Brevet FR2580862A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne un module de traitement de signal pour disjoncteur de protection contre les mises accidentelles à la masse. Un disjoncteur de protection contre les mises acciden- telles à la masse dans lequel la possibilité d'interruption en cas de mise à la masse est combinée à celle de l'interruption en cas de surcharge et de court-circuit qu'offrent les disjoncteurs automatiques classiques est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 037 185 au nom de Keith W. Klein. Le circuit d'interruption en cas de mise à la masse et le circuit d'interruption pour surcharge sont interconnectés électriquement et disposés à l'intérieur d'un boîtier moulé cloisonné. L'interconnexion électrique entre les circuits de protection contres les mises à la masse et les surcharges est difficile à obtenir dans un équipement de montage automatisé dans le cas des disjoncteurs ayant ce type de conception. Un interrupteur de circuit pour mises accidentelles à la masse (ICMAM) comportant un module de détection magnéti- que sous forme de sous-ensemble enfichable qui peut être assemblé dans un procédé entièrement automatisé fait l'objet de la demande de brevet américain n 579336, déposée le 14 2580B6! -2- février 1984 aux noms de R.A. Morris et coll. ayant pour titre "Electrical Interconnect Arrangement For GCI Magnetic Sensor Module Plug-In Subassembly" (Agencement d'intercon- nexion électrique pour module de détecteur magnétique ICMAM sous forme de sous-ensemble enfichable) et l'on se reportera à cette demande de brevet pour trouver une description détaillée de l'interconnexion électrique et mécanique des composants constituant la plaquette de circuit de traitement de signal pour le dispositif ICMAM. Les circuits pour de tels dispositifs font l'objet d'une description dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 345 289 et 4 348 708, ces deux brevets étant au nom de Edward K. Howell. Les circuits décrits dans ces brevets comprennent fondamen- talement un capteur de courant, un processeur de signal et un commutateur électronique. Un déséquilibre est déterminé dans les conducteurs de ligne et de neutre du circuit de distribution au moyen d'un transformateur de conrant diffé- rentiel et est amplifié par le processeur de signal à la suite du déclenchement du commutateur électronique et de la fermeture du circuit d'excitation d'un solénoïde de déclen- chement. Le capteur de courant comporte également un transformateur d'excitation du neutre afin de répondre à une mise accidentelle à la masse du conducteur du neutre. Les deux brevets précédents sont incorporés ici à titre de référence. On a déterminé depuis qu'un disjoncteur de protection contre les mises accidentelles à la masse, monté automati- quement, peut s'obtenir en combinant modulairement la plaquette à circuits imprimés du processeur de signal et le module de protection contre les mises accidentelles à la masse, lequel comporte le dispositif d'interruption en cas de mise à la masse, et le module de disjoncteur, lequel comporte la protection contre les courts-circuits ainsi que la protection contre les surintensités de courte durée et de longue durée. Le module de traitement de signal, le module de protection contre les mises à la masse et le module de - 3 - disjoncteur sont tout d'abord assemblés individuellement au moyen de procédés de montage indépendants automatisés, avant d'être assemblés automatiquement pour former ledisjoncteur de protection contre les mises accidentelles à la masse. Ce concept modulaire avec montage automatique se traduit par des économies importantes en matière de temps d'assemblage tout en permettant d'améliorer par un effet de synergie la réponse d'ensemble et la fiabilité du produit assemblé. La présente invention concerne un module de traitement de signal pour disjoncteurs de protection contre les mises accidentelles à la masse, dans lequel le transformateur de courant différentiel et le transformateur d'excitation du neutre sont montés à partir d'une position verticale sur la plaquette à circuits de traitement de signal au moyen d'un procédé d'assemblage entièrement automatisé. L'intercon- nexion électrique entre les enroulements des transformateurs et la plaquette à circuits s'effectue au moyen de broches qui s'étendent à partir de la base de support des transfor- mateurs et de trous qui traversent la plaquette à circuits. L'interconnexion électrique entre les deux transformateurs est réalisée au moyen d'une barrette de connexion insérée automatiquement, qui comporte des parties en prolongement de forme tubulaire s'insérant dans les noyaux des transforma- teurs en forme de tores sur un c8té de la plaquette à circuits et au moyen d'une paire de barrettes de raccorde- ment, chaque barrette présentant une partie en prolongement tubulaire complémentaire pour traverser les ouvertures des transformateurs sur le côté opposé de la plaquette à circuits. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue de dessus en perspective du module de traitement de signal selon la présente invention, avec le transformateur d'excitation du neutre et la barrette de connexion en projection isométrique; - 4 - figure 2, une vue de dessus en perspective du module de traitement de signal assemblé de la figure 1, avec les barrettes de raccordement en projection isométrique; et figure 3, une vue de côté, en partie en coupe, du module de traitement de signal entièrement assemblé. Le module 10 de traitement de signal est représenté en figure 1 avant sa connexion au transformateur de courant différentiel 13 et avec le transformateur de neutre 12 déjà monté sur la plaquette 11 à circuits imprimés. La plaquette à circuits imprimés contient les circuits électriques décrits dans les brevets Howell cités ci-dessus et on se reportera à ces derniers pour y trouver une bonne descrip- tion de l'interaction électrique entre le transformateur de courant différentiel, la transformation d'excitation -de neutre, et le solénoïde 14 en réponse à une mise accidentel- le à la masse. Le transformateur de courant différentiel 13 est semblable à celui décrit dans la demande de brevet américain n 579 337 déposée le 13 février 1984, ayant pour titre: "Magnetic Sensor Module For A Ground Fault Circuit Interrupter" (Module de détecteur magnétique pour interrup- teur de circuit pour mise accidentelle à la masse) aux noms de R.A. Morris et coll., demande qui est incorporée ici à titre de référence. Pour réaliser automatiquement le montage complet du module de traitement de signal, on peut pré- assembler dans un processus séparé les transformateurs d'excitation de neutre et de courant différentiel 12, 13, puis les fixer par robot à la plaquette 11 à circuits imprimés. En variante, on peut assembler les deux transfor- mateurs dans un procédé de montage en continu, dans lequel la plaquette 11 à circuits imprimés est acheminée par un convoyeur et les composants individuels des transformateurs sont montés en série à partir de la position verticale, au- dessus de la plaquette à circuits, comme cela est représenté en figure 1. Le solénoïde 14 est d'abord fixé à la plaquette 11 à circuits imprimés, avec le plongeur 15 de solénoïde -5- orienté vers la partie découpée 11A de la plaquette. On dispose les deux transformateurs au-dessus d'une fente d'accès i6 ménagée à l'intérieur de la plaquette à circuits imprimés afin de permettre leur interconnexion au- moyen de barrette de connexion 30. On place un socle 18 en matériau isolant comportant un cylindre isolant vertical 19 sur la plaquette à circuits imprimés et dispose l'enroulement 23 du transformateur autour du cylindre isolant. La connexion électrique entre l'enroulement et la plaquette à circuits imprimés s'effectue au moyen des fils 26 du transformateur et de bornes 25 qui assurent la liaison électrique avec la plaquette à circuits imprimés par l'intermédiaire de broches 27 s'étendant à partir du fond des bornes 25 et de trous 28 s'étendant à travers la plaquette à circuits imprimés. On dispose une rondelle isolante 24 entre l'enroulement 23 et la fermeture métallique 22 du transformateur qui assujettit le socle isolant 18 au moyen de fentes 20 ménagées dans le fond du socle 18 et de pattes 21 s'étendant à partir de la fermeture 22 en étant en une pièce avec elle. Après connexion des transformateurs d'excitation de neutre et différentiel 12, 13 aux composants de la plaquette à circuits imprimés, on fixe la barrette de connexion 30 en insérant des cylindres conducteurs 31 à fente solidaire de la barrette, en deux pièces 31, après passage dans la fente d'accès 16, dans les ouvertures 29 ménagées dans les deux cylindres isolants 19 des transformateurs. Les parties étroites 33 s'étendant sur les deux côtés d'une fente 32 ménagée dans la barrette 30 relient électriquement les cylindres conducteurs 31, et la fente 32 permet le passage d'un fil isolé 46 qui est représenté, en figure 3, comme passant dans les deux cylindres 31. Des broches de connexion 17 sont reliées électriquement aux composants électroniques- montés sur la surface inférieure de la plaquette à circuits imprimés et s'étendent dans la direction du haut en traversant la plaquette à circuits imprimés pour permettre - 6 - la liaison électrique avec le connecteur 34 de charge du neutre en forme de barrette et le connecteur de ligne 35 du neutre en forme de barrette, comme représenté en figure 2. Apres raccordement électrique des transformateurs 12, 13 à - la plaquette 11 à circuits imprimés et insertion des cylindres conducteurs 31, on relie les connecteurs 34, 35 aux transformateurs en insérant des cylindres conducteurs 36, 37, s'étendant vers le bas à partir du fond des connecteurs, dans les cylindres conducteurs 31 s'étendant vers la haut à partir de la barrette de connexion 30 comme on l'a décrit précédemment en liaison avec la figure 1. D'une manière similaire à celle décrite dans la demande de brevet aux noms de R.A. Morris et coll. citée ci-dessus, l'une des pattes 21 s'étendant à partir de la fermeture 22 est reliée électriquement à la masse du circuit de manière à assurer la protection électromagnétique des enroulements 23 du transformateur. Une surface plate 39 formée sur le fond du connecteur de neutre 35 bute contre la partie supérieure de la fermeture métallique 22 et est reliée intégralement à une extrémité angulaire 45 par un conducteur en une pièce 41 ayant la forme d'un L. Le pied 41A du conducteur en forme de L présente une ouverture découpée 43 qui emprisonne l'une des broches de connexion 17 et assure la liaison électrique du connecteur 35 avec la plaquette à circuits imprimés. D'une façon similaire, une surface plate 38 formée sur le fond du connecteur 34 de charge du neutre bute contre la partie supérieure de la fermeture métallique 22. Une extrémité angulaire 44 est reliée à la surface 38 par un conducteur intégral 40 en forme de L qui comporte une ouverture 42 découpée dans le pied 40A afin d'emprisonner une autre broche de connexion 17 et relie électriquement le connecteur 34 à la plaquette à circuits imprimés. Les liaisons électriques avec les conducteurs (non représentés) du circuit extérieur et avec le module 10 de traitement de signal s'effectuent au moyen de bornes de raccordement 49, - 7 - dont l'une est représentée comme fixée, par exemple, à l'extrémité angulaire 44 du connecteur en forme de barrette de charge du neutre. On se reportera maintenant à la figure 3 qui repré- sente plus visiblement la liaison électrique entre les transformateurs d'excitation de neutre et de courant diffé- rentiel 12, cette figure montrant que le fil isolé 46 est disposé à l'intérieur de la fente 16 ménagée dans la plaquette 11 à circuits imprimés, s'étend vers le haut en traversant les deux cylindres conducteurs 31 et se termine à chaque extrémité par des embouts 47, 48 pour faciliter la connexion électrique avec le conducteur du circuit extérieur du neutre. Un trajet de pasage du courant dans le transfor- mateur d'excitation de neutre 12 et le transformateur de courant différentiel 13 est formé par les cylindres conduc- teurs 37, 31, la barrette de connexion 30 et les cylindres conducteurs 36, 31. L'autre trajet de passage du courant dans les transformateurs est formé par le fil isolé 46. On remarquera que les cylindres isolants 19 isolent électrique- ment les enroulements vis-à-vis des cylindres conducteurs et que l'isolement du fil 46 fournit un isolement suffisant pour tout courant le traversant. Le module 10 de traitement de signal complètement assemblé est maintenant prêt pour être monté dans un disjoncteur pour mises accidentelles à la masse de façon que le plongeur 15 du solénoïde s'étendant à partir du solénoïde 14 agisse mutuellement avec le mécanisme de déclenchement du disjoncteur d'une manière semblable à celle ayant été décrite dans le brevet de Klein et coll. cité ci-dessus. -8- REVENDICATIONS 1. Module de traitement de signal pour disjoncteur de protection contre les mises accidentelles à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de plaquette à circuits imprimés (11) contenant les composants du circuit électrique de traitement de signal sur l'une de ses surfaces et des broches (17) conductrices de l'électricité la traversent jusqu'à sa surface opposée afin d'assurer la liaison électrique avec les composants de traitement de signal et un circuit exté- rieur; - des moyens de transformateur (12, 13) sur la face opposée afin de détecter le courant traversant le circuit extérieur; et - un moyen de solénoïde (14) sur cette surface opposée pour répondre à des signaux électriques produits à l'inté- rieur du circuit de traitement de signal lors de l'appari- tion d'un courant de mise à la masse traversant le circuit extérieur. 2. Module de traitement de signal selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les moyens de transformateur (12, 13) comprennent un transformateur de courant d'excita- tion de neutre (12) présentant une ouverture et un transfor- mateur de courant différentiel (13) présentant une ouver- ture, qui sont disposés côte à côte sur la surface opposée. 3. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la plaquette à circuits imprimés (11) comporte en outre un moyen définissant une ouverture (16) pour permettre l'accès électrique aux trans- formateurs d'excitation de neutre et de courant différen- tiel. 4. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que les transformateurs d'excita- tion de neutre (12) et de courant différentiel (13) sont 9- disposés sur l'ouverture et une barrette de connexion (30) est disposée au-dessous de l'ouverture, d'o il résulte qu'une première paire de parties en prolongement (31) conductrice de l'électricité de la barrette de connexion s'étendent à travers l'ouverture et au moins partiellement à travers les ouvertures des transformateurs (12, 13). 5. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de barrettes de raccordement (34, 35) disposées sur les transformateurs d'excitation de neutre et de courant diffé- rentiel (12, 13), présentant chacune une seconde partie en prolongement (36,37) conductrice de l'électricité qui s'é- tend au moins en partie dans les ouvertures des transforma- teurs pour être en contact électrique avec la première paire de partie en prolongement conductrices (31) afin d'assurer une liaison électrique à travers les ouvertures des trans- formateurs. 6. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la barrette de connexion (30) comprend un moyen définissant une ouverture (32) pour recevoir un conducteur électrique (46) isolé électriquement de la barrette de connexion afin d'assurer une autre liaison électrique à travers les ouvertures de transformateur (12,13). 7. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que chacune des barrettes de raccordement (34, 35) comprend une extrémité angulaire (44, ) opposée à la partie en prolongement (36, 37) afin de fournir une liaison électrique avec le circuit extérieur. 8. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que chacune des barrettes de raccordement comprend en outre une ouverture (42, 43) découpée en un endroit intermédiaire entre la partie en prolongement et l'extrémité angulaire afin de recevoir les broches conductrices (17) de la plaquette à circuits - 10 - imprimés et assurer ainsi une liaison électrique entre chacune des barrettes et la plaquette à circuits imprimés. 9. Module de traitement de signal selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que chacune des parties électri- ques en prolongement (31) de la barrette de connexion comprend un premier cylindre d'un premier diamètre et chacune des parties en prolongement des barrettes de raccordement (36, 37) comprend un second cylindre d'un second diamètre, les premier et second diamètres étant tels que le montage se fait par emmanchement à force. 10. Module de traitement de signal selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les moyens de transformateur (12, 13) comportent en outre un élément métallique de fermeture (22) disposé audessus des enroulements (23) d'un transformateur et comportant une multitude de pattes (21) en une pièce avec l'extrémité de la fermeture, au moins l'une des pattes s'étendant à travers la plaquette à circuits imprimés (11) pour liaison électrique avec le circuit de traitement de signal. 11. Procédé de connexion électrique d'un module (10) de traitement de signal pour disjoncteur de protection contre les mises accidentelles à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: disposer une paire de transformateurs de courant (12, 13) représentant une ouverture sur une plaquette à circuits imprimés (11) comportant une fente (16); placer une barrette de connexion (30) au-dessous de la fente (16) de la plaquette à circuits imprimés, et, insérer l'une d'une paire de parties tubulaires creuses en prolongement (31) de la barrette dans chacune des ouvertures des transformateurs; et placer une paire de barrette de raccordement (34, 35) sur les ouvertures des transformateurs, et insérer une partie en prolongement tubulaire creuse (36, 37) de l'une des barrettes de raccordement dans l'une des ouvertures des - 1 - transformateurs de courant pour être en relation d'emmanche- ment à force avec l'une des parties en prolongement tubulaires creuses (31) de la barrette de connexion (30) et insérer une partie en prolongement tubulaire creuse de l'autre des barrettes de raccordement dans l'autre des ouvertures des transformateurs de courant par emmanchement à force avec l'autre des parties en prolongement tubulaires creuses de la barrette de connexion afin de former une première liaison électrique à travers la paire de transfor- mateurs. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à: emprisonner une première broche (17) s'étendant à partir de la plaquette à circuits imprimés (11) à l'inté- rieur d'une première ouverture (43) découpée dans l'une des barrettes de raccordement (35); et emprisonner une seconde broche (17) s'étendant à partir de la plaquette à circuits imprimés à l'intérieur d'une seconde ouverture (42) découpée dans l'autre barrette de raccordement (34) afin de relier électriquement la paire de barrettes de raccordement à la plaquette à circuits imprimés. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à disposer un conduc- teur électrique (46) dans les deux ouvertures des transfor- mateurs de courant (12, 13) et à isoler électriquement ce conducteur électrique vis-à-vis de la paire de barrettes de raccordement (34, 35) afin de former un second trajet de passage de courant à travers la paire d'ouvertures des transformateurs isolé vis-à-vis de la plaquette à circuits imprimés. 14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - insérer une première patte (27) s'étendant à partir d'une première fermeture métallique (22) autour de l'un des - 12 - transformateurs de courant à ouverture par passage dans une première ouverture (28) ménagée dans la plaquette à circuits imprimés (11) pour venir en liaison électrique avec un circuit de traitement de signal de la plaquette; et insérer une seconde patte (27) s'étendant à partir d'une seconde fermeture métallique autour de l'autre trans- formateur de courant à ouverture par passage à travers une seconde ouverture (28) ménagée dans la plaquette à circuits imprimés pour liaison électrique avec le circuit de traite- ment de signal.