Brevet FR2604311A1 — publié le 19880325

La présente invention concerne un disjoncteur équipé d'un actionneur électronique autonome de déclenche- ment. Dans la demande de brevet français n 87 09492 on décrit un disjoncteur en bottier moulé qui comporte un ensemble de déclenchement et un module auxiliaire communs pour le montage sur place d'un dispositif assurant une fonction annexe facultative. Le disjoncteur contient seule- ment les transformateurs de détection du courant et le circuit électronique de traitement du signal, lesquels sont montés dans une enceinte commune avec le mécanisme de ma- noeuvre du disjoncteur. La combinaison de l'ensemble de déclenchement et du module auxiliaire assure le déclenche- ment en dérivation pour surcharge et pour sous-tension au moyen d'un actionneur commun de déclenchement. Cette demande est incorporée ici à titre de référence et doit être revue pour son enseignement de l'interaction mécanique de l'en- semble de déclenchement et du module auxiliaire avec le mécanisme d'interruption du disjoncteur. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 817 213 décrit un mécanisme de manoeuvre d'un disjoncteur compact, qui est assemblé automatiquement, en partie, et qui est interchangeable avec des disjoncteurs ayant des valeurs d'étalonnage en ampérage différentes. Cette demande est 2- incorporée ici à titre de référence et doit être revue pour sa description d'un mécanisme de manoeuvre semblable à celui utilisé dans le disjoncteur de la présente invention. Les disjoncteurs en bottier moulé assurent la protection contre les surcharges en répondant à des inten- sités parcourant un circuit protégé qui dépassent des seuils prédéterminés. Tant dans les disjoncteurs pour résidence que dans les disjoncteurs industriels à faible régime, un en- semble thermo-magnétique de déclenchement répond à de tels seuils de courant en venant en contact avec le mécanisme de manoeuvre et en articulant ce dernier dans le but de séparer les contacts du disjoncteur. Des ensembles électroniques de déclenchement peuvent être employés dans les disjoncteurs industriels d'intensité nominale plus élevée et nécessitent un actionneur intermédiaire pour articuler le mécanisme de manoeuvre, en général sous forme d'un solénoYde déclenché magnétiquement. Une impulsion de courant appliquée au sol'- noïde produit un flux magnétique opposé permettant à l'ac- tionneur de se déclencher sous l'effet de la sollicitation exercée par un ressort chargé. Lorsqu'on emploie dans un tel disjoncteur industriel un ensemble de déclenchement contre les surcharges et un module auxiliaire tels que ceux décrits dans la demande de brevet citée en premier, on doit prévoir une logique supplémentaire de circuit pour chaque fonction annexe. La logique de protection contre les surcharges est fournie par le processeur de signaux de l'ensemble électro- nique de déclenchement, qui répond seulement à des états de surcharge. Des circuits logiques séparés sont nécessaires pour les ensembles de déclenchement pour sous-tension et les ensembles de déclenchement en dérivation. La présente invention a pour objet un circuit électronique de commande pour un ensemble de déclenchement en cas de sous-tension, couplé à un actionneur commun qui fournit séparément une possibilité de déclenchement en cas de surcharge. Les composants du circuit électronique de -3l'ensemble de déclenchement pour sous-tension sont portés par une plaquette séparée de câblage qui est solidaire de la bobine de déclenchement pour sous-tension. La description qui va suivre se réfère aux figures annexés qui représentent, respectivement: figure 1, une vue en perspective de dessus, en projection isométrique, d'un disjoncteur comportant un module d'actionneur électronique de déclenchement selon la présente invention; figure 2, une vue de dessus d'une partie du dis- joncteur décrit en figure 1; figure 3, une vue en perspective de dessus, en projection isométrique, du module d'actionneur électronique de déclenchement de la figure 1. figure 4, une représentation schématique du cir- cuit de commande pour la bobine de déclenchement en cas de sous-tension illustrée en figure 3. figure 5, une courbe du courant de déclenchement en cas de sous-tension traversant le transistor à effet de champ compris dans le circuit de la figure 4; et figure 6, une représentation schématique d'une variante de circuit de commande pour la bobine de déclen- chement en cas de sous-tension de la figure 3. En figure 1, on a représenté en 10 un disjoncteur industriel en boîtier moulé de faible ampérage, utilisé par exemple dans les panneaux d'éclairage. Le disjoncteur com- prend un bottier 11 en matériau plastique et un couvercle 12 en matériau plastique fixé au bottier par des rivets ou des vis. Un ensemble 13 formant traverse est disposé dans le bottier avec un bras 14 s'étendant à partir de lui et por- tant un contact mobile 15 à l'une de ses extrémités, qui vient toucher un contact fixe 16 pour compléter le circuit électrique traversant le disjoncteur. Un mécanisme de ma- noeuvre 9 est placé sur la traverse et est en interface avec le bras du contact mobile pour provoquer la séparation - 4 - automatique des contacts lorsqu'un actionneur mécanique 19 disposé sur le module 18 de l'actionneur électronique (dési- gné ci-après par "module d'actionneur") heurte une partie 21 en prolongement d'une barre de déclenchement de manière à articuler ce mécanisme de manoeuvre. Comme cela est décrit dans la demande de brevet n 87 09492 citée ci-dessus, l'actionneur mécanique 19 est déclenché magnétiquement à l'encontre de la sollicitation exercée par un ressort de compression 20 monté sur la paroi latérale de l'actionneur. Une poignée de manoeuvre 17 s'étend à travers le couvercle pour permettre l'ouverture et la fermeture manuelles des contacts et pour réarmer le mécanisme de manoeuvre après un déclenchement. Une porte 23 montée sur le couvercle permet l'accès à l'actionneur au moyen d'une ouverture 22 ménagée dans le couvercle. En figure 2, on a illustré le module d'actionneur 18, le couvercle étant enlevé pour avoir accès à la bobine 26 de déclenchement pour sous-tension et à la bobine 27 de déclenchement en dérivation que contient l'actionneur. Un circuit de contrôle de sous-tension est disposé sur une plaquette 28 à circuits imprimés en une pièce avec la struc- ture de support de la bobine de sous-tension et une paire de connecteurs électriques 40 s'étend à partir de cette pla- quette pour fournir des signaux électriques d'entrée a la bobine de sous-tension. Un circuit de commande de déclenche- ment en dérivation est disposé sur une plaquette 29 à cir- cuits imprimés de déclenchement en dérivation et une paire de connecteurs électriques 39 de déclenchement en dérivation s'étend à partir de la plaquette 29 pour fournir des signaux d'entrée à la bobine de déclenchement en dérivation. Deux transformateurs de courant 25 fournissent une entrée élec- trique à partir de bornes de charge 24 au processeur de signal de l'ensemble de déclenchement situé sur sa plaquette a circuits imprimés 51 au dessous du module d'actionneur 18. Un dispositif d'enclenchement magnétique 52 utilise une -5- armature 30 (figure 3) pour commander le fonctionnement de l'actionneur mécanique 19 par rapport la partie 21 de pro- longement de la barre de déclenchement et au mécanisme 9 de manoeuvre du disjoncteur, comme cela est pleinement décrit dans la demande de brevet français n 87 09492. En ce référant maintenant à la figure 3, on peut voir l'agencement de travail entre l'armature 30 placée sur l'intérieur du couvercle annexe 31 et sollicitée contre le couvercle par un ressort de compression 32. L'agencement de la bobine 26 de déclenchement pour sous-tension avec la plaquette à circuits imprimés 28 permet d'introduire la bobine par le haut dans une branche 34 du stator 33 en forme de U au cours d'une seule opération. Un aimant 60 monté sur le sommet de la branche 34 fournit le flux magnétique au stator magnétique 33 nécessaire au maintien de l'armature 30 a l'encontre de la sollicitation de déclenchement exercée par le ressort de compression. Le même agencement pour la bobine 27 de déclenchement en dérivation sur la plaquette à circuits imprimés 29 permet à cette bobine d'être montée sur l'autre branche 35 du stator au-dessus de la bobine de déclenchement 36, qui y est pré-positionnée. Les fils 37 de la bobine de déclenchement relient directement la bobine à la plaquette a circuits imprimés 51 de l'ensemble de déclen- chement, représenté en figure 2. On place alors le stator 33 en forme de U dans le bottier 38 et fixe le couvercle 31 de manière à aligner automatiquement l'armature 30 et les deux branches 34, 35 du stator pour compléter l'assemblage du module d'actionneur 18. La bobine 26 de déclenchement pour sous-tension comporte un shunt magnétique 61 qui diminue le flux magnétique dans le stator 33 produit par l'aimant permanent 60 disposé au sommet de la branche 34 du stator, de sorte que la force magnétique s'exerçant sur l'armature est insuffisante pour la maintenir a l'encontre de la sollicitation due au ressort de compression 32, lorsque la bobine de déclenchement pour sous-tension n'est pas alimen- tée. -6- En figure 4, on a représenté le circuit de com- mande 41 pour le fonctionnement de la bobine 26 de déclen- chement pour sous-tension, et ce circuit comprend une paire de bornes 43, 44 qui sont connectées a un circuit extérieur fournissant un signal de déclenchement pour sous-tension à des bus positif et négatif 45, 46, par l'intermédiaire d'un redresseur en pont 42 constitué de diodes D1-D4. Le bus positif est connecté a une branche d'un diviseur de tension constitué de résistances Ri, R2. Le signal provenant du bus positif développe une tension de test aux bornes de la résistance R1 qui est appliquée à la base d'un transistor de commutation bipolaire 48 par l'intermédiaire d'une diode Zener 47 et d'un conducteur 53. La diode Zener est rendue conductrice à une tension de verrouillage prédéterminée qui est égale à environ 70% du signal de déclenchement pour sous-tension apparaissant entre les bornes 43, 44. La résis- tance R2 forme l'autre branche du diviseur de tension et une autre résistance R3 connecte la diode Zener a l'é- metteur du transistor 48. Lorsque le transistor est conduc- teur, le courant passe entre les bus 45, 46 en traversant un transistor à effet de champ 49 et la bobine 26 de déclenche- ment pour sous-tension qui est en série tant avec le tran- sistor à effet de champ 49 qu'avec le transistor de commuta- tion 48. Une diode D5 et un condensateur C1 maintiennent une chute de tension relativement constante entre les bornes de la bobine en formant un circuit RC avec la résistance de l'enroulement de la bobine. La fonction du transistor à effet de champ 49 est de maintenir un courant constant dans la bobine de déclenchement dans une vaste plage de fluctua- tions de la tension du signal de déclenchement pour sous- tension de manière a minimiser les effets thermiques qui sans cela se produiraient pour de plus grandes tensions du système et aussi de manière à maintenir une force magnéto- motrice constante dans le circuit magnétique. On peut voir le fonctionnement du transistor à effet de champ en se -7 reportant au profil 50 du courant, illustré en figure 5, laquelle représente le courant dans la bobine de déclenche- ment pour sous-tension en série avec le transistor. Le courant constant traversant le transistor à effet de champ est dû à ce qu'on appelle "l'effet de canal" dans le tran- sistor qui maintient le courant a une valeur prédéterminée constante dans une fenêtre de fonctionnement définie entre une tension initiale V0 aux bornes du transistor et une seconde tension V1, comme cela est indiqué. En figure 6, on a représenté un circuit simplifié de commande 54 dans lequel les bornes 43, 44 sont connectées aux bus positif et négatif 45, 46 par l'intermédiaire du redresseur en pont 42. La diode Zener 47 est connectée au bus positif par l'intermédiaire d'une résistance de limita- tion R4 et au bus négatif par une diode shunt 58 de régu- lation programmable (désignée ci-après par diode de régula- tion), comme cela est illustré. La diode de régulation est le modèle dit TL431 de la Société dite Motorola, Inc. La cathode est connectée par un conducteur 57 a l'anode de la diode Zener 47 et a la base d'un transistor bipolaire 56 qui fonctionne en régulateur de courant ainsi qu'en commutateur. L'émetteur du transistor est connecté par un conducteur 62 a l'entrée de référence de la diode de régulation et à une résistance de réaction R5. Le collecteur du transistor est connecté à la bobine 26 de déclenchement pour sous-tension de manière à l'exciter lorsque la valeur de la tension aux bornes de la diode Zener 47 est supérieure à sa tension de verrouillage. La fonction de la diode de régulation, en conjonction avec la résistance R5 et le transistor 56, est de maintenir un courant constant dans la bobine 26 lorsque la tension appliquée aux bornes 43, 44 est supérieure a la tension de verrouillage de la diode Zener. Cela a pour effet de maintenir un courant constant dans la bobine de façon a limiter l'énergie dissipée dans la bobine et a maintenir la force magnéto-motrice à une valeur constante. Un condensa- teur de filtrage C2 a pour effet de maintenir constante la tension aux bornes de la diode de régulation. On vient de décrire un disjoncteur ayant des caractéristiques annexes en option, qui comprend des cir- cuits électroniques de commande solidaires de la bobine de déclenchement pour sous-tension et de la bobine de déclen- chement en dérivation. Les circuits comportent un minimum de composants électroniques qui sont économiques tant au point de vue de la fabrication que du fonctionnement pendant de longues périodes d'utilisation permanente. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur équipé d'un actionneur électronique de déclenchement autonome, caractérisé en ce quil comprend: un couvercle (12) en matériau plastique moulé et un boîtier (11) en matériau plastique moulé; une paire de contacts séparables (15, 16) dans le boîtier connectés électriquement en série dans un circuit électrique protégé et commandés par un mécanisme de manoeu- vre (9) de manière à les séparer lors de l'apparition d'une surcharge dans le circut électrique protégé; un actionneur électronique (18) dans le boîtier disposé fonctionnellement avec le mécanisme de manoeuvre pour articuler ce dernier afin de séparer les contacts, l'actionneur électronique comportant un dispositif d'enclen- chement magnétique (52) agencé de manière à maintenir un actionneur mécanique (30) à l'encontre de la sollicitation d'un ressort chargé (32), le dispositif d'enclenchement magnétique comportant une bobine de sous-tension *(26) four- nissant un flux magnétique pour le maintien de l'actionneur mécanique dans une position inopérante; et un circuit électronique de commande (41) de dé- clenchement pour sous-tension dans le boîtier du disjoncteur connecté a la bobine de déclenchement pour sous-tension et comportant un redresseur (42) ayant une sortie connectée a des bus positif et négatif (45, 46) et une entrée (43, 44) soumise à un signal de déclenchement pour sous- tension, un diviseur de tension (R1, R2) entre les bus positif et négatif ayant une branche connectée à la base d'un transis- tor de commutation (48) par l'intermédiaire d'une diode Zener (47) présentant une tension de verrouillage prédéter- minée, cette branche développant une tension de test aux bornes de la diode Zener représentative de la tension du circuit protégé, la bobine de sous-tension étant connectée en série à l'émetteur et au collecteur du transitor de commutation et en série avec un transistor a effet de champ - 10 - (49), ce transistor à effet de champ maintenant a une valeur constante le courant traversant la bobine de sous-tension, la diode Zener devenant nonconductrice lorsque la tension de test est inférieure à la tension prédéterminée de ver- rouillage afin de rendre le transistor de commutation non- conducteur et de désexciter la bobine de déclenchement pour sous-tension. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre un condensateur (C1) et une diode (D5) connectés en parallèle avec la bobine de déclenchement pour sous-tension afin de maintenir une ten- sion constante aux bornes de la bobine de déclenchement pour sous-tension. 3. Disjoncteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'anode de la diode Zener est connectée a la base du transistor et en ce que la cathode de la diode Zener est reliée a un côté à la première résistance constituant une branche du diviseur de tension. 4. Disjoncteur selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comprend une seconde résistance (R2) montée entre le côté de la première résistance et le bus négatif de manière à former la seconde branche au diviseur de tension. 5. Disjoncteur selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comprend une troisième résistance (R3) montée entre l'émetteur et la base du transistor (48). 6. Disjoncteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'actionneur électonique est enfermé dans un bottier (38) situé dans celui du disjoncteur, et en ce que le couvercle du disjoncteur comporte une porte (23) d'accès au boîtier de l'actionneur. 7. Disjoncteur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la porte d'accès comprend un élément rectan- gulaire en matériau plastique moulé disposé de manière coulisser sur une ouverture d'accès (22) traversant le - il - couvercle du disjoncteur. 8. Disjoncteur avec actionneur électronique de déclenchement autonome, caractérisé en ce qu'il comprend: un couvercle (12) en matériau plastique moulé et un bottier (11) en matériau plastique moulé; une paire de contacts séparables (15, 16) dans le bottier connectés électriquement en série dans un circuit électrique protégé et commandés par un mécanisme de ma- noeuvre (9) de manière à les séparer lors de l'apparition d'une surcharge dans le circut électrique protégé; un actionneur électronique (18) dans le boîtier du disjoncteur disposé fonctionnellement avec le mécanisme de manoeuvre pour articuler ce dernier afin de séparer les contacts, l'actionneur électronique comportant un dispositif d'enclenchement magnétique (52) agencé de manière à mainte- nir un actionneur mécanique (30) à l'encontre de la sollici- tation d'un ressort chargé (32), le dispositif d'enclenche-. ment magnétique comportant une bobine de sous-tension four- nissant un flux magnétique pour le maintien de l'actionneur mécanique dans une position inopérante; et un circuit électronique (54) de commande de dé- clenchement pour sous-tension dans le boîtier du disjoncteur connecté à la bobine de déclenchement pour sous-tension et comprenant un redresseur (42) ayant une sortie connectée à des bus positif et négatif (45, 46) et une entrée (43, 44) soumise a un signal de déclenchement pour sous- tension, une diode Zener (47) et une résistance de limitation de courant (R4) connectées l'une a l'autre et à la cathode d'une diode de régulation (58), l'anode de la diode de régulation étant reliée à l'émetteur d'un transistor de commutation (56) par l'intermédiaire d'une résistance de réaction (R5) connectée à l'entrée de référence de la diode de régulation, la base du transistor de commutation étant reliée a la cathode de la diode de régulation et le collecteur du tran- sistor de commutation étant connecté a la bobine de déclen- - 12 - chement pour sous-tension, d'o il résulte qu'une tension de test développée aux bornes de la diode Zener rend cette diode conductrice lorsqu'elle dépasse une tension de ver- rouillage prédéterminée, d'o la génération d'un courant de base vers le transistor de commutation destiné a exciter la bobine de déclenchement pour sous-tension, la diode de régulation maintenant le courant traversant la bobine de déclenchement à une valeur constante. 9. Disjoncteur selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend un condensateur (C2) monté entre les bornes de la diode de régulation de manière ê maintenir une tension constante aux bornes de cette diode. 10. Disjoncteur selon la revendication 1 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit électro- nique de commande du déclenchement pour sous-tension est disposé sur une plaquette à circuits imprimes (51) fixée 4 la bobine de déclenchement pour sous-tension.