Brevet FR2575325A1 — publié le 19860627

L'apparition d'un- interrupteur limiteur de courant à semiconducteur, fut à l'origine d'une relation synergétique entre les contacts de l'interrupteur de circuit et le mécanisme de commande des contacts. Si on monte un commutateur à semiconducteu-r en parallèle avec les contacts, le courant est détourné des contacts au moment même de leur séparation pour diminuer de manière importante l'énergie de formation d'arc; il en résulte que effet néfaste des arcs sur les contacts est essentiellement éliminé. Cela permet à son tour de prévoir des contacts de dimensions beaucoup plus petites, donc de réduire tant leur masse thermique que leur masse inertielle. La diminution de la masse inertielle a pour effet de permettre une séparation plus rapide des contacts et par conséquent l'interruption du circuit au tout début de la forme d'onde du courant.La masse inertielle plus petite des contacts autorise l'emploi d'un contact de shuntage entre une paire de contacts. L'agencement avec contact de shuntage se traduit par une nouvelle réduction de la masse des contacts d'une valeur telle qu'on peut obtenir une séparation encore plus rapide, et qu'il permet une"interrup- tion du courant à des stades plus avancés correspondants de la forme d'onde du courant. La présente invention a pour objet un ensemble d'entraînement de contact à haute vitesse ayant pour fonction de séparer rapidement un contact de shuntage et une paire de contacts fixes. Le brevet des Etats-Unis n" 3 215 796 décrit l'utilisation du courant du secteur pour induire un courant dans une boucle comprenant des conducteurs parallèles très peu espacés dans le but de les écarter et de séparer les contacts mobiles de leurs contacts fixes correspondants. Le brevet de-s Etats-Unis nO 3 168 626 décrit un coupe-circuit faisant appel aux forces de répulsion produites par des courants de défaut circulant suivant des directions opposées dans des éléments fusibles, parallèles et étroitement espacés, pour provoquer la rupture de l'un de ces éléments ou des deux éléments et donc interrompre le circuit défectueux. Le brevet des Etats-Unis nO 3 002 065 décrit l'utilisation de courants du secteur excessifs circulant suivant des directions opposées dans des colonnes conductrices de manière à provoquer la répulsion de l'une des colonnes et créer ainsi un trajet de shuntage pour protéger un appareil de mesure. La présente invention a pour objet un agencement d'entraînement de contact à grande vitesse dans lequel on utilise une impulsion élevée de courant pour repousser électrodynamiquement une paire de conducteurs servant de support de contact pour un contact de shuntage disposé entre une paire de contacts montés dans un circuit protégé pour produire sur ordre une interruption du circuit extrêmement rapide. Selon la présente invention, un ensemble d'entre nement de contact à grande vitesse dans lequel un contact de shuntage est assujetti élastiquement à un ressort en porte-à-faux et porté par une paire de conducteurs électriques étroitement espacés. Le contact de shuntage est sollicité de manière à venir réaliser une connexion électrique avec une paire de contacts fixes au moyen d'un ressort de contact. L'application d'une impulsion de courant aux conducteurs provoque une répulsion électrodynamique des conducteurs et le soulèvement du contact de shuntage, ce qui a pour effet de l'éloigner des contacts fixes à l'encontre de la sollicitation exercée par le ressort de contact. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement - Figure 1 une vue en plan, en partie en coupe, de l'ensemble d'entraînement de contact à grande vitesse selon la présente invention; - Figure 2A et 2B, des vues en plan, en partie en coupe, de l'ensemble d'entraînement de contact de la figure 1 avant et après excitation; Figure 3, des courbes de la force de séparation du contact de shuntage en fonction de la distance de sépara- tion entre le contact de shuntage et les contacts fixes; et - Figure 4, une vue en plan, en partie en coupe, d'un autre mode de réalisation de l'ensemble d'entràînement de contact à grande vitesse représenté en figure 1. En figure 1, on a représenté à titre dlillustra- tion un mode de réalisation d'un ensemble d'entraînement 10 de contact à grande vitesse selon la présente invention, dans lequel deux conducteurs rigides 11, 12, portant chacun un contact fixe 13, 14, sont reliés par un contact de shuntage 15. Le contact du shuntage est supporté par deux conducteurs 20, 21 dont une extrémité est fixée au contact de shuntage de sorte que celui-ci relie les deux conducteurs en série . Les extrémités opposées des deux conducteurs sont respectivement reliées à deux bornes 22, 23 au moyen de deux vis 24, 25. La connexion électrique aux deux conducteurs s' effectue en branchant une source d'énergie aux deux vis. Un bloc de matériau isolant 16 ayant une masse prédéterminée M1 est fixé à une extrémité d'un ressort en porte-à-faux 18 au moyen d'une vis 19 et le ressort est assujetti à un support 17 à son extrémité opposée par une autre vis. On choisit la masse M2 du contact de shuntage 15 de façon qu'elle soit tres petite par rapport à la masse M1 du matériau isolant. Un ressort de contact 26 est fixé à l'une de ses extrémités au contact de shuntage et son autre extrémité est solidaire d'un support 27. On ajuste la tension exercée par le ressort 26 de manière à réaliser une bonne liaison électrique entre le contact de shuntage et les contacts fixes, cette tension étant en opposition avec la force à laquelle sont soumis les conducteurs 20, 21 sous l'effet du ressort 18.Lorsqu'on utilise l'ensemble drentraînement de contact dans un interrupteur de circuit, le courant I2 du circuit traverse les conducteurs rigides 11, 12 dans la direction indiquée, en passant par les contacts fixes 13, 14 et le contact de shuntage 15 . On ajuste la longueur 11 des conducteurs 20, 21 et la distance d1 les séparant de façon à assurer qu'une impulsion de courant I1 commandée, prédéterminée, ayant la direction indiquée dans la figure, produira une répulsion électrodynamique entre les deux conducteurs d'une valeur suffisante pour vaincre la sollicitation due au ressort 26 et séparer rapidement le contact de shuntage des contacts fixes dans un laps de temps incrémen- tiel de 10-100 microsecondes à partir de l'application de l'impulsion de courant I1. La boucle de courant formée entre la vis 24 de borne, le conducteur 21, le contact de shuntage 15, le conducteur 20 et la vis 25 de borne est illustrée en figure 2à) alors qu'aucun courant ne circule dans la boucle et qu'un champ magnétique permanent est produit dans la partie centrale des conducteurs représentée par le rectangle en tirets 30. On décrira ci-après, en liaison avec la figure 3, l'augmentation importante des forces électrodynamiques de répulsion qu'exerce sur les conducteurs l'addition du champ magnétique. L'effet des forces électrodynamiques, représentées par F1 et F1, et agissant dans les directions indiquées, est représenté en figure 2(b) pour comparaison avec la figu re 2(a). On remarquera que la distance de séparation d2 entre les deux conducteurs lors de la répulsion électrodynamique est sensiblement supérieure à la distance initiale de séparation dl et que le contact de shuntage 15 s'est éloigné du contact fixe 13 suivant un incrément dl La grande distance de séparation d2 est le résultat de l'action de la force de répulsion F1, qui est proportionnelle au produit de l'intensité du courant I1 par l'intensité du champ magnétique 30. La force exercée sur le contact de shuntage est représentée par le vecteur F2, celle-ci ayant le sens indiqué et une valeur égale à la force F2, agissant sur le bloc 16 dans la direction opposée.Comme la masse M2 du contact 15 est beaucoup plus petite que la masse M1 du bloc 16, les forces F2 et F2, de même valeur produiront une accélération du contact 15 beaucoup plus grande que celle du bloc 16. Ainsi, dans le laps de temps de 100 microsecondes, le bloc 16-reste pratiquement. En figure 3, la référence 28 représente la courbe de la variation de la force F2 agissant sur le contact de shuntage en fonction de la distance séparant le contact de shuntage et les contacts fixes en l'absence du champ magnétique permanent 30. On remarquera que la force F2 est initialement très élevée, de l'ordre de 45 kg, de manière à conférer une accélération importante lors de l'application de l'impulsion de courant I1, et qu'elle diminue rapidement lorsque le contact de shuntage 15 se sépare des contacts fixes 13, 14 et que la distance de séparation passe de 0 à quelques centièmes de millimètre. La courbe 29 en figure 3 représente l'effet du champ magnétique permanent 30 pour augmenter la force agissant sur le contact de shuntage pour des valeurs plus grandes de la distance de séparation des contacts. En figure 4, on a représenté un autre mode de réalisation d'un ensemble 10 d'entraînement de contact à grande vitesse, les mêmes numéros de référence étant utilisés dans tous les cas où cela est possible. La boucle du courant est formée par le conducteur 20, le contact de shuntage 15 et le conducteur 21. Une plate-forme 35 en matériau isolant, supportée par deux montants 17, 31 également en matériau isolant, présente une ouverture 36 permettant le passage des deux conducteurs et sert de support à un ressort en spirale 33 qui sollicite le contact de shuntage à l'encontre de l'action du ressort de contact 26 à la manière du ressort en porte-à-faux 18 décrit précédemment en liaiso-n avec l'agencement de la figure 1. La plate-forme et les conducteurs rigides 11, 12 sont fixés aux montants 17, 31 au moyen de vis 19 comme cela est représenté.Les conducteurs 20, 21 sont disposés sous forme d'enroulement secondaire à -spire unique entourant un noyau toroïdal 32, l'enroulement primaire 34 comportant plusieurs spires et étant connecté à un circuit extérieur par des bornes 22, 23 et des vis de borne 25, 24. Le noyau toroïdal est fixé au bloc isolant 16 et contribue à l'augmentation de la masse du bloc, ce qui a un effet bénéfique sur la relation entre cette masse et celle du contact de shuntage comme on l'a décrit antérieurement. Une impulsion de courant appliquée aux bornes 22, 23 est amplifiée par le transformateur que constitue le noyau et est induite dans les conducteurs 20, 21 pour fournir le courant prédéterminé I1 circulant dans les directions indiquées pour séparer les conducteurs. On vient de montrer qu'on peut obtenir une séparation extrêmement rapide de contacts malgré une force élevée de maintien, telle que celle exercée par le ressort de contact 26 sur un contact de faible masse, Mlj par rapport -à une force de séparation de contacts moins grande, par exemple la force à laquelle est soumise une masse importante, M2, sous l'effet du ressort en porte-à-faux 18. Lorsquton applique des forces électrodynamiques pour augmenter la force de séparation des contacts, cette masse importante reste pratiquement fixe, ce qui se traduit par une accélération élevée au conimencement de la séparation, situation extrêmement souhaitable pour limiter la valeur du courant de commutation. On comprendra qu'on peut utiliser des impulsions plus élevées de courant telles que I1 en mime temps que des champs magnétiques plus intenses pour augmenter encore les forces de séparation et par conséquent obtenir une séparation plus rapide des contacts. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'entraînement (10) de contacts à grande vitesse pour l'interruption d'un circuit électrique, caractérisé en ce qu'il comprend - une paire de conducteurs électriques (20, 21) placés côte à côte et s'étendant entre des premier et second ressorts (18, 26); - un contact de shuntage (15) supporté par les conducteurs électriques et disposé de manière à assurer une liaison électrique entre une paire de contacts fixes (13, 14); et - un moyen pour fournir une impulsion de courant prédéterminée CI1) aux conducteurs afin de provoquer leur répulsion électrodynamique et la séparation sur commande du contact de shuntage et des contact fixes. 2. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ressort (18) sollicite le contact de shuntage (15) pour l'éloigner des contacts fixes (13, 14), et et second ressort (26) sollicite le con- tact de shuntage pour le rapprocher des contacts fixes. 3. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qui comprend en outre un bloc isolant (16) monté entre le premier ressort (18) et la paire de conducteurs électriques 20, 21) afin de supporter cette deux nière. 4. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paire de conducteurs rigides (11; 12) supportant les contacts fixes (13, 14), l'un des contacts fixes étant disposé à une extrémité de chacun des conducteurs rigides. 5. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ressort (18) exerce une première force sur le contact de shuntage (15) et le second ressort (26) exerce une seconde force sur le contact de shuntage, la première force étant- inférieure à la seconde. 6. Ensemble d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc isolant (16) présente une première masse et le contact de shuntage (15) une seconde masse, la seconde masse étant inférieure à la première afin d'accélérer la séparation du contact de shuntage et des contacts fixes (13, 14). 7. Ensemble d'entraînement selon la revendication 3s caractérisé en ce que le premier ressort (18) est monté en porte-à-faux par rapport au bloc isolant (16) et à un support fixe (17) afin de permettre le déplacement du bloc isolant, des conducteurs (20, 21) et du contact de shuntage (15) dans un premier plan de mouvement. 8. Ensemble d'entraînement selon la revendicaton 7, caractérisé en ce que les deux conducteurs électriques 20, 21) s'éloignent l'un de l'autre dans un second plan de mouvement perpendiculaire au premier plan. 9. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second ressort (26) est un ressort en spirale. 10. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'impulsion de courant comprend une première borne (22) et une seconde borne (23), la première borne étant, connectée à l'un des conducteurs (20) à l'une de ses extrémités et la seconde borne l'étant à l'autre conducteur (21) à l'une de ses extrémités. 11. Ensemble d'entraînement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (20, 21) sont reliés ensemble à leur extrémité opposée aux première et seconde bornes (22, 23) par l'intermédiaire du contact de shuntage (15). 12. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paire de conducteurs (20, 21) comprend un premier et un second fil ayant une même longueur de valeur prédéterminée et disposés de façon que la distance les séparant soit inférieure à la longueur prédéterminee. 13. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'impulsion de courant comprend un noyau toroïdal (32), et la paire de conducteurs électriques (20, 21) est disposée de manière à constituer au moins une spire d'enroulement secondaire du noyau. 14. Ensemble d'entraînement selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une spire d'enroulement primaire (34) sur le noyau. 15. Ensemble d'entraînement selon la revendication 13, caractérisé en ce que le noyau toroïdal (32) est fixé dans un bloc isolant de support (16) comportant des moyens (22, 25; 23, 24) pour réaliser la connexion électrique avec la paire de conducteurs (20, 21). 16. Ensemble d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une plate-forme de support (35) dans laquelle est ménagée une ouverture (36) pour permettre le passage de la paire de conducteurs (20, 21). 17. Ensemble d'entraînement selon la revendication 15, caractérisé en ce que le premier ressort (33) est un ressort en spirale disposé autour de la paire de conducteurs (20, 21) et entre le bloc de support (16) du noyau et la plate-forme de support (35).