Brevet FR2682533A1 — publié le 19930416

DISJONCTEUR ELECTRIQUE A INSERTION DE SPIRES DU DECLENCHEUR MAGNETIQUE. L'invention est relative à un disjoncteur électrique basse tension ayant une paire de contacts dont l'un est mobile, un ressort de pression de contact sollicitant le contact mobile en position de fermeture, un mécanisme de commande d'ouverture et de fermeture du disjoncteur actionné par une manette, et un déclencheur électromagnétique comprenant une bobine connectée électriquement Àen série des contacts et une armature mobile actionnée lorsque le courant parcourant la bobine dépasse un seuil prédéterminé et agencée pour d'une part déclencher ledit mécanisme et provoquer ainsi l'ouverture du disjoncteur, et d'autre part pour agir par percussion sur l'équipage du contact mobile et déplacer ce dernier rapidement en position d'ouverture Un disjoncteur électrique connu du genre mentionné (brevet français 2 605 454) fait usage de la force engendrée par le déclencheur électromagnétique lors d'un courant de court- circuit pour accélérer l'ouverture des contacts Une ouverture rapide des contacts est essentielle pour la coupure du courant et l'utilisation d'un percuteur actionné par le déclencheur électromagnétique dont la force de percussion sur le contact mobile s'ajoute ou remplace la force d'ouverture du ressort du mécanisme d'ouverture, permet d'obtenir une vitesse de séparation de contact nettement plus grande Il est possible d'augmenter cette force de percussion en utilisant une bobine de déclencheur électromagnétique ayant un nombre de spires élevées Cette bobine est parcourue en permanence par le courant et une augmentation du nombre de spires s'accompagne d'une augmentation de l'échauffement qui devient rapidement prohibitif En particulier dans les appareils de gros calibres, le nombre de spires de la bobine est limité et l'action du percuteur est en conséquence elle-même limitée. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un disjoncteur à ouverture accélérée des contacts et à pouvoir de coupure accru. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que ladite bobine est subdivisée en une première et une deuxième partie connectées en série, par un point de connexion relié à l'un desdits contacts, de façon à ce que le courant passant par les contacts f ermés parcourt uniquement la première partie de la bobine, que le nombre de spires de cette première partie est suffisamment faible pour éviter un échauffement excessif lorsqu'elle est parcourue par le courant nominal, et que la deuxième partie de la bobine est connectée à une électrode disposée dans la zone de déplacement de l'arc, tiré lors de la séparation des contacts, de façon à capter l'arc et à commuter le courant dans la première et dans la deuxième partie de la bobine pour accroître la force de déplacement de l'armature mobile et/ou la force de percussion du contact mobile. En fonctionnement normal, le courant nominal traversant le disjoncteur parcourt la première partie de la bobine, dont le nombre de spires est déterminé de la manière usuelle pour engendrer une force d'actionnement du mécanisme de déclenchement lorsque le courant dépasse un seuil donné Dès la séparation des contacts et la commutation de l'arc tiré entre les contacts séparés, sur l'électrode, la deuxième partie de la bobine est mise en circuit en rajoutant un nombre suffisamment faible de spires supplémentaires de la bobine pour permettre la commutation Le courant parcourt la première et la deuxième partie de la bobine en exerçant une force accrue de déplacement de l'armature mobile qui peut entre autres être utilisée pour accroître la force de percussion du contact mobile. L'échauffement de la bobine est bien entendu augmenté mais la durée d'excitation des deux parties de la bobine est extrêmement courte puisqu'elle disparait dès la coupure du courant par le disjoncteur. Les contacts du disjoncteur sont agencés pour être soumis à une force électrodynamique de répulsion susceptible de provoquer la séparation des contacts à l'encontre de la force exercée par le ressort de pression de contact, lorsque le courant dépasse un seuil donné généralement supérieur au seuil de déclenchement. Les contacts peuvent ainsi se séparer rapidement et devancer l'action d'ouverture transmise par le mécanisme d'ouverture. L'insertion de spires additionnelles, en l'occurrence l'insertion de la deuxième partie de la bobine n'intervient qu'après la commutation de l'arc sur l'électrode, et cette commutation est avantageusement accélérée en conformant l'électrode par rapport à la trajectoire de déplacement du contact mobile pour capter rapidement l'arc A cet effet, l'électrode s'étend à proximité de l'extrémité du bras de contact, sensiblement parallèlement à la trajectoire initiale de ce dernier, lors de la séparation des contacts, de façon que l'écartement entre l'extrémité du bras de contact et l'électrode devient rapidement inférieur à l'espacement des contacts séparés, ce qui provoque la commutation de l'arc sur l'électrode Les deux parties de la bobine sont de préférence disposées coaxialement et elles peuvent être constituées par une bobine unique ayant une prise intermédiaire constituant le point de connexion entre les deux parties de la bobine Ce point de connexion est relié électriquement à l'un des contacts, de préférence au contact fixe, tandis que l'électrode est reliée à l'extrémité de la deuxième partie, opposée audit point de connexion L'extrémité de la première partie de la bobine, opposée au point de connexion, est reliée à l'une des bornes d'extrémité du disjoncteur L'armature mobile est avantageusement un noyau coulissant à l'intérieur de la bobine qui, d'une part agit sur le mécanisme de déclenchement, et d'autre part coopère avec l'équipage mobile ou directement avec le bras de contact mobile, par percussion pour accélérer le déplacement du contact mobile lors d'un court-circuit. L'insertion de spires selon l'invention peut bien entendu être utilisée dans un disjoncteur démuni d'un percuteur et dans lequel l'augmentation du champ magnétique engendré par la bobine est utilisée à d'autres fins, par exemple à la rapidité d'actionnement du mécanisme de déclenchement ou à un soufflage magnétique de l'arc La répulsion électrodynamique des contacts résulte avantageusement d'une trajectoire en boucle du courant parcourant ces contacts, et la séparation des contacts sous l'effet de ces forces de répulsion intervient de préférence avant l'action du mécanisme de déclenchement. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitaitf, et représenté aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en élévation, la face avant étant supposée enlevée d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position de fermeture; La figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant le disjoncteur en cours d'ouverture. L'invention est décrite par la suite comme étant appliquée à un disjoncteur miniature à boitier moulé, mais il est clair qu'elle est applicable à d'autres types de disjoncteurs. Sur les figures, un boitier moulé isolant ( 10) de profil standard contient, une paire de contacts dont l'un ( 11) est mobile et dont l'autre ( 12) est fixe, une chambre de coupure à t 3 les de désionisation ( 13), un déclencheur électromagnétique ( 1 4), une bilame ( 15) et un mécanisme d'actionnement ( 31) du contact mobile Le mécanisme d'actionnement ( 31) qui n'est pas représenté en détail, peut être du type décrit dans le brevet français précité 2 605 454, agencé pour être commandé manuellement par une manette ( 32) ou automatiquement par la bilame ( 1 5) ou le déclencheur électromagnétique ( 1 4) Le contact mobile ( 11) est porté par un bras de contact ( 16) monté à pivotement sur un axe fixe ( 17) et un ressort de traction ( 18) attaque le bras de contact ( 1 6) pour solliciter le contact mobile ( 11) en appui du contact fixe ( 12). Le déclencheur électromagnétique comporte une bobine en deux parties ( 19,20) connectées électriquement en série par un point de connexion ( 21) Dans l'exemple représenté, les deux parties ( 19,20) sont constituées par une même bobine ayant une prise intermédiaire constituée par le point de connexion ( 21), mais il est clair que ces deux parties pourraient être distinctes ou être disposées d'une manière différente, notamment superposées. A l'intérieur de la bobine ( 19,20), est monté à coulissement une armature mobile constituée par un noyau coulissant ( 22) dont l'extrémité porte un percuteur ( 23) venant percuter le bras de contact mobile ( 16) lors d'une excitation de la bobine ( 19,20) pour déplacer ce contact mobile vers la position d'ouverture Le disjoncteur comporte deux bornes schématiquement représentées par des plages d'entrées et de sorties ( 24,25), la plage ( 24) étant reliée à la base de la bilame ( 15) dont l'extrémité opposée est reliée par une tresse ( 26) au bras du contact mobile ( 16) Le contact fixe ( 1 2) est relié électriquement au point de connexion ( 21) des deux parties ( 19,20) de la bobine, l'extrémité opposée de la première partie ( 19) de la bobine étant reliée à la plage opposée ( 25) A un instant donné, le courant entre par la plage ( 24), parcourt la bilame ( 15), la tresse ( 26), les contacts fermés ( 11 1 2), la première partie de la bobine ( 19) pour sortir par la plage opposée ( 25) Une telle disposition est bien connue des spécialistes et il est inutile de la décrire plus en détails. Selon la présente invention, l'extrémité ( 26), opposée au point de connexion ( 21), de la deuxième partie ( 20) de la bobine est reliée électriquement à une électrode ( 27) qui s'étend à proximité des contacts ( 11,12) avec une première partie ( 28) sensiblement parallèle au contact fixe ( 12), une deuxième partie ( 29) disposée à faible distance de l'extrémité du bras de contact ( 1 6) et s'étendant parallèlement à la trajectoire de déplacement de cette extrémité du bras de contact mobile ( 16) et se prolongeant par une troisième partie ( 30) recourbée en direction de la chambre de coupure ( 13). Il est facile de voir que l'écartement entre le bras de contact mobile ( 16) et la deuxième partie ( 29) de l'électrode ( 27) reste constant et faible pendant la phase initiale d'ouverture des contacts ( 11,12) et que cet écartement devient rapidement inférieur à la distance de séparation des contacts ( 11,12) en provoquant une commutation de l'arc, tiré lors de la séparation des contacts ( 11,12), sur l'électrode ( 27) Dès cette commutation de l'arc, représenté sur la figure 2, le courant parcourt la plage ( 24), la bilame ( 15), la tresse ( 26), le contact mobile ( 11), l'électrode ( 27), la deuxième partie ( 20) et la première partie ( 19) de la bobine pour sortir par la plage opposée ( 25), de la manière représentée par des flèches sur la figure 2 La commutation de l'arc sur l'électrode ( 27) provoque ainsi l'insertion de la deuxième partie ( 20) de la bobine et un accroissement du nombre de spires de cette dernière, en augmentant l'intensité du champ magnétique et de ce fait, la force de déplacement du noyau coulissant ( 22) Les contacts ( 11,12) sont agencés pour imposer une trajectoire en boucle du courant qui engendre des forces électrodynamiques de répulsion tendant à déplacer le contact mobile ( 11) en direction d'ouverture à l'encontre de la force du ressort de traction ( 18). Le mécanisme 31 est agencé pour autoriser une telle séparation des contacts ( 11,12). Le disjoncteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante: En position fermée du disjoncteur, représentée à la figure 1, le courant traversant les contacts fermés ( 11,12) parcourt uniquement la première partie ( 19) de la bobine du déclencheur électromagnétique ( 1 4) L'échauffement produit par le courant nominal traversant la première partie ( 19) de la bobine est faible, le nombre de spires de cette première partie étant néanmoins suffisant pour provoquer le déclenchement du disjoncteur lors d'un court-circuit, de la manière décrite par la suite Le disjoncteur peut être ouvert manuellement par actionnement de la manette ( 32) qui pilote le mécanisme ( 31). Lors d'une surcharge, la déflexion de la bilame ( 15) agit par une voie non représentée sur le mécanisme ( 31) pour provoquer l'ouverture par déplacement du bras de contact mobile ( 16) Le courant nominal ou le courant de surcharge sont insuffisants pour engendrer une répulsion électrodynamique des contacts ( 11, 12), ou pour exciter le déclencheur électromagnétique ( 14). Lors d'un courant de court-circuit d'une intensité supérieure à un seuil prédéterminé, le courant de court-circuit parcourant la première partie ( 19) de la bobine est suffisant pour actionner le noyau mobile ( 22) qui transmet au mécanisme ( 31) un ordre de déclenchement Lors de son déplacement, le noyau mobile ( 22) vient également percuter le bras de contact ( 16) pour déplacer ou accélérer le déplacement de ce bras de contact ( 16) vers la position d'ouverture du disjoncteur Le courant de court- circuit parcourant les contacts ( 11, 1 2), engendre une force de répulsion électrodynamique de ces contacts qui déplace le bras de contact ( 1 6) et provoque une séparation des contacts ( 11 1 2). L'arc tiré entre les contacts séparés ( 11, 1 2) commute rapidement sur l'électrode ( 27) en mettant en circuit la deuxième partie ( 20) de la bobine du déclencheur électromagnétique ( 14). L'insertion de spires additionnelles accroit le champ magnétique engendré par le courant traversant la bobine et la force de déplacement du noyau mobile ( 22) La force de percussion accrue provoque le déplacement rapide du contact mobile favorisant la coupure du courant Il est clair que la séparation des contacts ( 11,12) par répulsion électrodynamique est plus rapide que le fonctionnement du mécanisme ( 31) lors d'un court- circuit, et que l'insertion de la deuxième partie ( 20) de la bobine par commutation de l'arc sur l'électrode ( 27) intervient avant le déplacement du contact mobile par le mécanisme ( 31). L'action du mécanisme ( 31) confirme ou achève l'ouverture des contacts ( 11,12) provoquée initialement par les forces électrodynamiques de répulsion et la percussion du noyau mobile ( 22) sur le bras de contact ( 16) La rapidité de coupure du courant limite le temps d'excitation des parties ( 19,20) de la bobine et de ce fait, l'échauffement de celle- ci Cette rapidité de coupure est particulièrement intéressante dans les disjoncteurs assurant une sélectivité de coupure. Il est à noter que l'accroissement de l'intensité du champ magnétique, du à l'insertion de spires additionnelles, peut être utilisé à d'autres fins que le déplacement du noyau percuteur ( 22), notamment pour exercer un soufflage magnétique sur l'arc, et que l'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant une première partie ( 19) de bobine n'ayant aucune spire, le déplacement du noyau mobile ( 22) étant dans ce cas engendré lors de l'excitation de la deuxième partie ( 20) de la bobine. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. REVENDICATIONS 1 Disjoncteur électrique basse tension ayant une paire de contacts ( 11, 12) dont l'un ( 11) est mobile, un ressort ( 18) de pression de contact sollicitant le contact mobile ( 11) en position de fermeture, un mécanisme ( 31) de commande d'ouverture et de fermeture du disjoncteur actionné par une manette ( 32), et un déclencheur électromagnétique ( 14) comprenant une bobine ( 19,20) connectée électriquement en série des contacts ( 11,12) et une armature mobile ( 22) actionnée lorsque le courant parcourant la bobine dépasse un seuil prédéterminé et agencée pour d'une part déclencher ledit mécanisme ( 31) et provoquer ainsi l'ouverture du disjoncteur, et d'autre part pour agir par percussion sur l'équipage du contact mobile ( 11) et déplacer ce dernier rapidement en position d'ouverture, caractérisé en ce que ladite bobine est subdivisée en une première ( 19) et une deuxième ( 20) partie connectées en série, par un point de connexion ( 21) relié à l'un desdits contacts ( 11,12), de façon à ce que le courant passant par les contacts fermés parcourt uniquement la première partie ( 1 9) de la bobine, que le nombre de spires de cette première partie ( 19) est suffisamment faible pour éviter un échauffement excessif lorsqu'elle est parcourue par le courant nominal, et que la deuxième partie ( 20) de la bobine est connectée à une électrode ( 27) disposée dans la zone de déplacement de l'arc, tiré lors de la séparation des contacts ( 11 1 2), de façon à capter l'arc et à commuter le courant dans la première ( 19) et dans la deuxième ( 20) partie de la bobine pour accroître la force de déplacement de l'armature mobile ( 22) et/ou la force de percussion du contact mobile ( 11). 2 Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires de ladite première ( 1 9) partie de la bobine est suffisant pour provoquer le déclenchement du mécanisme ( 31) lorsque le courant dépasse ledit seuil prédéterminé. 3 Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit point de connexion ( 21) de la bobine est relié au 1 O contact fixe ( 1 2), que l'extrémité opposée au point de connexion ( 21) de la deuxième partie ( 20) de la bobine, est connectée à ladite électrode ( 27) et que l'extrémité de la première partie ( 19) de la bobine, opposée audit point de connexion ( 21) est relié à une borne ( 25) du disjoncteur, de telle manière que la commutation de l'arc sur l'électrode engendre le passage du courant dans les deux parties de la bobine. 4 Disjoncteur selon la revendication 1,2 ou 3, dans lequel le contact mobi 1 e ( 11) est disposé à l'extrémité d'un bras de contact ( 16), caractérisé en ce que ladite électrode ( 27) s'étend à proximité de ladite extrémité du bras ( 16), sensiblement parallèlement à la trajectoire initiale de déplacement de cette extrémité lors de l'ouverture pour réaliser une commutation rapide de l'arc sur l'électrode ( 27) et la mise en circuit de la première ( 19) et de la deuxième ( 20) partie de la bobine. Disjoncteur selon la revendication 1,2,3 ou 4, caractérisé en ce que ladite armature mobile comprend un noyau ( 22) coulissant à l'intérieur de ladite bobine et que ledit noyau est solidaire d'un percuteur ( 23) venant frapper le contact mobile ( 11). 6 Disjoncteur selon la revendication 1,2,3,4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits contacts ( 11,12) définissent une trajectoire en boucle du courant engendrant des forces de répulsion électrodynamiques qui déplacent le contact mobile ( 11) en direction de séparation à l'encontre du ressort ( 1 8) de pression de contact lorsque le courant parcourant les contacts dépasse un seuil donné. 7 Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la séparation des contacts ( 11,12) intervient avant le déclenchement du mécanisme d'ouverture ( 31) des contacts.