 4Contacteur selon la revendication 33caractérisé en ce que la pièce en forme de U est placée dans un porte- contact (43) qui est lié à une armature d'électro-aimant (7) par l'intermédiaire d'un dispositif d'acçouplement à seuil (32) et que les forces de pression de contact initiales sont fournies par un ressort (22) placé dans le portez contact entre la région centrale (21) et une extrémité (46, 47) du porte-contact opposéeau dispositif d'accouple- ment. - Contacteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le porte-contact (43) est constitué par une cage métallique amagnétique entre deux parois (44, 45) desquel- les est fixée la pièce en forme de U (37). 6- Contacteur selon la revendication 5,caractérisé en ce que le portecontact (43) est guidé dans le boitier (36) par deux goupilles cylindriques (51, 52) traversant les deux parois (44, 45), une première goupille (51) qui sert de pivot à la région centrale (21) pouvant se dépla- cer dans le porte-contact perpendiculairement à l'axe de manoeuvre XX. 7- Contacteur selon la revendication 3,caractérisé en ce que la région centrale du pont de contact (60) est placée dans un porte-contact (65) coulissant dans le boîtier ou couvercle (87) et se trouvant disposé entre un ressort de pression de contact initiale (69) qui s'appuie sur un fond (71) de ce boitier et une extrémité (78) d'un organe de manoeuvre (74) qui porte la pièce en forme de U (75) et qui n'est pas liée au porte contact. 8= Contacteur selon l'une des revendications 1 à 7,caractérisé en ce que deux pièces magnétisables en forme de U (24, 25) respectivement (79,80), comportant des joues 5 - 12 - parallèles entre lesquelles sont placés les bras opposés du pont et les branches de contact fixe correspondantes> sont placées dans le boîtier (3, 36) pour augmenter les forces de répulsion électro-dynamiques.