Brevet FR2595863A1 — publié le 19870918

La présente invention concerne un interrupteur de circuit a haute vitesse à limitation du courant. Les mécanismes d'actionnement de contact à haute vitesse ont sensiblement réduit l'intensité du courant 5 devant être interrompu au moment de la séparation des contacts. Cette réduction de l'intensité du courant traversant les contacts au moment de la commutation a, à son tour, pour effet de diminuer l'importance de l'arc se produisant lorsque les contacts se séparent. Les dispositifs d'inter10 ruption de courant à corps solide de l'art antérieur, montés en parallèle entre les contacts, éloignent le courant de ces contacts au moment de leur fonctionnement et permettent par conséquent de les séparer d'une distance suffisante pour qu'il y ait extinction de l'arc produit lors de la sépara15 tion. Un commutateur supplémentaire, monté en série, s'ouvre alors pour couper totalement le courant. Une interruption d'un circuit dit "virtuellement sans arcs" s'obtient en déviant la majeure partie du courant du circuit de manière à l'éloigner du contact avant la mise en oeuvre de l'action20 neur des contacts pour en provoquer la séparation, de sorte qu'il subsiste un courant insuffisant pour maintenir un arc de quelque importance que ce soit. Le courant ainsi dévié passe tout d'abord par un transistor de puissance, puis par un varistor dans lequel il décroît rapidement jusqu'à zéro. L'un des problèmes soulevés par une telle inter- -2 ruption à haute vitesse d'un circuit à limitation du courant est la nécessité d'assurer que les contacts ne se séparent pas tant qu'il n'y a pas eu déviation du courant. Un certain moyen de synchronisation du fonctionnement de l'interrupteur 5 de courant à corps solide et de l'actionneur des contacts est nécessaire pour assurer cette fonction. L'un des buts de la présente invention est de prévoir un agencement de circuit dans lequel le courant dévié est, en soi, utilisé tant pour mettre a l'état conducteur l'interrupteur de courant à 10 corps solide que pour mettre en marche l'actionneur des contacts afin de les séparer dès qu'il y a eu déviation du courant du circuit. Un circuit de déviation de courant est connecté fonctionnellement à l'intérieur d'un bus de puissance con15 tenant une paire de contacts séparables afin d'éloigner le courant des contacts avant leur séparation. Un interrupteur de courant à corps solide monté en parallèle avec les contacts reçoit le courant dévié et provoque l'annulation du courant grâce à un élément fonction de la tension. Un 20 actionneur de contact connecté en série avec l'interrupteur de courant à corps solide fonctionne de manière A séparer les contacts dès que l'interrupteur devient opérationnel. Le circuit de déviation, l'interrupteur de courant à corps solide et l'actionneur des contacts sont interconnectés au 25 moyen des enroulements primaires d'un transformateur de courant discret afin de fournir la logique nécessaire pour qu'il y ait un fonctionnement synchrome des composants individuels du circuit. La description qui va suivre se réfère aux figures 30 annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une représentation schématique de l'interrupteur de circuit à haute vitesse à limitation du courant selon la présente invention; figure 2, une représentation schématique du cir35 cuit de déviation utilisé dans l'interrupteur de circuit de - 3 la figure 1; figure 3, une représentation schématique du circuit d'interruption du courant à l'intérieur de l'interrupteur de courant de la figure 1. figure 4, une vue de côté, en partie en coupe, de l'actionneur des contacts à l'intérieur de l'interrupteur de circuit de la figure 1; figure 5, une vue de côté, en partie en coupe, d'un autre actionneur de contact destiné à être utilisé dans 10 l'interrupteur de circuit de la figure 1; figure 6, une vue de côté, en partie en coupe, d'un autre actionneur de contact, destiné à être utilisé dans l'interrupteur de circuit de la figure 1, et figure 7, une vue de dessus de l'actionneur magne15 tique monté à l'intérieur de l'actionneur de contact de la figure 6. En figure 1, on a représenté un circuit interrupteur de circuit à limitation du courant, ayant pour référence 10, destiné a être monté dans un circuit de fourniture 20 d'énergie dans lequel une source d'énergie et une charge (non représentées) sont branchées, par l'intermédiaire de bornes 11, 12, à des conducteurs 13, 14, 15 et 23, comme cela est indique. Des contacts fixes 16, 17 sont dispos"s en série dans les conducteurs de manière à interrompre le 25 courant du circuit sur ordre. Un contact de shuntage 18 est solidaire d'un actionneur de contact 19 par l'intermédiaire d'une liaison de commande 20. L'actionneur de contact est, à son tour, relié à un interrupteur de courant 22 par des conducteurs 31 et 13. Un circuit 21 de déviation de courant 30 est monté en série avec les contacts par les conducteurs 15 et 23. La fonction du circuit de déviation de courant, tel qu'il est décrit dans la demande de brevet américain n 753 832, déposée le 11 août 1985 sous le titre "Arcless Circuit Interrupteur" (Interrupteur de circuit sans formation 35 d'arcs), illustré en figure 2, est de dévier le courant du circuit afin de l'1éloigner des contacts fixesavant la mise en oeuvre de l'actionneur de contact. En liaison avec la figure 2, un type de circuit 21 de déviation de courant comporte un transformateur de courant 50, ayant un noyau 25 5 et un enroulement secondaire 26, qui est branché à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire d'un redresseur en pont D1 - D4, aux collecteurs de transistors Q1 et Q2 et qui est relié à son autre extrémité à l'émetteur du transistor Q2. Un circuit de commande 29, relié au circuit 21 par des 10 conducteurs 27, 28, provoque le passage à l'état conducteur des transistors Q1 et Q2 sous l'effet d'un courant de base IV et par conséquent empêche l'établissement d'une tension aux bornes d'un varistor 24. Lorsqu'on souhaite transférer le courant Il passant par les contacts 16, 17 et 18 au 15 courant 12 traversant le conducteur 13, la commande de la base du transistor Qi est coupée. Cela permet l'établis1 sement de la tension aux bornes du varistor 24 et la production d'une tension V2 a l'enroulement secondaire 26, ce qui se traduit à son tour par une tension moindre V1 a 20 l'enroulement primaire 23'. La tension V1 apparaissant en série avec les contacts fixes 16, 17, provoque le transfert du courant I1 par courant les conducteurs 15, 23 au courant I2 traversant le conducteur 13 et atteignant l'actionneur de contact 19, et de là l'interrupteur de courant 25 22 par passage dans le conducteur 31. L'interrupteur de courant 22 est illustré en figure 3 et les mêmes numéros de référence seront utilises dans les figures 1 et 2, là o cela est possible. L'interrupteur de courant comprend un transformateur de courant 30 représenté par ses enroulements primaire et secondaire 14', 33 et son noyau saturable 32, transformateur qui est monté dans le conducteur 14. L'enroulement primaire 14' induit un courant entre base et émetteur d'un transistor Q3 au moyen de l'enroulement secondaire 33 et d'un conducteur 34. Le 35 transistor Q3 passe alors à l'état conducteur pour acheminer -5 -tout d'abord le courant du circuit jusqu'à ce qu'il y ait saturation du noyau saturable 32 associé aux enroulements primaire et secondaire, instant auquel le transistor Q3 passe A l'état non- conducteur et permet a la tension pré5 sente aux bornes du varistor 30 d'atteindre sa valeur de blocage et au varistor de devenir conducteur. Le courant I2 traverse alors l'interrupteur de courant 22, mais comme la tension du système est inférieure à la tension de blocage du varistor, le courant traversant le varistor décroît 10 rapidement jusqu'à zéro. Après passage A l'état conducteur du transistor Q3, le courant 12 passe par le conducteur 31 pour atteindre l'actionneur de contact 19 décrit en figure 4. L'actionneur de contact est relié aux conducteurs 13, 31 au moyen d'un enroulement primaire 31' dispose autour du 15 noyau 37 d'un transformateur, la connexion électrique se faisant au moyen de bornes 35, 36. L'actionneur de contact est semblable A celui décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis n 814 865, déposée le 30 décembre 1985 et ayant pour titre "High Speed Contact Driver for Circuit Inter20 ruption Device", (Dispositif d'entraînement de contact a haute vitesse pour disposition d'interruption de circuit). La liaison 20 de commande de l'actionneur de contact comporte une paire de fils parallèles espacés 39, 40 dans lesquels une impulsion de courant induit 13 circule dans 25 des directions opposées de manière A repousser électromagnétiquement les fils et soulever le contact de shuntage 18 pour l'éloigner des contacts fixes 16, 17, comme cela est représent6 par la ligne en traits interrompus. Un ressort de compression 41 disposé entre un bloc isolé 45 et le support 30 38 du transformateur sollicite le contact de shuntage à l'encontre de la force de fermeture des contacts développée par un ressort de tension 42 de manière A faciliter un mouvement rapide d'élévation du contact de shuntage. La liaison électrique avec les conducteur 13, 15 est réalisé 35 par des conducteurs 43, 44 qui sont connectés A des montants - 6 isolés de support 46, 47 au moyen de vis 48. En liaison avec les figures 1-4,-la logique pour le séquencement du transfert du courant de Il â 12 et pour la production de l'impulsion de courant 13 est four5 nie par les circuits de commande 29. Le noyau 25 du transformateur à l'intérieur du circuit de déviation 21 est étudié pour assurer qu'il ne se sature pas dans le temps nécessaire à la séparation des contacts. Le noyau 32 du transformateur se trouvant dans le circuit interrupteur de 10 courant 22 est choisi spécifiquement pour se saturer dans un laps de temps prédéterminé de manière a rendre le transistor Q3 non-conducteur après la séparation des contacts et à permettre a la tension présente aux bornes du varistor 30 d'augmenter jusqu'à sa tension de blocage. Un actionneur de contact 19 est représenté en figure 5, dans laquelle le transformateur de courant 37 de la figure 4 est supprimé et la liaison électrique des conducteurs 13, 31 avec les segments de fil 39, 40 est réalisée directement par branchement aux bornes 35, 36. Cela permet 20 au courant 12 de repousser par effet électromagnétique les segments du fil et de soulever le contact de shuntage 18 pour supprimer sa liaison électrique avec les contacts fixes 16, 17, comme cela est indiqué. Un tube isolant 51 est fixe au contact de shuntage 18 et le fil traverse le tube de 25 manière à 6viter une liaison électrique entre le fil et les contacts fixes. En liaison maintenant avec la figure 6, un actionneur de contact 52, avec les conducteurs 43, 44 reliés électriquement au moyen du contact de shuntage 18, emploie 30 un actionneur magnétique 63 pour entraîner le contact de shuntage afin de cesser sa liaison 1électrique avec les contacts fixes 16, 17. Une paire de fils 53, 54 ressemblant a des ressorts sont incurvés de manière à développer une force de fermeture des contacts entre le contact de shuntage 35 et les contacts fixes et le courant 12 peut être applique, - 7 en option, aux fils par l'intermédiaire de bornes 55, 56. Les fils ressemblant à des ressorts s'étendent a travers une fente 59 ménagée dans une structure magnétique 57 constituée d'une multitude de tôles magnétiques fendues 58. La struc5 ture magnétique renforce la force magnétique agissant sur les fils ressemblant à des ressorts et accroît leur répulsion électromagnétique. Les fils sont fixés à un bloc isolant 60, lequel est à son tour assujetti à une extrémité d'un montant isolant de support 61 au moyen d'un boulon 62. 10 L'autre extrémité du montant de support est fixée au conducteur 44 au moyen d'un autre boulon 62. Cependant, le courant 12 est de préférence appliqué à des bornes 66, 67 fixées aux extrémités d'un conducteur en labyrinthe 65, disposé dans le stator magnétique 72 pour exciter ce dernier et 15 attirer magnétiquement une armature plate 64 dans la direction indiquée. Un trou 68, ménagé perpendiculairement à la plaque magnétique et au stator, guide un axe d'entraînement 69 disposé à l'intérieur du trou et l'armature entraîne rapidement l'axe contre le contact de shuntage, ce qui a 20 pour effet de faire prendre à ce contact de shuntage la position ouverte représentée en tirets. Un chapeau isolant 70 monté à l'extrémité de l'axe d'entraînement évite que le courant ne passe entre le contact de shuntage et l'actionneur magnétique. L'agencement du conducteur en labyrinthe 65 25 à l'intérieur du stator magnétique 72 est représenté en figure 7, dans laquelle l'actionneur magnétique 63 est illustré alors que l'armature plate est enlevée. La position perpendiculaire de l'axe d'entraînement 69 à l'intérieur du trou 68 permet à l'armature de déplacer l'axe d'entraînement 30 sous l'effet du champ magnétique optimum développé dans le stator par le conducteur en labyrinthe. On vient de montrer qu'on peut obtenir une séparation de contacts sans qu'il y ait virtuellement formation d'un arc et une interruption d'un circuit au moyen d'un 35 circuit de déviation contrôlé en combinaison avec un action- - 8 neur de contact à haute vitesse et un interrupteur de courant, d'o il résulte que le courant du circuit s'éloigne tout d'abord des contacts pour traverser l'interrupteur de courant avant qu'il y ait mise en oeuvre de l'actionneur des contacts dans le but d'interrompre le circuit. - 9 REVENDICATIONS 1. Interrupteur de circuit, caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de contacts séparables (16, 17, 18) 5 disposés de manière à être traverses par le courant du circuit; un moyen de circuit de déviation (21) électriquement en série avec les contacts afin de dévier une partie du courant du circuit pour l'1éloigner des contacts avant leur 10 séparation afin d'éviter qu'un arc ne se forme entre les contacts lors de leur séparatoion; un moyen de circuit interrupteur de courant (22) en parallèle avec les contacts et le circuit de déviation afin de conduire la partie déviée du courant du circuit et 15 ensuite interrompre le courant du circuit; et un moyen pour séparer les contacts afin d'interrompre le reste du courant du circuit, ce moyen de séparation des contacts comportant un conducteur électrique en série avec le circuit interrupteur et étant disposé dans un 20 actionneur électromagnétique de contact (19) afin d'agir sur les contacts après que ladite partie du courant du circuit ait été éloignée des contacts. 2. Interrupteur de circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts séparables comprennent 25 une paire de contacts fixes (16, 17) et un contact de shuntage (18). 3. Interrupteur de circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de circuit interrupteur (22) comporte un transistor (Q3) et un varistor (30) 30 reliés électriquement en étant montés en parallèle l'un avec l'autre. 4. Interrupteur de circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'actionneur de contact (19) comporte une paire de conducteurs électriques espacés (39, 40; 35 53, 54), fixés à une extrémité du contact de shuntage (18) - 10 de manière a soulever ce contact lors de la répulsion électromagnétique s'exerçant entre les conducteurs électriques espacés. 5. Interrupteur de circuit selon la revendication 5 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de courant ayant un enroulement primaire (14') en série avec le circuit interrupteur (22) et un enroulement secondaire (33) relié au conducteur (31) de l'actionneur de contact afin de provoquer l'isolement électrique dudit actionneur. 6. Interrupteur de circuit, caractérisé en ce qu'li comprend: une paire de contacts séparables (16, 17) parcourus par le courant du circuit et un contact de shuntage (18) disposé entre les contacts séparables; un actionneur de contact (19) relié au contact de shuntage à l'une de ses extrémités afin de soulever ce contact et l'éloigner des contacts séparables dans le but d'interrompre le courant du circuit, cet actionneur comportant une paire de fils espacés (39, 40; 53, 54) disposés de 20 manière à se repousser électromagnétiquement; un circuit de déviation (21) comportant un transformateur de courant (50) ayant un enroulement primaire en série avec les contacts séparables et un enroulement secondaire (26) en parallèle avec un transistor (QI' Q2) et un varistor (24), d'o il résulte que l'enroulement primaire induit une impédance dans le circuit des contacts séparables afin de transférer le courant du circuit; un circuit interrupteur de courant (22) en série avec les contacts séparables afin de conduire le courant du 30 circuit pour l'éloigner des contacts séparables avant l'élévation du contact de shuntage (18) pour éviter la formation d'un arc entre le contact de shuntage et les contacts séparables, le Circuit interrupteur comportant un second varistor (30) et un second transistor (Q3) reliés électrique35 ment en parallèle l'un avec l'autre et avec les contacts - 11 séparables; et un second transformateur de courant ayant un enroulement primaire supplémentaire (14') en série avec le varistor et le transistor et un enroulement secondaire 5 supplémentaire (33) connecté en série avec la paire de fils espacés, d'o il résulte que le courant du circuit traversant le circuit de déviation excite le transformateur de courant pour fournir un courant de sortie traversant la paire de fils espacés de manière à provoquer une répulsion 10 électrodynamique des fils et soulever le contact de shuntage pour l'éloigner des contacts séparables lorsque le courant traverse le circuit de déviation. 7. Interrupteur de circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'actionneur de contact (52) com15 porte un stator magnétique (72) renfermant un conducteur en labyrinthe (65) et une armature plate (64) à proximité du stator, un axe d'entraînement (69) solidaire du contact de shuntage (18) et soumis à l'impact de l'armature plate pour soulever le contact de shuntage et l'éloigner des contacts 20 fixes (16, 17) lors de l'application d'un impulsion de courant au conducteur en labyrinthe. 8. Interrupteur de circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conducteurs électriques espacés (53, 54) sont disposes à l'intérieur d'une fente (59) mé25 nagée dans une multitude de tôles magnétiques (58) afin de renforcer la répulsion magnétique des conducteurs électriques espacés. 9. Interrupteur de circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conducteurs électriques espacés 30 (53, 54) sont incurvés dans des directions opposées de manière à développer une force de fermeture de contact entre le contact de shuntage (18) et les contacts fixes (16, 17).