Brevet FR2762443A1 — publié le 19981023

La présente invention concerne un appareil électrique à contacts séparables à double coupure en courant alternatif, comportant pour au moins un chemin de courant polaire deux contacts fixes et un pont de contact qui est muni de contacts mobiles coopérant avec les contacts fixes et qui est déplaç,able d'une position ouverte à une position fermée et vice-versa pour établir et interrompre le chemin polaire. Lorsque les appareils électriques de ce type sont mis en oeuvre pour com- 1o muter de fortes énergies et/ou pour effectuer de nombreux cycles de com- mutation, les arcs de coupure soumettent les contacts à de fortes sollicita- tions et donc à une usure prématurée. Il est souhaitable de réduire la sollici- tation des contacts par les arcs de coupure et ce par divers moyens bien connus de l'homme de l'art. Il est connu de réaliser des dispositifs de coupure hybride dont chaque pôle comprend un chemin de courant principal et un chemin de courant dérivé disposés de façon que, lors d'une coupure, le courant commute du chemin principal vers le chemin dérivé pour soulager les contacts et diminuer ainsi leur usure. D'après le document DE-30 05 877, on prévoit ainsi d'associer à chaque zone de coupure un champ magnétique continu et deux couples d'électrodes et d'interconnecter les deux électrodes voisines d'un contact mobile aux deux électrodes voisines de l'autre contact mobile via des diodes respecti- ves. De la sorte, le courant ne sollicite plus les contacts dès que les arcs nés à chaque point de coupure ont été chassés avec l'aide des champs ma- gnétiques vers les couples d'électrodes correspondants et la coupure du courant intervient au zéro suivant de courant. Un tel dispositif a comme inconvénient de ne fonctionner que par la pré- sence des deux arcs; I'impédance du chemin dérivé de courant inclut donc nécessairement l'impédance de chacun des deux arcs et il en résulte un ris- que de reclaquage d'arc au niveau de l'une au moins des zones de coupure. De plus, on sait qu'il est plus facile de faire franchir une discontinuité diélec- trique par un pied anodique d'arc que par un pied cathodique d'arc. Or ce dispositif ne se prête pas au choix du franchissement de l'intervalle entre le contact mobile et l'électrode voisine de dérivation par un pied anodique d'arc plutôt qu'un pied cathodique d'arc ou vice-versa, car il implique forcément un franchissement de pied anodique à l'une des zones de coupure et un fran- chissement de pied cathodique à l'autre zone de coupure. L'invention a pour but de réduire la sollicitation des contacts dans un appa- reil du type décrit en favorisant la sûreté de coupure, par le recours à des dispositions simples et efficaces. L'invention concerne un appareil électrique à contacts séparables à double coupure en courant alternatif, comportant pour au moins un chemin polaire: - un premier contact et un deuxième contact fixes reliés à une pre- mière borne et respectivement une deuxième borne de connexion du chemin polaire par un premier conducteur principal et respectivement un deuxième conducteur principal, - un pont de contact mobile muni d'un premier contact et d'un deuxième contact mobiles respectivement associés aux premier et deuxième contacts fixes pour être appliqués sur eux et séparés d'eux afin d'établir et d'interrompre le chemin polaire, - un chemin de dérivation associé à chaque zone de coupure, activa- ble par un arc de coupure et comprenant une première pièce et une deuxième pièce de recueil d'arc disposées à un faible intervalle diélectrique des contacts mobiles respectifs. Selon l'invention,: - les première pièce et deuxième pièce de recueil d'arc sont connec- tées au conducteur principal opposé respectivement par un deuxième con- ducteur et un premier conducteur de dérivation, -chaque conducteur de dérivation comprend un composant électroni- que unidirectionnel respectif, par exemple une diode, les composants unidi- rectionnels étant disposés de manière à établir à la coupure un chemin de dérivation monoarc entre les bornes. 1o A la séparation des contacts, I'appareil électrique considéré bénéficie d'un cheminement de courant à faible impédance; I'agencement et la connexion des pièces de recueil d'arc et des conducteurs de dérivation permettent de choisir en fonction des conditions de coupure souhaitées une commutation du pied anodique ou cathodique de l'arc. Il sera en général préférable de 1s réaliser une commutation anodique et l'on connecte à cet effet la cathode de chaque diode à la pièce de recueil d'arc correspondant au conducteur de dérivation approprié. La description est faite ci-après d'un mode de réalisation non limitatif de l'in- vention, en regard des dessins annexes. La figure 1 représente schématiquement un appareil électrique conforme à l'invention. Les figures 2 à 5 illustrent la circulation du courant dans l'appareil lors d'une coupure. La figure 6 montre une variante de réalisation de l'appareil. L'appareil électrique 10 représenté sur la figure 1 comprend dans un boîtier plusieurs chemins polaires 11 à double coupure comprenant des contacts séparables sous l'effet d'un dispositif de commande M. Le chemin polaire 11 comporte deux contacts fixes 13,23 reliés à des bornes de connexion res- pectives B1,B2 par des conducteurs principaux E1,E2. Un pont de contact 12 déplaçable par le dispositif M comprend deux contacts mobiles 14,24 as- sociés aux contacts fixes respectifs 13,23. io Une pièce de recueil d'arc F1, respectivement F2, est prévue en regard du pont de contact 12 près du contact mobile 14, respectivement 24, et ce de manière à s'écarter du pont à l'opposé l'une de l'autre. Chaque pièce de re- cueil F1,F2 est connectée par un conducteur de dérivation L2, respective- ment L1, à un point P2, respectivement P1, du conducteur principal E2,E1 situé entre le contact fixe 23,13 propre à celui-ci et la borne de connexion correspondante B2,B1. Sur chaque conducteur de dérivation L2,L1 est disposé un composant élec- tronique unidirectionnel D2,D1 de manière à assurer la conduction du cou- rant entre B1 et B2 dans l'un ou l'autre sens. Les composants D1,D2 sont des diodes; ils peuvent aussi être constitués par des composants semicon- ducteurs commandables lorsqu'on veut maîtriser leur fenêtre de conduction. Au voisinage des couples de contacts 13,14 et 23,24 existent des zones de contact et de coupure Z1,Z2 comprenant une zone de contact proprement dite, dans laquelle les arcs sont créés, et une zone de coupure ou d'extinc- tion proprement dite, vers laquelle les arcs commutent pour être éteints. Un générateur de champ magnétique H1,H2 est associé à chaque zone de contact et de coupure Z1,Z2 pour déterminer un champ magnétique tel que les arcs nés dans les deux zones Z1,Z2 lors d'une coupure tendent à être chassés. Les générateurs de champ H1,H2, qui peuvent être par exemple constitués par l'association d'un aimant permanent à un circuit magnétique, sont indiqués en tirets sur la figure 1 et leur effet est représenté par les flè- ches hl,h2 des figures 2 à 5. Il convient de noter que, dans les zones ZI,Z2, les éléments de chemine- ment des pieds d'arc sont réalisés de toute manière appropriée. Dans la forme d'exécution représentée, le conducteur El,E2 a une forme de J favori- sant la migration de l'arc et se poursuit au-delà du contact 13,23 par une extension E'1,E'2 telle qu'une corne ou un rail. De même, la pièce de recueil d'arc F1,F2 présente une extension F'I,F'2 telle qu'une corne ou un rail pro- l0 che de l'extension E'1,E'2 et offrant un point de captage d'arc proche du pont mobile 12, ce point étant de préférence séparé de l'extrémité corres- pondante du pont par un très faible intervalle diélectrique G1,G2. La pièce F1,F2 a une forme appropriée, par exemple également en J, pour favoriser la migration de l'arc et éviter le reclaquage. Bien que le dispositif selon l'in- vention permette de réduire, voire de supprimer les structures d'extinction d'arc, les extensions E',F' peuvent être prévues sur les ailettes d'une telle structure. Le fonctionnement du dispositif décrit va être expliqué en regard des figures 2 à 5. Les contacts fixes 13,23 sont désormais notés Al,C2 et les contacts mobiles 14,24 sont notés Cl,A2 pour mieux attirer l'attention sur leur carac- tère anodique (A) ou cathodique (C). Il en est de même pour les extensions E'1,F'1 maintenant notées A'1,C'1 et E'2,F'2 notées C'2,A'2. On suppose que les contacts sont initialement fermés (voir figure 2) et qu'un courant alternatif I circule de B1 vers B2 et vice-versa. Lorsque le pont mobile 12 s'ouvre et alors que le courant I circule de B1 vers B2, un arc a, apparaît entre les contacts A1 et Cl et un arc a2 apparaît entre les contacts A2 et C2 (voir figure 3). Le courant continue de passer par les conducteurs principaux E1,E2, tandis que les arcs a, et a2 tendent à être chassés vers la droite par les champs magnétiques H1,H2 (figure 3). Le choix effectué de la polarité de la diode D1, en combinaison avec le mode de franchissement anodique de l'intervalle G2 entre le contact mobile A2 et l'extension A'2 de la pièce de recueil F2, facilite la commutation de l'arc a2. Le franchissement de l'intervalle G2 par l'arc a2 entraîne l'apparition d'un arc a3 entre A'2,C'2 (voir figure 4). Le courant circule dès lors entre B1 et B2 d'une part dans le conducteur de dérivation L1 via la diode D1 et l'arc a3 puis le conducteur principal E2 et d'autre part continue brièvement de circu- ler par le conducteur principal El, I'arc ai, le pont 12, I'arc a2 et le conduc- teur principal E2. Du fait de l'impédance plus élevée du chemin de courant principal, les arcs a, et a2 s'éteignent et le courant passe alors en totalité par l'arc a3 (figure 5), puis s'éteint au passage suivant du courant par zéro. La stagnation des arcs a, et a2 sur les contacts est ainsi minimisée. On observera que le saut préfé- rentiel de l'un des arcs vers sa pièce de recueil est favorisé par le soufflage intrinsèque dû aux formes et dispositions des pièces conductrices et au soufflage auxiliaire engendré par les générateurs de champ magnétique H1,H2; ce saut préférentiel est aussi favorisé par la différenciation anodique et cathodique des pieds d'arc associés aux deux côtés du pont et par la dif- férence du sens de migration des arcs due aux champs magnétiques, assure qu'une seule impédance d'arc est présente dans le circuit de dérivation, ce qui rend la coupure plus rapide et minimise le risque de reclaquage. Le fonctionnement est le même pour une alternance opposée du courant, celui-ci se dirigeant de B2 vers B1, grâce à la diode D2; il est également possible de monter les diodes D1,D2 comme indiqué figure 6, I'arc commu- tant alors par son pied cathodique du contact mobile 14 à la pièce de recueil Fl. Revendications 1. Appareil électrique à contacts séparables à double coupure en courant alternatif, comportant pour au moins un chemin polaire (11): - un premier contact (A1) et un deuxième contact (A2) fixes reliés à une première borne (B1) et respectivement une deuxième borne (B2) de La connexion du chemin polaire par un premier conducteur principal (El) et respectivement un deuxième conducteur principal (E2), - un pont de contact mobile (12) muni d'un premier contact (Cl) et d'un deuxième contact (C2) mobiles respectivement associés aux premier et deuxième contacts fixes (A1,A2) pour être appliqués sur eux et séparés d'eux afin d'établir et d'interrompre le chemin polaire, - un chemin de dérivation associé à chaque zone de coupure, activa- ble par un arc de coupure et comprenant une première pièce (F1l) et une deuxième pièce (F2) de recueil d'arc disposées à un faible intervalle diélec- trique (G1,G2) des contacts mobiles respectifs (C1,C2), caractérisé par le fait que: - les première pièce et deuxième pièces de recueil d'arc (F1,F2) sont connectées au conducteur principal opposé (E2,E1) respectivement par un deuxième conducteur (L2) et un premier conducteur (L1) de dérivation, -chaque conducteur de dérivation comprend un composant électroni- que unidirectionnel respectif (D2,D1), les composants unidirectionnels étant disposés de manière à établir à la coupure un chemin de dérivation monoarc entre les bornes (B1,B2). 2. Appareil électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composant unidirectionnel (D2,D1) prévu sur chaque conducteur de dériva- tion (L2,L1) est connecté par sa cathode (K2,K1) à la pièce de recueil d'arc (F 1,F2) correspondante. 3. Appareil électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composant unidirectionnel (D2,D1) est une diode. o10 4. Appareil électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un organe générateur de champ magnétique (H1,H2) est associé à chaque zone de contact et de coupure (Z1,Z2) de manière à chasser l'arc vers la pièce de recueil (F1,F2).