Brevet FR2697953A1 — publié le 19940513

La présente invention se rapporte à un dispositif de protection thermique notamment pour relais thermique, appareil contacteur-disjoncteur ou similaire, comportant au moins un bilame de détection associé à un élément chauffant parcouru par le courant électrique à contrôler et susceptible de prendre une déformation en fonction dudit courant. Les dispositifs de protection thermique sont très utilisés dans les circuits d'alimentation des moteurs polyphasés dont ils assurent la protection contre les surcharges, les coupures de phase, les démarrages trop longs et les calages prolongés des moteurs. Un dispositif de protection thermique connu sous le nom de relais thermique comprend des bilames associés chacun à un élément chauffant parcouru par un courant de phase. L'échauffement d'un bilame, par l'élément chauffant, entraîne la déformation dudit bilame. Cette déformation permet de manoeuvrer mécaniquement un interrupteur. Généralement l'élément chauffant est constitué par une résistance bobinée autour du bilame et parcourue par le courant à contrôler. Certains relais dits différentiels assurent la protection de charges (moteurs) contre le manque de phase. Pour que le fonctionnement du bilame ne dépende pas de la température ambiante, les relais sont généralement compensés contre les variations de la température. L'interrupteur se trouve placé en série dans un circuit de commande avec une bobine d'électroaimant appartenant à un contacteur associé au relais thermique. Le brevet FR n" 2.618.019 décrit à titre d'exemple un relais thermique tel que celui qui vient d'être décrit. Un dispositif de protection thermique peut être intégré dans un appareil appelé contacteur-disjoncteur et assurant plusieurs fonctions. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de protection thermique pourvu de sorties tout ou rien adaptées avec les entrées d'automate programmable. II permet de générer un signal correspondant à un seuil d'alarme et un signal correspondant à un seuil de déclenchement. Ces seuils sont réglables par l'utilisateur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur analogique de déplacement actionné par les déformations du ou des bilames de détection. Selon une caractéristique, le capteur analogique de déplacement est constitué par un aimant permanent et par un capteur sensible au champ magnétique, I'un étant relié mécaniquement au bilame de détection, L'autre étant fixe. Selon une autre caractéristique, le capteur sensible délivre un signal à un module électronique pourvu de moyens pour comparer ledit signal à au moins un seuil et pour contrôler des sorties tout ou rien. Selon une autre caractéristique, le module électronique comprend deux comparateurs recevant chacun en entrée le signal fourni par le capteur et un signal de seuil, respectivement de seuil d'alarme et de seuil de déclenchement, et délivrant en sortie un signal pilotant un relais ou semi-conducteur. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure I est une vue schématique, en coupe, d'un relais de protection thermique selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique du capteur analogique équipant le relais de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de principe du relais de la figure 1; - la figure 4 est un graphique donnant des courbes de champ magnétique appliqué au capteur analogique de la figure 2 en fonction de la course de l'aimant mobile associé. Le dispositif de protection thermique représenté sur les dessins est du type relais thermique. II comprend un boîtier isolant 1 à l'intérieur duquel sont placés trois capteurs d'échauffement 2 associés chacun à une phase d'un courant triphasé. Chaque capteur d'échauffement 2 est constitué d'un bilame de détection 21 autour duquel est enroulée une résistance chauffante 22 (appelée "chaufferette") dont une extrémité est reliée, via un conducteur 23, à une borne d'entrée du courant et dont l'autre extrémité est reliée, via un conducteur 24, à une borne de sortie du courant Chaque bilame 21 est fixé par une extrémité à un point fixe du boîtier 1. Le conducteur 23 est par exemple connecté à une borne d'un contacteur, L'autre conducteur 24 pouvant être connecté au circuit à surveiller. L'extrémité libre de chaque bilame 21 coopère de manière connue avec un système différentiel 3 qui est apte à recevoir et exploiter tant des déflexions identiques des bilames 21 dues à des échauffements identiques que des déflexions différentes des bilames 21 dues à des échauffements dissymétriques. Ce dispositif différentiel 3 est constitué par un système de réglettes parallèles. Le dispositif différentiel 3 actionne un bilame de compensation 4 qui compense la déformation des bilames de détection 21 due à la température ambiante. Ce bilame de compensation 4 procure, sous l'effet de la température ambiante, une déformation antagoniste de celle des bilames de détection 21. Les capteurs d'échauffement 2 actionnent, via le dispositif différentiel 3 et le bilame de compensation 4, un capteur de déplacement analogique 6. Ce dispositif analogique 6 actionné par la chaîne de mouvement se compose d'un élément 62 générant un champ magnétique et d'un capteur 61 sensible au champ magnétique de cet élément 62. Le capteur sensible 61 est fixé au boîtier 1. II est constitué par une magnéto résistance ou par un capteur à effet Hall. L'élément magnétique 62 est relié mécaniquement au bilame de compensation 4. 11 est constitué par un aimant permanent très stable en température, de préférence un aimant du type AINiCo ou Samarium-Cobalt. Avantageusement, cet élément magnétique 62 est monté dans un coulisseau 63 guidé en translation , selon une direction Ox, dans le boîtier 1 et relié par l'intermédiaire d'une articulation 64 à l'extrémité libre du bilame de compensation 4. L'élément magnétique 62 a de préférence une section ronde, ce qui garantit une homogénéité des lignes de champ autour de cet élément. Le coulisseau 63 est soumis à un ressort de rappel 8 qui maintient le bilame 4 en contact avec le dispositif différentiel 3. Le capteur sensible 61 est orienté de manière à ne capter que la composante Hy du champ magnétique de l'aimant 62 qui est normale à son axe d'aimantation Hx, parallèle à Ox (figure 2). Cette composante Hy s'annule et change de signe lorsque l'aimant 62 occupe une position centrée sur l'axe Oy passant par le capteur 61. Pour des déplacements limités autour du centre de l'aimant 62 (course repérée d sur la figure 4), Hy varie linéairement (figure 4). La course utile de la chaîne de mouvement dans le mode de réalisation représenté ne dépasse pas cette course d. Dans le mode de réalisation représenté où l'aimant 62 bouge, le capteur 61 sensible fixé au boîtier voit la composante Hy varier. Le capteur sensible 62 délivre un niveau de tension proportionnel à la course de l'ensemble mobile à un module électronique 7 logé dans le boîtier 1. Le module électronique 7 compare le niveau de tension délivré par le capteur 61 à un seuil d'alarme et à un seuil de déclenchement et contrôle des sorties tout ou rien 75, 76 correspondant à un signal d'alarme et des sorties tout ou rien 77, 78 correspondant à un signal de déclenchement. Ces sorties 75, 76, 77, 78 peuvent être branchées sur les entrées d'un automate programmable. Le module électronique 7 comporte un comparateur 71 dit d'alarme qui reçoit sur une entrée le niveau de tension fournit par le capteur 61 et sur l'autre entrée un signal de consigne correspondant au seuil d'alarme. La sortie de ce comparateur 71 est appliquée sur la base d'un élément semiconducteur 73 formant contact statique et contrôlant les sorties 75, 76. Le circuit électronique 7 comporte par ailleurs un comparateur 72 dit de déclenchement qui reçoit sur une entrée le niveau de tension fournit par le capteur 61 et sur l'autre entrée un signal de consigne correspondant au seuil de déclenchement. La sortie de ce comparateur 72 est appliquée sur la base d'un élément semiconducteur 74 formant contact statique et contrôlant les sorties 77, 78. Le niveau du seuil de déclenchement est supérieur au niveau du seuil d'alarme. Les sorties tout ou rien 75, 76, 77, 78 sont compatibles avec des entrées d'automate programmables. Les semiconducteurs 73 et 74 pourraient être remplacés par des relais électromécaniques. L'alimentation du module électronique 7 peut se faire par le courant de fuite toléré par les entrées d'automate connectées, au travers des mêmes bornes que les contacts statiques. Les seuils d'alarme et de déclenchement sont réglables par l'utilisateur. A cet effet des moyens de réglage 79 permettent de modifier les niveaux des seuils. La consigne du comparateur de déclenchement 72 possède un hystérésis afin d'éviter un basculement immédiat. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit. Lorsque un (plusieurs) bilame(s) détecte(nt) un défaut de courant parcourant une charge placée en série, le système de réglettes 3 transmet, par sa sortie mécanique, un mouvement au bilame de compensation 4 qui déplace le coulisseau 63 et l'aimant 62. L'aimant 62 se déplace par rapport au capteur 61 et le signal de sortie de celui-ci est modifié. La modification du signal de sortie du capteur 62 fait basculer le comparateur d'alarme 71 puis le comparateur de déclenchement 72. Le basculement du comparateur d'alarme 71 provoque celui du contact statique associé 73. De même, le basculement du comparateur de déclenchement 72 provoque celui du contact statique associé 74. II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. C'est ainsi que le dispositif selon l'invention pourrait constituer un module de protection thermique de contacteur-disjoncteur. REVENDICATIONS 1- Dispositif de protection thermique pour un appareil contacteur ou similaire, comportant au moins un bilame de détection (21) associé à un élément chauffant (22) parcouru par le courant électrique à contrôler et susceptible de prendre une déformation en fonction dudit courant, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur analogique de déplacement (6) actionné par les déformations du ou des bilames de détection (21). 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur analogique de déplacement (6) est constitué par un aimant permanent (62) et par un capteur (61) sensible au champ magnétique, l'un étant relié mécaniquement au bilame de détection (21),1'autre étant fixe. 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de bilames de détection (21) actionnant le capteur analogique de déplacement (6) via un dispositif différentiel (3) et un bilame de compensation (4). 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur sensible (62) délivre un signal à un circuit électronique (7) pourvu de moyens (71,72, 73,74) pour comparer ledit signal à au moins un seuil et pour contrôler des sorties tout ou rien (75, 76 77, 78). 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le module électronique (7) est pourvu de moyens pour comparer le signal à un seuil d'alarme et à un seuil de déclenchement. 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit électronique (7) comprend deux comparateurs (71, 72) recevant chacun en entrée le signal fourni par le capteur (61) et un signal de seuil ,respectivement de seuil d'alarme et de seuil de déclenchement et délivrant en sortie un signal pilotant un relais ou semi-conducteur (74, 75). 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'alimentation du module électronique (7) est assurée par les mêmes connexions que celles des sorties (75, 76, 77, 78). 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (61) est monté de manière à mesurer la composante du champ magnétique de l'aimant (62) qui est normale à son axe d'aimantation.