Brevet FR2723253A1 — publié le 19960202

! Fusible de convertisseur pour gamme complète L'invention concerne un fusible, notamment un fusible de convertisseur pour gamme complète, comprenant au moins un conducteur fusible d'épaisseur d, qui comporte au moins une première rangée de zones d'étranglement comprenant nNE premières zones d'étranglement avec une variation continue, en section transversale, de la longueur 1NE et de la largeur bNE.10 On connaît des fusibles BT (basse tension) d'après certains documents (voir la brochure Siemens, N de commande: A19.100-J21-A337-Vl). Dans le cas de fusibles BT, on utilise habituellement un ou plusieurs conducteurs fusibles sous la forme de bandes de cuivre. Des zones d'étranglement servant à15 réaliser l'interruption sélective sont découpées dans chaque conducteur fusible. Un dépôt de métal d'apport est déposé sur le conducteur fusible, sous la forme de points en forme de rivets ou de boucles remplies de métal d'apport (voir figure 7) pour influer sur la caractéristique de surcharge. Si, sous l'effet du passage d'une surintensité, le conducteur fusible s'échauffe au-delà du point de fusion du métal d'apport, cette dernière diffuse dans le matériau du conducteur fusible et s'allie à ce dernier. De ce fait, la résistance électrique augmente, ce qui conduit à un échauffement supplémentaire, ce25 qui a pour effet que le processus de diffusion est encore plus accéléré jusqu'à ce que le conducteur fusible soit entièrement dissous à proximité du dépôt de métal d'apport, de sorte que le conducteur se rompt et que le courant est interrompu. Dans le cas d'une surintensité inadmissible de brève durée, le fusible BT ne provoque pas de débranchement prématuré. Au contraire, toutes les zones d'étranglement du conducteur fusible se rompent dans le cas d'un courant de court- circuit suffisamment élevé. On obtient simultanément un5 grand nombre de petits arcs électriques en série, dont les tensions s'additionnent et qui conduisent à un débranchement rapide. Des fusibles BT possèdent une courbe caractéristique temps/courant relativement plate et conviennent par conséquent pour être utilisés dans des dérivations de moteur, étant donné qu'ils ne répondent pas dans le cas d'une surintensité de brève durée pendant le démarrage d'un moteur. Les fusibles BT servent à protéger des installations ou des armoires de commande d'un incendie, dû à15 des lignes de raccordement surchauffées (par exemple des câbles isolés par du PVC). Leur courbe caractéristique temps/courant, c'est-à-dire leur caractéristique de déclenchement, est prescrite par des normes dans le domaine des surcharges. Les valeurs I2t, que l'on obtient à partir de20 l'intégrale de fusion et de l'intégrale d'extinction, sont relativement grandes dans le cas de fusibles BT, c'est-à-dire que les fusibles BT ne réalisent en général pas une limitation du courant dans le cas d'un court-circuit et sont par conséquent désignés comme étant des fusibles à inertie.25 Normalement, on ne peut pas obtenir une protection de semiconducteurs avec ces fusibles. De même, on connaît des fusibles de protection de semiconducteurs (HLS), que l'on utilise de préférence dans la partie formant redresseur et dans le circuit intermédiaire de30 convertisseurs. Ils dissipent beaucoup de puissance en fonctionnement et c'est pourquoi on utilise l'argent comme matériau formant conducteur fusible. Les conducteurs fusibles de fusibles de protection des semiconducteurs ont, en fonction de la tension assignée, un nombre différent de35 rangées identiques de zones d'étranglement, qui sont disposées à des distances identiques, comme cela est visible sur les figures 4 et 5. En fonction de la construction, on peut utiliser différentes formes avec une variation continue de la section transversale, par exemple des cercles, des 5 ovales, des losanges, etc. (voir figure 6). La conception d'un fusible de protection de semiconducteurs ne permet aucune protection contre les surcharges pour des courants assignés dépassant 63 A. Sa courbe caractéristique temps/courant a une forte pente, c'est-à-dire que son courant10 nominal est très grand pour une petite intégrale de coupure, c'est-à-dire la valeur I2t, ce qui entraîne une réponse intantanée du fusible dans le cas d'un court- circuit. Dans le cas de courants défectueux atteignant jusqu'au triple du courant nominal, il est déjà produit, avant la réponse, dans15 le fusible tant de chaleur que le corps thermique isolant peut éclater et que le fusible ne peut pas interrompre la surintensité en raison de la perte de remplissage qui s'ensuit. Dans ce domaine, on indique en général une courbe limite de la durée de charges admissibles (caractéristique20 aR). En raison de cette caractéristique, une protection de ligne avec des fusibles classiques de protection de semiconducteurs n'est pas possible. Sur la figure 8, on a représenté la courbe de principe des caractéristiques temps/courant d'un fusible BT (ligne en trait mixte) et d'un fusible de protection de semiconducteurs (ligne en trait plein dans la zone de court- circuit et ligne formée de tirets dans la zone de surcharge). On voit clairement que la courbe caractéristique temps/courant d'un fusible de protection de circuits imprimés30 a une plus grande pente que celle d'un fusible BT. Il s'ensuit que, dans un cas d'application, pour obtenir une protection simultanée dans la gamme de surintensités et pour une protection contre les courts- circuits, il est nécessaire d'utiliser un fusible BT et un fusible de protection pour les35 semiconducteurs, dont les comportements de réponse doivent être accordés de façon précise entre eux. L'invention a pour but de créer un fusible de convertisseur pour gamme complète, qui répond instantanément et réalise une interruption dans le cas d'un court-circuit et 5 en outre convient en tant que système de protection contre les surcharges pour des lignes de raccordement, c'est-à-dire qui associe les avantages d'un fusible de protection pour les semiconducteurs (HLS) et d'un fusible BT. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un fusible, ayant au moins un conducteur fusible d'épaisseur d, qui comporte au moins une première rangée de zones d'étranglement comprenant nNE premières zones d'étranglement avec une variation continue, en section transversale, de la longueur 1NE et de la largeur bNE,15 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une seconde rangée de zones d'étranglement comprenant nLE secondes zones d'étranglement de longueur 1LE et de largeur bLE, la longueur 1LE étant supérieure à la longueur 1NE, et la surface en coupe transversale nLE x bLE x d de la seconde rangée de zones d'étranglement étant supérieure à la surface en coupe transversale nNE x bNE x d de la première rangée de zones d'étranglement, et qu'un dépôt de métal d'apport est prévu à proximité de la seconde rangée de zones d'étranglement. Un tel fusible de convertisseur pour gamme complète associe, dans un seul appareil, les avantages d'un fusible de protection pour les semiconducteurs, c'est-à-dire une réponse intantanée et un débranchement du circuit dans le cas d'un court-circuit, par exemple pour empêcher la destruction d'un thyristor, et d'un fusible BT, c'est-à-dire la protection de30 lignes de raccordement, par exemple des câbles isolés avec du PVC vis-à-vis d'une surcharge et par conséquent une protection en cas d'incendie. La forme de réalisation correspond à celle des fusibles BT conformément à la norme allemande DIN 43620 et par conséquent peut être montée dans35 des sectionneurs à fusibles NH usuels dans le commerce ou 2723253 dans des sectionneurs en charge à fusible. Ce qui s'avère avantageux pour l'utilisateur d'un convertisseur, c'est un besoin de place réduit pour le fusible, une dépense réduite de câblage, etc. et par conséquent des coûts réduits par5 rapport à l'utilisation simultanée aussi bien de fusibles BT pour la protection des lignes que de fusibles supplémentaires de protection pour les semiconducteurs, pour la protection du convertisseur. Outre le fait de réaliser la protection de convertisseurs pour gamme complète, les fusibles satisfont aux exigences de la protection des lignes, par exemple le blocage du courant de test intense conformément à la norme allemande VDE 100 D.430 ou VDE 0636.T.21 ou T.107=IEC 269-2. Le fusible de convertisseur pour gamme complète conforme à l'invention possède une courbe caractéristique temps/courant présentant un comportement défini en cas de court-circuit, qui correspond à celui de fusibles de protection pour les semiconducteurs, auquel cas dans le domaine dans la gamme des surcharges, c'est-à-dire pour des20 courants atteignant jusqu'au quintuple du courant nominal et pour des durées de fusion dépassant une seconde, le comportement de réponse est réglé dans le sens d'une réponse plus rapide, c'est-à-dire que dans cette gamme, la courbe caractéristique temps/courant est plus plate que dans le cas25 de fusibles par ailleurs usuels de protection des semiconducteurs. Le courant assigné du fusible de convertisseur pour gamme complète est inférieur à celui du fusible correspondant de protection de semiconducteurs avec la même valeur I2t. La30 valeur I2t du fusible du convertisseur pour gamme complète est au contraire nettement inférieure à la valeur I2t d'un fusible BT possédant le même courant assigné. Le problème indiqué précédemment est en outre résolu conformément à l'invention à l'aide d'un fusible, possédant au moins un conducteur fusible comprenant plusieurs 6 2723253 premières rangées de zones d'étranglement, qui sont voisines dans la direction axiale en étant équidistante, avec variation continue de la section transversale, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins une troisième rangée5 supplémentaire de zones d'étranglement, qui est séparée d'une première rangée voisine de zones d'étranglement, par une distance plus courte, et qu'un dépôt de métal d'apport est disposé dans l'intervalle entre ces deux rangées de zones d'étranglement.10 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les secondes zones d'étranglement de la rangée de zones d'étranglement ont une forme rectangulaire. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les secondes zones d'étranglement de la seconde rangée de zones d'étranglement ont une section transversale variable, la plus petite surface en coupe transversale nLE x bLE x d de la seconde rangée de zones d'étranglement étant supérieure à la plus petite surface en coupe transversale nNE x bNE x d de la première rangée de zones d'étranglement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la longueur 1LE d'une zone d'étranglement est supérieure, du facteur 1,3 à 3, à la longueur 1NE d'une zone d'étranglement.25 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le matériau du conducteur fusible est du cuivre, de l'argent ou une combinaison de ces deux métaux. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le dépôt de métal d'apport est en un matériau ayant un point de fusion qui est nettement inférieur à celui du conducteur fusible. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:35 - la figure 1 représente un conducteur fusible d'un fusible de convertisseur pour gamme complète, comportant une rangée supplémentaire de zones d'étranglement au voisinage de laquelle est disposé un dépôt de métal d'apport; - la figure 2 représente une partie d'un conducteur fusible d'un fusible de convertisseur pour gamme complète comportant une rangée de zones d'étranglement, qui comprend de longues zones d'étranglement avec une forme de trous rectangulaires; - la figure 3 représente une partie d'un conducteur fusible d'un fusible de convertisseur pour gamme complète comportant de longues zones d'étranglement qui varient continûment en coupe transversale; - la figure 4 représente le conducteur fusible d'un fusible connu de protection d'un semiconducteur, comportant ici six rangées de zones d'étranglement; - la figure 5 représente un conducteur fusible comportant quatre rangées de zones d'étranglement d'un fusible de protection d'un semiconducteur; - la figure 6 représente diverses configurations de trous de zones d'étranglement à variation continue en coupe transversale, dans un conducteur fusible de fusibles de protection de semiconducteurs; - la figure 7 représente un dépôt de métal d'apport sous la forme d'un rivet et d'un renfoncement rempli, dans un conducteur fusible; et - la figure 8 représente, sous la forme d'un graphique, la variation de principe des courbes caractéristiques temps/courant d'un fusible BT, d'un fusible de protection de semiconducteurs (HLS) et d'un fusible de30 convertisseur pour gamme complète. Le fusible de convertisseur pour gamme complète est constitué, en fonction du courant nominal, d'un ou de plusieurs conducteurs fusibles parallèles 1, qui ont le plus souvent des géométries semblables. En fonction de la tension35 assignée du fusible de convertisseur pour gamme complète, 8 2723253 chaque conducteur fusible 1 (voir figure 1) a, dans la direction axiale, un nombre différent de rangées NER, branchées en série, de zones d'étranglement de section transversale réduite, qui servent à réaliser une protection5 contre les courts-circuits au moyen d'une limitation du courant. Les rétrécissements de la section transversale peuvent avoir la forme d'un cercle, d'une ellipse, d'un losange ou des formes géométriques analogues avec une variation continue de la section transversale, comme cela est10 représenté sur les figures 4, 5, 6 pour des fusibles antérieurs de protection pour des semiconducteurs. Le conducteur fusible 1 a une largeur b et une épaisseur d et comporte nNE zones d'étranglement NE disposées en une rangée NER de zones d'étranglement, chaque zone d'étranglement NE15 ayant une largeur bNE. Comme dans le cas de fusibles HS de protection pour les semiconducteurs, dans le cas des fusibles de convertisseur pour gamme complète suivant l'invention, le rapport de la section transversale résiduelle nNE x bNE x d à la section transversale non affaiblie b x d du conducteur20 fusible i est d'environ 5 à 12 %. Le matériau du conducteur fusible du fusible de convertisseur pour gamme complète peut être du cuivre, de l'argent ou une combinaison des deux métaux. Le fusible de convertisseur pour gamme complète est pourvu d'un dépôt de métal d'apport 2 au voisinage d'une rangée de zones d'étranglement. Le dépôt de métal d'apport 2 est en un matériau ayant un point de fusion qui est nettement inférieure à celui du matériau du conducteur fusible. Dans le cas d'une surcharge de l'insert fusible, le matériau à bas30 point de fusion fond avant le matériau du conducteur fusible, diffuse dans la structure du matériau du conducteur fusible, s'allie à ce dernier, augmente la résistance du conducteur fusible et à la suite de quoi la température s'élève de sorte que le conducteur fusible 1 fond de façon précoce et35 interrompt le courant. Ce matériau à bas point de fusion peut être par exemple un flux formé de plusieurs substances, de l'étain pur ou un métal semblable à bas point de fusion. Le dépôt de métal d'apport peut être conformé de façon connue à la manière d'un rivet (figures 2, 3) ou d'un renfoncement 5 rempli du conducteur fusible (voir figure 7). La figure 1 représente le conducteur fusible 1 d'un fusible de convertisseur pour gamme complète comportant plusieurs rangées NER, agencées de la même manière, de zones d'étranglement, qui sont séparées par la même distance dNE10 respectivement de la rangée voisine NER de zones d'étranglement, à l'exception d'une rangée supplémentaire ZER de zones d'étranglement, qui est séparée d'une rangée voisine NER de zones d'étranglement par une distance dZER plus courte, un dépôt de métal d'apport 2 étant disposé entre ces15 deux rangées NER et ZER de zones d'étranglement. Ce dépôt de métal d'apport est constitué ici par exemple sous la forme de rivets. Le fusible de convertisseur pour gamme complète peut être également muni d'un conducteur fusible 1 ayant plusieurs rangées NER de zones d'étranglement et d'une rangée supplémentaire LER de zones d'étranglement comportant des zones d'étranglement LE ayant une forme relativement longues (figures 2, 3). Une caractéristique essentielle de la zone d'étranglement longue LE est que la section transversale la plus petite de la longue zone d'étranglement LE est supérieure à la section transversale la plus petite d'une zone d'étranglement NE pour l'interruption de court-circuit, et que la longueur de la zone affaiblie 1LE est nettement supérieure à la longueur 1NE d'une zone d'étranglement NE. Le30 facteur peut être compris entre 1,3 et 3. En raison de la forme de la zone d'étranglement, le refroidissement, c'est-à- dire l'évacuation de chaleur, est moins bon dans la gamme de surcharges allant environ jusqu'au quintuple du courant nominal, de sorte que la température du conducteur fusible35 augmente plus rapidement et que de ce fait le dépôt de métal 2723253 d'apport fond plus rapidement. La figure 2 représente un conducteur fusible 1, dans lequel les zones d'étranglement longue LE de la rangée supplémentaire LER de zones d'étranglement ont une forme 5 rectangulaire. Les zones d'étranglement LE de la figure 3 ont une section transversale variable continûment, par exemple un demi-contour, la plus petite surface en coupe transversale nLE x bLE x d de la rangée supplémentaire LER de zones d'étranglement étant supérieure à la surface en coupe10 transversale la plus petite 1NE x bNE x d de la rangée NER de zones d'étranglement. Les avantages de formes de réalisation des figures 2, 3 sont que les longues zones d'étranglement LE ne réagissent que dans le cas d'une surcharge, car l'évacuation de chaleur est retardée pour les longues zones d'étranglement LE par rapport aux zones d'étranglement normales NE. La figure 8 représente, outre des courbes caractéristiques temps/courant pour les fusibles HLS de protection pour les semiconducteurs et pour les fusibles BT,20 qui sont déjà connus, la courbe caractéristique temps/courant du fusible de convertisseur pour gamme complète conforme à l'invention (ligne formée de pointillés). Ce fusible associe le comportement de réponse du fusible de protection pour un semiconducteur et celui du fusible BT, c'est-à-dire que le25 comportement de réponse combiné est garanti avec seulement un seul fusible. Sur la figure 8, on a porté le temps de fusion t en ordonnées et le courant I en abscisses. Grâce au choix d'un profil plus petit de fusible, on obtient une surface plus petite et par conséquent une capacité thermique plus faible. Cela peut être obtenu au moyen d'une réduction du nombre des conducteurs fusibles parallèles. De ce fait, on obtient des parties plus compactes et meilleur marché. Pour résumer, on peut influer sur la courbe caractéristique de surcharge en vue d'obtenir une35 réponse précoce dans la gamme des surintensités, au moyen des points suivants: - Conducteur fusible comportant plusieurs rangées de zones d'étranglement, branchées en série, les rétrécissements de la section transversale des zones d'étranglement pouvant posséder des formes différentes. - Le matériau du conducteur fusible est le cuivre ou l'argent. - Un dépôt de métal d'apport est disposé au voisinage d'une rangée de zones d'étranglement. - Aux rangées de zones d'étranglement, qui sont séparées par la même distance, est adjointe une rangée supplémentaire de zones d'étranglement, au voisinage de laquelle est disposé un dépôt de métal d'apport. - Dans le conducteur fusible, il est prévu une rangée supplémentaire de zones d'étranglement de forme longue. - La surface O, qui dégage de la chaleur, du conducteur fusible, est réduite. - On choisit un profil de fusible aussi petit que possible. Les dispositions indiquées précédemment peuvent être utilisées dans le conducteur fusible pour le fusible de convertisseur pour gamme complète séparément ou en combinaison. 12 2723253 REVENDICATIONS 1. Fusible, ayant au moins un conducteur fusible (1) d'épaisseur d, qui comporte au moins une première rangée (NE) de zones d'étranglement comprenant nNE premières zones d'étranglement (NER) avec une variation continue, en section transversale, de la longueur 1NE et de la largeur bNE, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une seconde rangée de zones d'étranglement (LE) comprenant nLE secondes zones10 d'étranglement (LE) de longueur 1LE et de largeur bLE, la longueur 1LE étant supérieure à la longueur 1NE, et la surface en coupe transversale nLE x bLE x d de la seconde rangée (LER) de zones d'étranglement étant supérieure à la surface en coupe transversale nNE x bNE x d de la première15 rangée (NE) de zones d'étranglement, et qu'un dépôt de métal d'apport (2) est prévu à proximité de la seconde rangée (LER) de zones d'étranglement. 2. Fusible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les secondes zones d'étranglement (LE) de la rangée (LER) de zones d'étranglement ont une forme rectangulaire. 3. Fusible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les secondes zones d'étranglement (LE) de la seconde rangée (LER) de zones d'étranglement ont une section25 transversale variable, la plus petite surface en coupe transversale nLE x bLE x d de la seconde rangée (LE) de zones d'étranglement étant supérieure à la plus petite surface en coupe transversale nNE x bNE x d de la première rangée (NER) 13 2723253 de zones d'étranglement. 4. Fusible suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la longueur 1LE d'une zone d'étranglement (LE) est supérieure,5 du facteur 1,3 à 3, à la longueur 1NE d'une zone d'étranglement (NE). 5. Fusible, possédant au moins un conducteur fusible (1) comprenant plusieurs premières rangées (NE) de zones d'étranglement, qui sont voisines dans la direction10 axiale en étant équidistantes (dNER), avec variation continue de la section transversale, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins une troisième rangée supplémentaire (ZE) de zones d'étranglement, qui est séparée d'une première rangée voisine (NER) de zones d'étranglement, par une distance dZER plus courte, et qu'un dépôt de métal d'apport (2) est disposé dans l'intervalle entre ces deux rangées de zones d'étranglement. 6. Fusible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le matériau du conducteur fusible est du cuivre, de l'argent ou une20 combinaison de ces deux métaux. 7. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dépôt de métal d'apport (2) est en un matériau ayant un point de fusion qui est nettement inférieur à celui du conducteur fusible (1).