Brevet FR2519187A1 — publié le 19830701

- 1 APPAREIL INTERRUPTEUR ELECTRO-MAGNETIQUE AYANT DIFFERENTES CONFIGURATIONS D'INTERRUPTEUR A OUVERTURE OU A FERMETURE. L'invention se rapporte à un appareil interrupteur à commande électromagnétique ayant dans un bottier un électro-aimant apte à déplacer une armature soumise à l'effort d'un ressort de rappel développant une force initiale, un porte-contacts associé à l'armature et présentant côte à côte une pluralité de paires de logements comprenant chacune un logement inférieur proche de l'armature et un logement supérieur placé au- dessus, une pluralité de contacts mobiles en pont réversibles placés dans des logements et recevant chacun l'action d'un ressort de pression qui les applique avec une contrainte initiale sur une traverse séparant deux logements d'une paire, ces contacts en pont étant aptes à coopérer chacun avec une paire de contacts fixes réversibles disposés dans le boîtier, de façon à former l'une de plusieurs configurations possibles d'interrupteurs à ouverture ou à fermeture placés dans des circuits de puissance ou de signalisation. De tels appareils sont largement utilisés dans les installations industrielles o l'on demande à un même type d'appareil, c'est-à-dire à un appareil ayant toujours les mêmes dimensions extérieures, les mêmes dispositions de bornes de raccordement et les mêmes électro-aimants, de pouvoir effectuer soit uniquement l'alimentation de circuits de puissance, soit l'alimentation de circuits de puissance et le contrôle de circuits de signalisation, de -2- relayage ou de traitement, soit encore uniquement l'alimentation de circuits de signalisation, de relayage ou de traitement. Le problème qui se présente dans ce cas résulte de la difficulté que rencontre un même électro-aimant pour attirer une armature et fermer un porte-contacts qui présente un effort résistant très variable selon les combinaisons de contacts dont il est équipé En effet, les pressions de contact qui sont nécessaires à la fermeture des circuits de puissance doivent être importantes alors que les pressions de contact nécessaires à l'établissement de circuits de signalisation ou de relayage peuvent être moins élevées; par ailleurs, des interrupteurs à ouverture, qu'ils soient de puissance ou de relayage exercent des efforts qui facilitent l'attraction de l'armature, et qui dépendent donc du nombre de ces interrupteurs. Ces problèmes deviennent plus aigus lorsque l'on souhaite n'utiliser qu'un seul et même électro-aimant ayant des dimensions réduites, car dans ce cas, la puissance de cet électro-aimant est calculée au plus juste et la distance qui sépare au repos l'armature de la culasse peut être affectée de façon relativement plus importante par les tolérances de fabrication auxquelles s'ajoutent les tolérances de la tension d'alimentation de la bobine de l'électro-aimant, ainsi que les variations de résistances que cette dernière peut présenter à chaud. La solution de ces problèmes devient encore plus délicate lorsque dans un même modèle d'appareil, on doit pour répondre aux normes européennes disposer les bornes des interrupteurs à ouverture soit entre les bornes des interrupteurs à fermeture si ces interrupteurs à ouverture sont au nombre de deux et concernent des appareils destinés au relayage, soit disposer ces bornes d'interrupteur de relayage à ouverture ou fermeture à côté des bornes des interrupteurs à fermeture lorsque ces derniers concernent -3- des appareils destinés à la puissance, soit disposer ces bornes d'interrupteur de relayage à ouverture entre deux interrupteurs de relayage à fermeture et dans une position qui ne soit pas voisine de la position de l'interrupteur de relayage à ouverture définie immédiatement ci-dessus. Enfin, lorsque deux appareils interrupteurs identiques doivent ou peuvent être électriquement associés pour former un système interrupteur/inverseur à verrouillage électrique (par exemple pour un circuit connu d'inversion de sens pour moteur o l'on utilise deux appareils ayant chacun trois interrupteurs de puissance à fermeture et un interrupteur de relayage à ouverture), il est indispensable de prendre des mesures pour qu'aucun courant ne circule plus dans le circuit de l'interrupteur de relayage d'un premier appareil, avant que soit fermé l'interrupteur de relayage de l'autre appareil. Cette précaution qui nécessite que l'appareil dont l'électro-aimant n'est pas excité, ne puisse fermer ses interrupteurs de puissance avant que les interrupteurs de puissance de l'autre appareil soient ouverts, implique que le temps d'attraction de l'armature d'un appareil ne soit pas trop court devant le temps de retour de l'armature de l'autre appareil; il est donc indispensable que le bilan net des efforts moteurs et résistants qui est communiqué à l'équipage mobile de l'appareil soit juste nécessaire à l'attraction progressive de cet équipage. Dans les appareils connus, dont la constitution générale répond à celle qui est mentionnée ci-dessus, les solutions choisies s'appuient soit sur l'utilisation d'un électro-aimant relativement puissant, soit sur une forme, un nombre ou une disposition particuliers des contacts fixes et/ou mobiles, soit encore sur une modification des forces des ressorts de pression de contact. Ces solutions sont techniquement coûteuses, puisqu'elles se -4 traduisent soit par une augmentation de la consommation et du cuivre, soit par la nécessité de fournir une très grande variété de contacts fixes, de contacts mobiles et même dans certains cas, de ressorts de pression de contact, ce qui au montage présente de dangereux risques de confusion. Toutes ces mesures sont difficiles à mettre en oeuvre lorsque la disposition des bornes doit, de surcroît, suivre les normes correspondantes. L'invention se propose par suite de fournir un appareil dont la constitution générale correspond à celle de l'art antérieur, mais dans lequel des mesures seront prises d'une part pour que les dimensions de l'électro-aimant soient aussi faibles que possible, d'autre part, pour que le nombre de pièces détachées nécessaires à la constitution d'appareils ayant des combinaisons de contact très différentes, soit réduit au strict minimum, cet appareil présentant d'une part une disposition des bornes de raccordement qui réponde aux prescriptions des normes européennes et, d'autre part un temps d'inversion qui soit compatible avec une utilisation en interrupteur/inverseur. Selon l'invention, le résultat visé est atteint grâce au fait que le porte-contacts comporte quatre paires de logements superposés les logements supérieurs ayant des surfaces d'application pour un pont de contact plat d'interrupteur à fermeture, qui sont placées dans un premier plan perpendiculaire à l'axe de déplacement du porte-contact, et des surfaces d'appui pour un ressort de pression, qui sont placées dans un deuxième plan parallèle au premier plan, les logements inférieurs ayant des surfaces d'appui pour un pont de contact plat d'interrupteur à ouverture qui sont placées dans un troisième plan parallèle au deuxième plan, * 2519187 -5- et trois logements inférieurs voisins ayant des surfaces d'application placées dans un quatrième plan parallèle au troisième plan, tandis qu'un quatrième plan inférieur possède un plan d'application placé dans un cinquième plan qui est parallèle au troisième plan et, est plus proche de celui-ci que ne l'est le quatrième plan, tous les ponts de contacts plats d'interrupteurs étant identiques et coopérant à l'aide de ressorts de pression identiques avec des contacts fixes plats identiques et placés dans un sixième plan parallèle aux autres plans, l'un de deux ressorts de rappel particuliers dont le premier développe une force de rappel initiale supérieure à celle que développe le second ressort étant associé à l'armature selon que la configuration de l'appareil comprend soit deux interrupteurs à fermeture et deux interrupteurs à ouverture, soit un ou aucun interrupteur à ouverture et trois ou quatre interrupteurs à fermeture. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous à laquelle sont annexées neuf figures parmi lesquelles la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'un appareil interrupteur selon l'invention; la figure 2 montre une vue de côté du porte-contacts de la figure 1, coupé par un plan YY' et équipé soit d'un interrupteur à fermeture, soit d'un interrupteur à ouverture les figures 3 a et 3 b illustrent une vue de côté partielle supérieure de l'appareil de la figure 1, coupé partiellement par le plan YY' o se trouvent respectivement représentés les contacts fixes d'interrupteurs à fermeture ou à ouverture; la figure 4 illustre une vue de dessus du boîtier d'un appareil tétrapolaire, montrant la disposition des bornes appartenant aux interrupteurs et à la bobine de l'électro-aimant; la figure 5 représente un tableau o sont mentionnées les différentes configurations et dispositions d'interrupteurs de puissance et/ou de relayage que l'on peut rencontrer dans un appareil tétrapolaire normalisé en Europe les figures 6 et 7 montrent l'allure des efforts moteurs et des efforts résistants que l'on observe dans différentes configurations d'appareils; la figure 8 illustre un schéma d'interconnexion de deux appareils ayant une configuration appropriée à l'inversion du sens de rotation d'un moteur triphasé; et la figure 9 représente un diagramme de fonctionnement de deux contacteurs montés en inverseurs de phases selon la figure 8. Un appareil interrupteur à actionnement électro-magnétique, ou contacteur, tel que présenté en 1 aux figures 1 et 2, comprend un boîtier 2 dans lequel est disposé un électro-aimant 3, comprenant une culasse fixe 4, une bobine , une armature mobile 6 et un ressort de rappel 7; ce ressort exerce une force initiale de rappel F qui maintient l'armature contre une butée 8 du boîtier lorsqu'aucun courant ne parcourt la bobine. Un porte-contacts 9 est associé à l'armature et en suit, par conséquent, les mouvements. Ce porte-contacts 9 présente une pluralité de paires de logements placées dans les colonnes U, V, W, X dont les -7- lettres serviront d'indices aux repères chiffrés, et comprenant chacune un logement supérieur tel que 10 U, V, et un logement inférieur llu, 11 V, qui en est séparé par une traverse 12 U, 12 V, 12 W, 12 X Chaque traverse comporte une surface d'application supérieure 13 u, 13 et une surface d'application inférieure 14 U, 14 x. Un seul logement, supérieur ou inférieur, d'une même paire est occupé, selon l'une des deux orientations possibles a ou b, par un pont de contact mobile plat 15 ou 17 réversible, et un ressort 16 ou 18 qui tend à l'appliquer vers une surface d'application placée en regard en s'appuyant sur une surface d'appui supérieure 19 ou respectivement inférieure (voir figures 2 a et 2 b). Deux contacts fixes plats réversibles, tels que 21 et 22 ou 23 et 24 sont disposés dans des alvéoles 25 respectivement 26 du boîtier 2 (voir figures 3 a et 3 b), et peuvent prendre l'une des deux orientations possibles a ou b de façon que leurs pastilles de contact soient dirigées vers les pastilles du pont de contact qui lui est associé et soient situées sensiblement dans un même plan P 6 L'orientation des contacts selon les figures 2 a et 3 a donne des interrupteurs à fermeture de typé J 1, tandis que l'orientation des contacts selon les figures 2 b et 3 b donne des interrupteurs à ouverture du type J 2. Chaque interrupteur J 1 ou J 2 est représenté aux figures 3 a respectivement 3 b en position d'ouverture, ce qui se produit lorsque l'armature 6 n'est pas attirée ou respectivement lorsqu'au contraire l'armature est attirée Un interrupteur tel que J 1 sera appelé un interrupteur travail T s'il ferme un circuit de puissance et un interrupteur fermé F s'il établit un circuit auxiliaire par exemple de signalisation ou de relayage. Un interrupteur tel que J 2 sera appelé un interrupteur repos R, ou interrupteur ouverture O, selon qu'il interrompt un 8 - circuit de puissance, ou un circuit auxiliaire. Dans tous les cas de montage possibles, les ressorts de pression 16 ou 18 utilisés sont identiques et sont en compression initiale entre un pont de contact et une surface d'appui; les contacts fixes 21, 22 et 23, 24 d'une part, et mobiles 15, 17 d'autre part, sont également identiques. Tous les logements supérieurs 10 ont des surfaces d'application 13 dans un même plan Pl défini par rapport au porte-contacts 9 et des surfaces d'appui 19 dans un même plan P 2 Tous les logements inférieurs 11 ont des surfaces d'appui 20 placées dans un même plan P 3, et trois logements voisins 'lu, 'lv, 11 W ont leurs surfaces d'application 14 dans un même plan P 4, tandis que le quatrième logement inférieur 1 lx possède une surface d'application 14 X dans un plan P 5 qui est plus proche de P 3 que ne l'est le plan P 4. Dans un mode de réalisation préféré, les logements supérieurs et le logement inférieur ll X ont une même hauteur e et les trois logements inférieurs 'lu, 11 V, 11 W ont une hauteur m supérieure à e. Dans une variante de réalisation, les quatre logements supérieurs peuvent avoir une même hauteur e 1 différente de la hauteur e 2 du logement inférieur voisin 'lx, cette dernière étant malgré tout inférieure à une hauteur mi des trois logements inférieurs 'lu, liv, 11 w. Il résulte de ces deux dispositions que le pont de contact 17 de l'interrupteur J 2 placé dans la colonne X, reçoit une pression de contact initiale qui est supérieure à celle que reçoit un autre pont de contact d'interrupteur J 2 placé dans une autre colonne U, V ou W lorsqu'un même ressort de pression 17 est utilisé dans les deux cas Par contre lorsque tous les interrupteurs J 2 seront fermés, les pressions de contact effectivement appliquées aux ponts seront égales. > 2519187 -9- Chaque interrupteur J 1 ou J 2 de chaque colonne U, V, W, X possède deux bornes de raccordement telles que 27 et 28 (voir figure 3 a), et l'on peut voir à la figure 4 que les bornes d'interrupteurs sont rangées côte à côte, deux bornes 29, 30 particulières assurant l'alimentation de la bobine de l'électro-aimant. Les configurations d'interrupteurs et les dispositions de bornes correspondantes, recommandées par les normes européennes, apparaissent dans le tableau de la figure 5, o la lettre A représente les bornes de la bobine On constate à l'examen de ce tableau que lorsqu'un seul interrupteur à ouverture J 2 (de type R ou O) est utilisé, celui-ci se trouve soit associé à la colonne V, soit à la colonne X, et que lorsque deux interrupteurs à ouverture J 2 (de type R ou O)Ysont utilisés, ceux-ci sont associés aux colonnes V et W. Cette disposition particulière a été prise en compte dans l'invention en donnant aux interrupteurs à ouverture J 2 qui se trouvent dans les colonnes U, V, W, une pression de contact initiale inférieure à celle de l'interrupteur J 2 placé dans la colonne X et en associant selon les configurations visibles sur ce tableau deux sortes de ressorts de rappel dont l'un de catégorie -I possède une force initiale de rappel F 1 supérieure à celle F 2 de l'autre ressort de rappel de catégorie II, le ressort de rappel I n'étant utilisé que pour les configurations 2 T + 2 R ou 2 F + 20. Lès diagrammes d'efforts résistants et d'efforts moteurs (ces derniers étant toujours délivrés par un même petit électro-aimant), sont illustrés aux figures 6 et 7. On constate sur le diagramme de la figure 7 que l'évolution des efforts résistants K de la configuration 3 T + O (qui est celle d'un petit contacteur de puissance tripolaire ayant un contact de relayage à ouverture), se fait avec un échelon de croissance C qui est placé aux environs du premier quart de la course et dont l'arête D est voisine de la courbe - d'attraction G de l'électro-aimant. L'énergie communiquée à l'équipage mobile, qui comprend l'armature, le porte-contacts et les contacts mobiles, est donc plus réduite que celle qui lui aurait été communiquée si la hauteur du logement llx avait été identique à celle des autres logements Il en résulte que pour cette configuration la vitesse de départ de cet équipage mobile ne dépasse pas une valeur qui serait trop élevée dans le cadre d'une application à un circuit d'inversion, voir figure 8. Une évolution des efforts résistants qui aurait été néfaste pour un appareil interrupteur destiné à des fonctions d'interrupteur/inverseur, est représentée par la courbe L qui concerne un appareil ayant une configuration 3 F + O Les fonctions de ce dernier, qui sont essentiellement orientées vers le relayage, ne sont toutefois pas perturbées ici par un déplacement très rapide du porte-contacts. Il en est de même pour les configurations 4 F, 4 T, 3 T + F qui utilisent également un ressort de rappel de catégorie II et o la vitesse de déplacement n'a pas une importance particulière Pour les configurations 2 T + 2 R et 2 F + 20, un ressort de rappel de force initiale supérieure, assure ici une compensation des deux pressions de contact initiales d'interrupteurs J 2 ' ce qui consomme donc une proportion importante de l'énergie de l'électro-aimant. On a représenté pour mémoire à la figure 8, un circuit utilisé pour effectuer avec deux appareils interrupteurs 32, 34, de configuration 3 T + O également illustrée à la figure 4, un interrupteur/inverseur 33 ayant un verrouillage électrique et destiné au changement du sens de rotation d'un moteur M. - On peut apprécier l'importance que revêtent le temps de montée et le temps de descente de deux relais ou contacteurs d'un même type lorsque ceux-ci sont électriquement montés en il - interrupteur inverseur selon le circuit de la figure 8, en se reportant aux diagrammes de fonctionnement représentés à la figure 9 o le temps est porté en abcisse et les déplacements ou les courses des porte-contacts sont porté en ordonnée. Le contacteur 34 étant excité et le contacteur 32 étant désexcité un ordre d'inversion est donné au moment t O par l'inverseur I Au moment t 1 et au point a de la course de descente du porte-contacts correspondant représentée sur la courbe descendante de gauche, les interrupteurs de puissance Jl.34 s'ouvrent, tandis que l'interrupteur de relayage J 2 34 se ferme au point b et au moment t 2 Dès cet instant t 2 la bobine du relais 32 est excitée et le porte-contacts du contacteur 32 effectue une montée représentée sur la courbe montante de droite Au point c et au moment t 3 l'interrupteur de relayage J 2 32 s'ouvre, ce qui empêche une nouvelle excitation du contacteur 34, tandis que les interrupteurs de puissance J 1 32 se ferment au point d et au moment t 4. Comme le cas se présente lors de l'ouverture d'un circuit inductif des arcs apparaissent entre les contacts des interrupteurs de puissance dès l'ouverture de J 134 et disparaissent au moment t 5. Si t 5 est antérieur à t 4 comme représenté sur cette figure le fonctionnement est correct car aucun courant ne passe plus par le contacteur 34 lorsque des courants de sens inverse circulent dans 32 Si par contre le contacteur 32 monte trop vite comme représenté sur la courbe en pointillés, on voit que le point de course d' s'effectuera à l'instant t'4 qui est antérieur à l'instant t 5; lorsque ce phénomène se produit les lignes U, V, W sont mises en court-circuit par les arcs ce qui entraîne les dangers et les détériorations que l'on connait. Dans ces diagrammes qui ont été simplifiés pour plus de 12 - clarté, il n'a pas été tenu compte des temps de démagnétisation et de magnétisation des électro-aimants des deux contacteurs. Le contacteur selon l'invention est en mesure de répondre simultanément, d'une part, aux prescriptions des normes relativement à la disposition des bornes d'interrupteurs et, d'autre part, aux exigences d'une fabrication rationnelle à un coût technique réduit, et présente des caractéristiques de temps de montée et de descente telles que son association avec un contacteur identique dans un montage inverseur peut être effectée en toute sécurité. 13 - Revendications de brevet. 1 Appareil interrupteur à commande électro-magné- tique ayant dans un boîtier un électro-aimant apte à déplacer une armature soumise à l'effort d'un ressort de rappel développant une force initiale, un porte-contacts associé à l'armature et présentant côte à côte une pluralité de paires de logements comprenant chacune un logement inférieur proche de l'armature et un logement supérieur placé au-dessus, une pluralité de contacts mobiles en pont réversibles, placés dans chacun des logements et recevant chacun l'action d'un ressort de pression qui les applique sur une traverse séparant deux logements d'une paire, ces contacts en pont étant aptes à coopérer chacun avec une paire de contacts fixes réversibles disposés dans le bo 3 tier de façon à former l'une des configurations possibles d'interrupteurs à ouverture ou à fermeture placés dans des circuits de puissance ou de signalisation, caractérisé en ce que le porte-contacts ( 9) comporte quatre paires de logements superposés ( 10 U U 1 lu, 10 v-lv, l Ow-llw, X>ll X)t logements supérieurs ( 10) ayant des surfaces d'application ( 13) pour des ponts de contact plats ( 15) d'interrupteurs (J 1) à fermeture qui sont placés dans un premier plan Pl perpendiculaire à l'axe de déplacement (ZZ') du porte-contacts, et des surfaces d'appui ( 19) pour des ressorts de pression ( 16) qui sont placés dans un deuxième plan P 2 parallèle au premier plan, les logements inférieurs ( 11) ayant des surfaces d'appui ( 20) pour des ressorts de pression ( 18) d'interrupteurs à ouverture (J 2) qui sont placés dans un troisième plan P 3 parallèle au deuxième plan, trois logements inférieurs voisins (llur lîv, ilw) ayant des surfaces d'application ( 14) pour des ponts de contact plats ( 17) d'interrupteurs (J 2) placées dans un quatrième plan P 4 parallèle au troisième plan, tandis qu'un quatrième logement inférieur (llx) possède une surface d'application ( 14 x) pour un pont de contact plat ( 17) d'interrupteur J 2 14 - placée dans un cinquième plan P 5 qui est parallèle au troisième plan P 3 et qui est plus proche de celui-ci que ne l'est le quatrième plan P 4, tous les ponts de contacts plats ( 15, 17) d'interrupteurs J 1 ou J 2 étant identiques et coopérant à l'aide de ressorts de pression ( 16) respectivement ( 18) identiques avec des contacts fixes plats ( 21, 22) respectivement ( 23, 24) identiques et réversibles placés dans un sixième plan fixe P 6 parallèle aux autres plans, l'un de deux ressorts de rappel particuliers ( 7 respec- tivement ( 7 II dont le premier développe une force de rappel initiale (FI) supérieure à celle (F 11) que développe le second ressort, étant associés à l'armature selon que la configuration de l'appareil comprend soit deux interrup- teurs à fermeture (J 1) et deux interrupteurs à ouverture (J 2)' soit un ou aucun interrupteur à ouverture (J 2) et trois ou respectivement quatre interrupteurs à fermeture (J 1). 2 Appareil interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les quatre logements supérieurs (l OU, V, O W, 10 OX) et un logement inférieur ( 11 X> ont une même hauteur le" mesurée entre les plans Pi P 2 et respectivement P 3, P 5, tandis que trois logements inférieurs (li U, lv, lô) possèdent une hauteur "m" supérieure à ne'. 3 Appareil interrupteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les hauteurs "eu et "m" sont choisies de façon telle que un pont de contact ( 17) d'interrupteur à ouverture (J 2) placé dans le logement inférieur (llx) s'appuie sur sa surface d'application ( 14 X), lorsque le porte contact ( 9) a effectué environ un quart de sa course d'attraction. 4 Appareil interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que un pont de contact ( 17) d'interrupteur à ouverture (J 2) placé dans un logement inférieur (liv res- pectivement llw) s'appuie sur sa surface d'application ( 14 V - ou 14 w) lorsque le porte-contacts ( 9) a effectué environ une moitié de sa course d'attraction. Appareil interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ponts de contact des interrupteurs à fermeture (J 1) entrent en appui avec les contacts fixes lorsque le porte-contacts ( 9) a effectué environ trois quarts de sa course d'attraction. 6 Circuit de commande d'inversion du sens de rotation, caractérisé en ce que deux contacteurs ( 32, 34) selon l'une des revendications 1 à 5, sont associés électriquement, chaque contacteur comportant trois interrupteurs de puis- sance de type J 1 et un interrupteur de relayage de type J 2.