Brevet FR2580426A1 — publié le 19861017

DISJONCTEUR POUR BASSE TENSION AVEC FONCTION DE COMMUTATION POUR COMMANDE DE SYSTEME DE GESTION D'ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention concerne d'une façon générale, des coupe-circuits et, plus particulièrement, un disjonc- teur susceptible de jouer à la fois le rôle d'un disjoncteur limiteur de courant et d'un dispositif de commande de charge. Dans le brevet des EtasUnis n 4 001 743, il est proposé un disjoncteur à boitier moulé de faible dimension mais cependant capable d'interrompre des surintensités de niveau élevé grace à son action accéléré qui aboutit à un écartement rapide des contacts, à une montée abrupte de la tension d'arc et, par conséquent, à une limitation effective des courants traversants en cas d'anomalies et à une interruption efficace des courants de court-circuit. Il s'est produit une tendance en direction d'une gestion automatique de l'énergie ainsi que l'emploi de systèmes qui surveillent l'état des circuits de distri- bution et de charge et provoquent la mise sous tension et hors tension de composants ou de branches de circuit sélectionnés, en fonction des besoins, grâce à un fonction- nement à distance de dispositifs de commande et de commu- tation qui leur sont associés. Le principal objet de l'invention consiste à adapter un petit disjoncteur pour usage intensif du type mentionné ci-dessus à utiliser à la fois comme dispositif interrupteur automatique et comme commutateur ou contacteur commandé à distance dans des systèmes-de gestion des charges. L'invention réside donc dans un disjoncteur à utiliser dans les systèmes de gestion d'énergie, comprenant un boîtier isolant et, supportés à l'intérieur de ce boîtier, un contact fixe, un contact mobile allongé monté de façon pivotante pour se déplacer entre une position de contacts ouverts et une position de contacts fermés par rapport au contact fixe, un mécanisme disjoncteur fonctionnellement relié au contact mobile et susceptible de commander les mouvements de ce contact mobile pour l'ouverture et la fermeture des contacts, des moyens de déclenchement sensibles au courant pour effectuer une opération automa- tique d'ouverture des contacts du mécanisme disjoncteur en réponse à des surintensités prédéterminées, et un dispositif d'étouffement d'arcs pour éteindre les arcs électriques créés au moment de l'écartement des contacts, ledit disjoncteur comprenant encore (a) un actionneur électro- magnétique disposé à l'intérieur dudit bottier isolant et commutable à partir d'une source extérieure entre un état d'excitation et un état de désexcitation, ledit actionneur électromagnétique comprenant un plongeur qui se déplace alternativement entre deux positions au cours des commu- tations successives de l'actionneur électromagnétique entre lesdits deux états, et (b) un levier monté de façon pivo- tante et fonctionnellement relié entre le plongeur et le contact mobile afin de transformer les mouvements du plongeur vers l'une ou l'autre de ses deux positions respec- tivement en un mouvement d'ouverture de contacts et un mouvement de fermeture de contacts du contact mobile, le montage étant tel qu'il empêche le mécanisme disjoncteur de commander un mouvement de fermeture de contacts du contact mobile pendant que le plongeur se trouve dans ladite première position, et pour permettre au mécanisme disjoncteur de commander au contact mobile un mouvement d'ouverture des contacts pendant que le plongeur se trouve dans ladite seconde position. Ce disjoncteur peut être installé dans un circuit de distribution à la fois comme disjoncteur limiteur de courant afin de limiter et d'interrompre des surintensités, en particulier des courants de court-circuit, et comme dispo- sitif de commutation, qui peut être commandé à partir d'un panneau de commande à distance ou automatiquement par un ordinateur pour amener le circuit sous tension et hors tension en fonction des besoins en charges électriques. L'actionneur électromagnétique est de préférence installé dans un espace placé entre les dispositifs d'étouffement d'arcs et une portion de paroi arrière du bottier du disjoncteur, avec l'axe longitudinal du plongeur orienté dans une direction sensiblement parallèle à la portion de paroi arrière, tandis que le contact mobile et le levier qui le relie au plongeur de l'actionneur sont orientés d'une façon générale dans une direction de l'arrière vers l'avant par rapport au boîtier du disjoncteur, ce qui aboutit à un montage compact. De préférence, on obtient l'espace destiné à recevoir l'actionneur électromagnétique, non pas en augmentant sensiblement la dimension du boîtier du disjoncteur, mais plutôt en limitant les plaques d'extinction des arcs utilisées dans le dispositif d'étouf- fement d'arcs à un nombre inférieur à celui qui était employé précédemment mais encore convenable pour les applications à basse tension comme par exemple 120/240 V. Un mode de réalisation préféré de l'invention va maintenant être décrit, uniquement à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue verticale en coupe d'un disjoncteur du type à commande de charge réalisant l'inven- tion et présenté dans la position o les contacts sont fermés; la figure 2 est une vue semblable représentant le même disjoncteur mais dans la position o les contacts sont ouverts. En se référant maintenant aux dessins, on voit que le disjoncteur illustré et généralement désigné par la référence numérique 11 comprend un boîtier 13 et un méca- nisme disjoncteur 15 disposé à l'intérieur du boîtier et comprenant un contact fixe 17 et un contact mobile 19. Le disjoncteur 11 comprend encore des moyens de commande des contacts comprenant une manette 21 manoeuvrée à la main, un dispositif de déclenchement électromagnétique 23 et un dispositif de déclenchement thermique sous forme d'un élément bimétallique 26, un dispositif d'étouffement des arcs 27 comprenant une pile de plaques 89 susceptibles d'être aimantés pour éteindre les arcs électriques créés entre les contacts 17 et 19 au moment de la séparation de ces derniers. Le boîtier 13 est fabriqué en un matériau isolant convenable, comme par exemple une résine époxyde, et comprend un socle 31 et un couvercle (non représenté) fixé de manière convenable au socle par exemple par des vis ou des rivets. Sur le socle 31 est montée une borne secteur 35 disposée dans une ouverture 36 à une extrémité du boîtier, et une borne de charge 37 disposée à l'extré- mité opposée du boîtier. Le mécanisme de disjoncteur 15 comprend un mécanisme de déclenchement 39 avec un levier d'actionnement ou de percussion 43 et un levier de déclenchement 45, tous deux supportés de façon pivotante par un axe 47. Le levier de déclenchement 45 se déplace dans un évidement du levier de commande 43 et se trouve poussé dans le sens des aiguilles d'une montre par un ressort de torsion 49. Un étrier en fil 51 est fonctionnellement installé entre le levier de déclenchement 45 et la manette 21. Le contact mobile 19 est une pièce allongée supportée de façon pivotante à son extrémité inférieure par un montage pivotant dans un trou 41 formé dans un rail inférieur 85 de guidage d'arcs ou conducteur d'arcs. L'extrémité supé- rieure du contact 19 est reliée par un conducteur souple 50 à l'extrémité supérieure de la bande bimétallique 26 qui est fixée à son extrémité inférieure à une languette de borne s'étendant jusqu'à la borne de charge 37. Le contact mobile 19 est commandé par un dispositif basculeur 53 à levier et ressort qui comprend un étrier de guidage de ressort 57 relié par un axe d'articulation en 59 au contact 19 et supporté à son extrémité supérieure par une portion 103 du levier percuteur 43, et un ressort en hélice 55 maintenu partiellement à l'état comprimé entre la portion 103 du levier 43 et un épaulement ou ergot 105 de l'étrier 57. Le dispositif basculeur 53 fonctionne comme mécanisme bistable à dépassement de point mort pour déplacer le contact 19 entre sa position fermée (figure 1) et sa position ouverte (figure 2). La bande bimétallique 26 est fonctionnellement reliée au levier de déclenchement 45 par l'intermédiaire d'une biellette ou coulisseau 63 de manière telle que si une sur- intensité, traversant la bande bimétallique, la fait dévier dans le sens des aiguilles d'une montre, la bande bimétal- lique déplace la biellette 63 vers la droite et par consé- quent fait basculer le levier de déclenchement 45 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour de l'axe 47, en le faisant ainsi dégager l'étrier 51 et, par conséquent, libérer le levier percuteur 43 vis-à-vis de l'action du ressort 55 qui, par conséquent, fait basculer le levier 43 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour amener son extrémité inférieure 67 à frapper le contact mobile 19 et à pousser ce dernier en l'éloignant du contact fixe 17 et donc en position ouverte. Pendant ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du contact 19, qui se termine quand le levier 43 frappe une butée 71 fixée au socle du bottier 31, le dispositif basculeur ou à genouillère 53 dépasse sa position de point mort ou position d'instabilité au point d'articulation ou genouillère du levier 59 et par conséquent maintient le contact mobile dans sa position d'ouverture des contacts, comme l'indique la figure 2. Un ressort 73 relié à l'étrier 51 force ce dernier à suivre le levier de déclenchement 45 dans son mouvement en sens inverse des aiguilles d'une montre et à faire tourner la manette 21 dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à sa position "arrêt" (figure 2) pour signaler l'état déclenché du disjoncteur. Ce dernier est indépendant dés déclenchements dans la mesure o il se déclenche en position ouverte de la manière cidessus même si la manette 21 est maintenue dans sa position ouverte (figure 1) au moment o le levier percuteur 43 est libéré pour se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sous l'action de ressort 55; si cela se produit, l'étrier déverrouillé 51 va simplement monter sur le bord supérieur 69 du levier 43 o10 au moment o ce levier 43 bascule dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et, au moment d'une libération ultérieure de la manette 21 va reprendre la position indiquée sur la figure 2 sous l'action du ressort 73 qui tire l'étrier 51. Le dispositif de déclenchement électromagnétique 23 comprend un enroulement 75 et une armature 77 tous deux contenus dans un bottier 79 monté sur le socle du bottier 13. En cas de circulation d'un courant de défaut ou d'un courant de courtcircuit dans le disjoncteur, c'est-à-dire depuis sa borne-secteur 35 jusqu'à la borne de charge 37 en passant par un conducteur 29, l'enroulement 75, un conducteur 81 comprenant le contact fixe 17, le contact mobile 19, le conducteur souple 51 et la bande bimétallique 26, le niveau d'excitation de l'enroulement 75 augmente brusque- ment et l'armature 77 est instantanément projetée contre le levier de déclenchement 45, en faisant basculer ce dernier dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et en déclenchant ainsi une ouverture des contacts ou opération de déclenchement qui se poursuit de la même manière que dans le cas décrit ci-dessus en liaison avec une opération de déclenchement thermique amorcée par la déviation de l'élément bimétallique 26. Au moment de l'écartement des contacts 17 sous charge, un arc électrique 83 (figure 2) se forme et se déplace rapidement depuis sa région d'origine entre les contacts qui se séparent jusque dans le dispositif 27 d'étouffement d'arcs; pendant sa course, l'arc s'étire et s'allonge entre le conducteur inférieur 85 d'arcs et un rail supérieur 87 de guidage d'arcs ou conducteur d'arcs, comme cela est indiqué en 83a, 83b et 83c, si bien que la tension de l'arc augmente brusquement et que la surinten- sité interrompue est effectivement limitée. Tel qu'il a été décrit jusqu'à maintenant, le disjonc- teur 11 est semblable à celui qui est décrit dans le brevet des Etats-Unis n 4 001 743 mentionné ci-dessus. Selon l'invention, le disjoncteur 11 est équipé d'un moyen qui le rend, de plus, utilisable comme commutateur ou dispositif de commande. Plus précisément, le disjoncteur 11 est équipé d'un actionneur électromagnétique prenant la forme d'un solénoïde 25 comprenant un enroulement de commande 93 et un plongeur 95 mobile à l'intérieur de l'enroulement. Le solénoïde 25 est disposé à l'intérieur du boîtier 13, et installé dans un espace prévu entre le dispositif 27 d'étouffement d'arcs et la paroi arrière du boîtier, et l'axe longitudinal du plongeur est généralement parallèle à la paroi arrière du boîtier 13, le plongeur 95 étant fonctionnellement connecté au contact mobile 19 au moyen d'un levier 96 et d'une biellette 61. Le levier 96 qui est orienté généralement dans le sens arrière-avant par rapport au boîtier 13 et qui est monté sur un axe d'articulation 115 fixé au boîtier de façon à pouvoir pivoter, est articulé à son extrémité inférieure au plongeur 95 et à son extrémité supérieure avec la biellette 61 dont l'autre extrémité est articulé au contact mobile 19 à l'endroit du coude du levier 59 formé par et entre le contact mobile 19 et l'ensemble du levier à ressort 53. Dans le mode de réalisation tel qu'il est illustré, le plongeur est normalement, c'est-à-dire lorsque l'enroulement 93 n'est pas excité, poussé par un ressort comme en 97 jusqu'à la position de fermeture des contacts telle qu'elle est présentée sur la figure 1. Au moment de l'excitation de l'enroulement 93, résultant généralement d'une commande à distance, le plongeur 94 se retire à l'intérieur de l'enroulement 93, en faisant ainsi basculer le levier 96 dans le sens des aiguilles d'une montre autour de son axe d'articulation 115 et en amenant le contact mobile 19, par l'intermédiaire de la biellette 61, à se dégager du contact fixe 17 (voir figure 2). On remar- quera que, au cours de ce mouvement du contact 19 vers sa position ouverte, le dispositif basculeur 53 bascule au-delà de son point mort vers la droite par rapport à la ligne d'action passant par le centre de l'axe d'arti- culation 41 du contact mobile 19 et par sa liaison pivotante avec le levier de commande 43. Pendant que l'enroulement 93 est excité, le plongeur 95 rappelé à l'intérieur de l'enroulement, empêche un mouvement indépendant dans le sens des aiguilles d'une montre du levier 96 et, par conséquent, empêche le mouvement du contact mobile 19 vers sa position de fermeture de contacts même si une tentative est faite pour fermer les contacts en éloignant manuellement la manette 21 de sa position "arrêt" (figure 2) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, jusqu'à sa position "marche" (figure 1); une telle tentative, si elle est effectuée, entraîne un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre du levier de manoeuvre au levier percuteur 43 et, par conséquent, à une compression supplé- mentaire du ressort 55 du dispositif basculeur 53 mais, pour le motif indiqué ci-dessus, n'aboutit pas à la fermeture des contacts. Au moment o l'excitation de l'enroulement de l'action- neur 93 est coupée, le plongeur 95 est rappelé par le ressort 97 à sa position sortie (figure 1), et de ce fait le levier 96 est basculé dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et par conséquent, le contact mobile 19 amené dans sa position de fermeture des contacts. Pendant ce mouvement du contact mobile 96, l'articulation ou genouillère formée par ce dernier contact et par le dispositif bascu- leur 53 bascule dans une direction de fermeture de contacts et dans son action est assistée par le prolongement 101 formé dans le boîtier 13 qui coopère avec le dispositif basculeur 53 pendant le déplacement du contact. Pendant que le plongeur 95 est dans sa position sortie (c'est-à-dire que les contacts sont fermés) telle qu'elle est présentée sur la figure 1, le levier 96 peut être déplacé indépen- damment du plongeur 95 pour que l'on puisse ouvrir et fermer le contact mobile 19 en manoeuvrant la manette 21 et pour permettre l'ouverture de ce contact en réponse au dispositif de déclenchement bimétallique 26 ou du dispositif de déclenchement électromagnétique 23 en cas de surintensité. Pour cela, le plongeur 95 et son montage pivotant avec le levier 96 comprend une fente allongée 99 suffisamment longue pour permettre un tel mouvement indépendant du levier 96. Le disjoncteur 11 comprend aussi des moyens indicateurs donnant une indication visuelle du fait que les contacts sont dans leur position ouverte ou dans leur position fermée. Les moyens indicateurs comprennent une pièce allongée ou biellette 109 qui à une extrémité est clavetée, comme en 113 (figure 2), sur l'axe de rotation 115 du levier 96 pour se déplacer en même temps que le levier 96, et porte à son extrémité opposée un repère 107 disposé à proximité d'une fenêtre 111 formée dans une portion de la paroi avant du bottier 13, le montage étant tel que la biellette 109 est déplacée pendant une opération d'ouverture des contacts pour rendre l'indicateur 107 visible à travers la fenêtre 111 (voir figure 2) et est déplacée pendant une opération de fermeture des contacts pour rendre l'indicateur 107 invisible (voir figure 1). REVENDICATIONS 1. Disjoncteur pour systèmes de gestion d'énergie électronique, comprenant un boîtier isolant et, supportés à l'intérieur de ce bottier, un contact fixe, un contact mobile allongé supporté de façon pivotante en vue de son déplacement entre une position d'ouverture de contacts et une position de fermeture de contacts par rapport au contact fixe, un mécanisme disjoncteur fonctionnellement connecté au contact mobile et pouvant être actionné pour commander à ce dernier des mouvements d'ouverture et de fermeture de contacts, des moyens de déclenchement sensibles au courant pour effectuer une opération automatique d'ouver- ture de contacts du mécanisme disjoncteur en réponse à des surintensités prédéterminées, et un dispositif d'étouffement d'arcs pour éteindre les arcs électriques qui se forment au moment de l'écartement des contacts, caractérisé par le fait que (a) un actionneur électromagnétique (25) disposé à l'intérieur dudit boîtier isolant (13) peut être commuté à partir d'une source extérieure entre un état d'excitation et un état de non-excitation, ledit actionneur électro- magnétique comprenant un plongeur (95) qui se déplace suivant un mouvement alternatif entre deux positions au moment des commutations successives de l'actionneur électro- magnétique entre lesdits deux états, et (b) un levier (96) supporté de façon pivotante est fonctionnellement connecté entre le plongeur (95) et le contact mobile (19) pour trans- former les mouvements du plongeur vers l'une ou l'autre de ses deux positions respectivement en un mouvement d'ouver- ture de contacts et en un mouvement de fermeture de contacts du contact mobile, le montage étant tel qu'il empêche le mécanisme disjoncteur (15) de commander un mouvement de fermeture de contacts au contact mobile lorsque le plongeur se trouve dans ladite première position, et qu'il permet au mécanisme disjoncteur de commander un mouvement d'ouverture de contacts du contact mobile lorsque le plongeur est dans ladite autre position. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit actionneur électromagnétique (25) est placé entre ledit dispositif (21) d'étouffement d'arcs, et une portion de la paroi arrière dudit boîtier isolant (13) de façon que l'axe longitudinal dudit plongeur (95) soit orienté sensiblement parallèlement à l'arrière du bottier, le contact mobile (19) et ledit levier (96) étant orientés dans une direction allant de l'arrière vers l'avant par rapport au boîtier. 3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait que ledit levier (96) est fonction- nellement connecté entre le plongeur (95) et le contact mobile (19) de manière à empêcher le contact mobile de se déplacer indépendamment du plongeur quand ce dernier est dans ladite première position et à permettre au contact mobile de se déplacer indépendamment du plongeur quand ce dernier est dans ladite autre position. 4. Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit levier (96) est articulé au plongeur (95) grace à une liaison axe d'articulation-fente (99) permettant le libre mouvement du levier lorsque le plongeur est dans ladite autre position. 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que ledit plongeur (95) est poussé par un ressort vers ladite autre position, et rappelé magnétiquement dans ladite première position au moment de l'excitation de l'actionneur électro- magnétique (25). 6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que ledit mécanisme disjoncteur (15) comprend un levier d'actionnement (43) pouvant pivoter dans une direction d'ouverture de contacts et dans une direction de fermeture de contacts, et un dispositif basculeur (53) à levier et ressort monté fonctionnellement entre le contact mobile (19) et ledit levier d'actionnement (43) pour pousser ce dernier dans ladite direction d'ouverture de contacts, ledit dispositif basculeur (53) à levier et ressort étant articulé audit contact mobile (19) de façon à former avec ce dernier une genouillère (59) qui se déplace au-delà de son point mort lors du déplacement du contact mobile depuis l'une desdites positions de fermeture de contacts ou d'ouverture de contacts à l'autre position. 7. Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit levier (96) monté entre le plongeur (95) et le contact mobile (19) est connecté à ce dernier par une biellette (61) qui est reliée de façon pivotante au contact mobile dans ladite position de la genouillère (59). 8. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendi- cations 6 ou 7, caractérisé par le fait que ledit bottier (13) comprend une butée (101) pouvant coopérer avec ledit dispositif basculeur (53) à levier et ressort pour l'aider dans son mouvement de dépassement de point mort. 9. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que ledit boîtier isolant (13) comprend une fenêtre (111) formée dans une portion de sa partie avant, et dans lequel le disjoncteur comprend un élément indicateur (109) qui est actionné par le mouvement dudit contact mobile (19) vers lesdites positions d'ouverture de contacts et de fermeture de contacts pour donner dans cette fenêtre (111) une indication visuelle de la position dans laquelle le contact mobile (19) a été amené. 10. Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit élément indicateur (109) est un élément allongé sur une des extrémités duquel est formée une portion indicatrice (107) à proximité de ladite fenêtre (111) et qui est fixé à son extrémité opposée audit levier pour se déplacer avec lui d'une manière forçant cette partie indicatrice (107) à venir dans l'alignement de la fenêtre (111)- et à s'en écarter lors du déplacement du contact mobile (19) vers l'une ou l'autre, respectivement, desdites positions d'ouverture et de fermeture de contacts.