Brevet FR2520924A1 — publié le 19830805

Commutateur électrique avec plaque d'extrémité de com- mutation munie d'une fente. la présente invention se rapporte aux commuta- teurs électriques et concerne plus particulièrement une plaque de commutation perfectionnée, agencée pour con- traindre la migration de l'extrémité d'un arc électrique formé sur le contact mobile de ce commutateur. Dans un commutateur électrique connu tel que représenté sur La Figure 1, la partie d'extrémité de la plaque de commutation 3 est recourbée pour former une gout- tière en U ouverte vers Le haut Une ouverture 3 b sst mérg,ée au fond de la gouttière, et vers le haut sur son côté opposé à une plaque d'extrémité 3 a en regard d'une grille, et le contact 6 d' un bras de contact mobile 5 est disposé dans l'ouverture 3 b ainsi formée. 4 orsqu'un arc est produit dans une position excentrée P sur la plaque d'extrémité 3 a, les intensités des composantes des courants il et i 2 circulant dans l'arc depuis la plaque de commutation 3 sont pratiquement égales entre elles et la somme (i) des composantes il et i 2 est le courant d'arc Comme le montre la Figure 1, 11 > L 2 dans la position P Par conséquent, la folice F du courant i 1 s'exerçant sur l'arc est supérieure à la force F 2 du courant i 2, d'o il résu Lte que l'arc est entrainé dans la direction de la force Fi L'arc est donc déplacé directement vers une botte a arc entourant La gri Lle, ce qui risque d'endommager cette botte à arc. Des dispositifs similaires sont égaleuient dé- crits dans le Brevet des Etats Unis d'Amérique No 4 237 3 jj ainsi que dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 380 314 déposée le 20,ai 1982 au nom de ta demanderesse. L' objet de l'invention est donc de proposer un commutateur électrique dans Lequel une encoche ou une fente centrale est formée dans la plaque de commutation pour éviter tout dommage à la botte à arc L'effet de cet- te encoche est d'entratner un arc formé sur la surface de la plaque de commutation en regard de la grille vers cet- te grille, permettant ainsi de réaliser un cort utati-'ur électrique dans lequel la botte à arc est protégée con- tre les dommages. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre de plusieurs exoeiples de réalisation donnés à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La Figure 1, déjà décrite est une vue des éléments essentiels d'un camutateur électrique selon l'art antérieur, la Figure 2 est une vue de face, en partie en coupe, d'un premier mode de réalisation d'un commutateur électrique selon l'invention, la Figure 3 est une vue de côté, en demie- coupe verticale, du commutateur électrique de la Fig 2, la Figure 4 est une vue en perspective éclatée montrant la section de commande pour actionner le noyau de fer mobile des Fig 2 et 3- la Figure 5 est une vue de dessous en perspective, du dispositif de cammande de la Fig 2, la Figure 6 est une vue en perspective des élé- ments essentiels d'un premier mode de réalisation d'un camu- tateur électrique selon l'invention, le's Figures 7 et 8 sont des vues en perspective montrant des deuxième et troisième moies de réalisation d'un commutateur électrique selon l'invention. Un premier mode de réalisation d'un commutateur électrique selon l'invention est représenté sur les Fig. 2 à 5. Selon les Figures 2 et 3, une botte 1 d'extinc- tion d'arc faite d'une matière résistant à La chaleur sup- porte de façon fixe des plaques de commutation 3 et des grilles 2 faites d'une matière magnétique, en correspon- dance avec le nombre des phases électriques qu'il y a lieu 33 de commuter D'autres éléments comprennent une barrette transversale 4, un bras de contact mobile 5, des contacts 6 aux deux extrémités du bras 5, un support de contact mo- bile 7, un support de ressort de retenue 8, un ressort de contacteur 9 et une butée LO. Le ressort de contacteur 9 est fixé, sous tension, entre la partie inférieure de la butée 10 et 3 la partie inférieure du support de ressort de retenue 8 La partie supérieure du support de ressort de rete- nue 8 s'appuie contre la surface supérieure du support de contact mobile 7, tandis que la surface supérieure du bras mobile 5 s'appuie contre la surface inférieure du support 7, après assemblage La butée 10 est in- troduite dans un trou de la barrette transversale 4. De plus, sur les figures 2 et 3, la référence 11 désigne une base comportant un fond ouvert et une omierture latérale lia (Figure 4) pour extraire un dispositif de commande électromagnétique (décrit par la suite) -La référence 12 désigne des bornes fixées par des vis sur la partie supérieure de la base ii et la référence 13 un contact fixe en forme de U fixé par des vis sur la surface supérieure de la borne 12, un contact fixe 14 étant fixé sur la surface supérieure du contact fixe 13 La référence L 5 désigne un extinc- teur d'arc fixé sur ce contact fixe 13, et la référence 16 désigne une cloison isolante pour isoler électriquement les bornes 12 l'une de l'autre La cloi- son isolante 16 est fixée en étant partiellement introduite dans des rainures formées dans la botte à arc 1 et la base 11 La référence 17 désigne un tampon de caoutchouc mobile, la référence l un noyau de fer mobile qui est accouplé de façon fixe avec la partie inférieure de la barrette transversale 4 par des goupilles 22, la réfé- rence 19 désigne un noyau de fer fixe espacé d'une dis- tance prédéterminée du noyau de fer mobile 18 et la référence désigne un dispositif de commande électromagnétique par lequel passent les branches du noyau fixe 19. Le dispositif de commande 20 (figure 5) com- porte une bobine électromagnétique 21 es des pièces 20 b d'engagement de rail formant des logements 20 a en forme de U La référence 20 c désigne un trou de traversée dans lequel est introduite une branche du noyau de fer;-fixe 19. Revenant sur les figures 2 à 4, la référence 22 ' désigne un ressort d'amortissement fixe, monté sur la partie inférieure du noyau de fer fixe 19, le ressort 22 ' servant à absorber des chocs qui peuvent être imprimés à une plaque de montage (non représentée) quand le contacteur électromagnétique fonctionne La référence 24 désigne des broches qui pénètrent dans la partie inférieure du noyau de fer fixe 19, Domme le montrent les Figures 2 et 3, avec les deux extrémités faisant saillie du noyau de fer fixe 19 dans des tampons de caoutchouc 25 in- troduites dans des guides 26 en une matière à faible frot- tement Chaque:guide 26 comporte des logements 26 a (figure 4) aux deux extrémités dont le diamètre est pratiquement égal au diamntre extérieur des tampons de caoutchouc 25 La référence 27 désigne une plaque de guidage comportant dans sa partie médiane deux rails parallèles 27 a en forme de U A l'une de leurs extrémités, les rails 27 a comportent des buttes 27 b La plaque de guidage 27 est fixée sur la base 11 par des vis 28 Le dispositif de commande 20 comporte un cliquet 29, comme le montrent les Fig 4 et 5, comprenant des logements 29 a mobiles verticalement engagés avec un bossage vertical 20 d du dispositif de commande 20, rappelé vers le bas par un ressort de rappel 30 visible sur la figure 2 Le cliquet 29 comporte une partie en saillie 29 b à son extrémité infé- j rieure qui s'engage dans une fente 27 c de la plaque de guidage 21 Un ressort de déclenchement 31 est disposé entre l'extrémité inférieure de la barrette transversale 4 et la surface supérieure de la plaque de guidage 27 pour pousser vers le haut la barrette transversale 4 Une plaque de montage 32 perforée, destinée à fixer le contacteur électromagnétique sur un panneau (non représenté) est montée sur la surface inférieure de la plaque de guidage 27. Des contacts auxiliaires 33 sont fixés sur le cÈté de la base 11 La botte à arc 1 est vissée sur la base 11 et 3 i la barrette transversale 4 est guidée verticalement par la paroi intérieure de la base 11 Comme le montre la Figure 2, L'extincteur d'arc 15 est divisé en deux parties. Une première partie parallèle au contact fixe 13 et une seconde partie qui lui est perpendiculaire. On va maintenant décrire le fonctionnement du commutateur électrique en se référant aux figures 2 et 3 A l'application d'une tension d'attaque au dispositif de commande 20, ce dernier développe un flux magnétique qui produit une force d'attraction entre le noyau de fer mobile 18 et le noyau de fer fixe 19. Il en résulte que la barrette transversale 4 accouplée avec le noyau de fer mobile 18 est tirée vers le bas en capprimant le ressort 31 de sorte que les contacts mobi- les 6 sont amenés en contact avec les contacts fixes 14. L'intervalle entre eux est inférieur à l'intervalle entre le noyau de fer mobile 18 et le noyau de fer fixe 19 Par conséquent, la barrette transversale 4 continue à se déplacer vers le bas jusqu'à ce que les noyaux de fer 18 et 19 sont amenés en-contact entre eux, ce qui comprime le ressort 9 Dans cette opé- ration, la force élastique du ressort 3 est transmise par le support 8 et Le support 7 au bras de contact 5, de sorte que les bornes 12 qui forment un circuit électri- que, sont connectées électriquement avec une pression de contact prédéterminé. Quand la tension du dispositif de commande 20 est interrompue, l'attraction électromagnétique entre les noyaux de fer 18 et 19 cesse de sorte que la barrette transver- sale 4 est déplacée vers le haut par le ressort 31 compri- rié, et les contacts 6 et 14 sont séparés Cela produit un arc en- tre Le contact mobile 6 et le contact fixe L Les pieds ou les extrémités de l'arc migrent du contact mo- bile 6 vers la plaque de commutation 3 et du con- tact fixe 14 vers l'extincteur d'arc 1, et l'arc est en outre ertra né dans la grille 2 par la force de répulsion électromagnétique entre le courant d'arc et le courant de contacteur Il en résulte que l'arc est refroidi, divisé et finalement éteint Le circuit électrique entre les bornes 12 peut donc Ctre fermé et ouvert en commandant la tension appliquée au dispositif de commande 20. Dans le premier mode de réalisation d'un cmm Lutateur selon l'invention représenté sur la figure 6, la plaque d'extrémité 3 a en regard de la grille dans la plaque de cczutation 3 ucmporte une fente verticale F qui la divise en deux parties. ) Par cons 6 quert, cotime le montre la Figure 6 conjointement avec la Fig 7, la force F 1 due au courant il est éliminée et l'arc n'est entrainé que par la force F 2 due au courant i 2 Autrement dit, l'arc qui migre du contact mobile 6 vers la plaque d'extrémité 3 a est toujours entratné vers le centre de la plaque d'extrémité 3 a Par conséquent, l'arc ne saute jamais jus- qu'à la botte à: arc, ou n'entre jamais en contact avec elle pour l'endommager, ce qui augmente considérable- ment la longévité du commutateur. Dans le second mode de réalisation représenté sur la Fig7, la référence 105 désigne un bras de contact mobile, la référence 106 un contact mobile et la référence 103 une plaque de de commutation coapreant deux branches 117, une plaque d'extrémité 118 en regard de la grille et une fente 116 découpée dans la moitié inférieure de la plaque d'extrémité 118. Quand les contacts du commutateur sont ouverts, un arc se produit quise déplace le long des branches 117 de la plaque de commutation 103 jusqu'à l'extincteur d'arc (non représenté) Ensuite l'arc franchit l'espace entre la plaque d'extrémité ll R et la surface d'extinction d'arc en regard, comme l'indique la réfé- rence C Une extrémité de l'arc se trouve au point P sur la plaque d'extrémité tandis que son autre extrémi- té se trouve dans une position prédétermninée (non repré- sentée) sur la surface d'extinction d'arc Le courant d'arc i circule dans La direction de 'a flèche et i= i 1 4 i 2 Une force F 1 d'entratnement d'arc due au cou- rant i 1 est produite transversalement le long de la plaque d'extrémité 118 tandis qu'une force F 2 due au courant 3 i 2 est produite vers le bas con-e le montre la Figure 7. La force résultante F est dirigée vers la paroi de la botte à arc (perpendiculaire à la plaque decommutation et adjacente à sa surface Latéraie) dans un plan con- tenant la plaque d'extrémité 118 et l'extrémité de l'arc au point P est ainsi déplacée vers le point Q. D'une façon similaire, si l'extré;iité de l ' arc est établie au pdnt R sur la plaque d'extreiii- té, e Lle est entraînée avec force vers le point S. Par conséquent, l'extrémité de L'arc ne peut Jamnais sauter hors de la plaque d'extrémité 118, c'est-à- dire qu'elle est positionnée à tout mo;nent près de la fente 116 Ainsi, le problème de l'arc entrant en contact et abimant la paroi de la boîte à arc est éliminé La fente 116 est représentée rectangulaire mais cette configuration n'est pas limitative. La figure 8 représente un troisième mode de réalisa- tion d'un cammutateur selon l'invention dans lequel une encoche 216 en forme de V est fornde dans la plaque d'extrémité 203 en regard de la grille Avec cette disposition, la force F 2 dtentrat- nement d arc due au courant i 2, perpendiculaire à la force F 1 due au courant i 1, n'entratne pas l'arc vers la paroi latérale de la botte à arc de sorte que l'arc C est entrainé vers le centre de la plaque dtex- trémité 203 En même temps, le courant d'arc développe un flux magnétique O comme l'indique la Figure'8, pro- duisant une force F O qui entraine l'arc vers le point S le plus profond de l'encoche 216 en V La référence F O désigne la résultante des forces F 1, F 2 et F 9. Comme cela ressort de la description ci- dessus, La déformation de L'électrode de commutation résultant descontraintes thermiques dues à t'arc peuvent Stre évitées, et l'arc est toujours entratné vers le centre de la plaque d'extrémité selon l'invention Par conséquent, même si le commutateur est actionné un grand nombre de fois, les dommages à la botte à arc sont évités. Dans le troisième mode de réalisation, l'en- coche en V est utilisée; mais elle peut être remplacée par une encoche en U Autrement dit, tout ce qui est nécessaire est que la configuration de l'encoche per- mette au flux magnétique de développer une force d'entratnement électromagnétique FO. L'invention a été décrite en regard d'un commutateur électrique, mais son concept technique v peut également s'appliquer à d'autres dispositifs de commutation électrique tels que des disjoncteurs. REVENDICATIONS 1 Commutateur électrique, caractérisÈ en ce qu'il comporte un contact fixe ( 14), un contact mobile ( 6, 106) en regard dudit contact fixe ( 14) et agencé pour pouvoir être mis en contact ou séparé dudit contact fixe, un extincteur d'arc ( 15) disposé à proxi- mité dudit contact mobile et connecté électriquement audit contact fixe, pour établir un trajet de migra- tion de l'extrémité d'un arc formé quand le contact entre ledit contact mbbile et ledit contact fixe est 00 rompu, et une plaque de commutation ( 3, 103) disposée près du trajet du mouvement dudlt contact mobile pour éta- blir un trajet de migration de l'autre extrémité dudit arc à partir dudit contact mobile, ladite plaque de cotnatation camportant une plaque d'extrémité ( 3 a, 118, 203) pour 1 5 guider-ladite autre extrémité de l'arc et une encoche ( 116, 216) dans une partie centrale de ladite plaque d'extrémité, de manière que ladite autre extrémité de l'arc soit entraînée vers le centre de ladite plaque d'extrémité. 2 Commutateur se Lon la revendication 1, caractérisé en ce que la, plaque de cofutation ( 3, 103) crn- porte deux branches ( 117)positionnées sur les deux c 8 tés du trajet du mouvement du contact mobile ( 6, 106), la plaque d'extrémité ( 3 a, 118, 203) rejoignant lesdites branches. 3 Commnutateur selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'ecoche ( 116, 216) est formée dans une partie de la plaque d'extrémité ( 3 a, 118, 203) qui est la plus proche des branches ( 117). 4 Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'encoche a la forme d'une fente (F). Commutateur salon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que la fente (F) est une fente de tra- versée qui divise laplaque d'extrémité ( 3 a) en deux moitiés. 6 Commutateur selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la fente ( 116) ne s'étend que sur une partie 4,Fe ' de la p Laque d'extrémité ( 118). 7 Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce quel'encoche ( 216) a la forme d'un U ou d'un V. 3 8 Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une grille d'extinc- tion d'arc ( 2) entre l'extincteur d'arc ( 15) et la plaque d'extrémité ( 3 a, 118, 203), ladite plaque d',extrémité étant en regard de ladite grille.