Brevet FR2795227A1 — publié le 20001222

I 2795227 La présente invention concerne un module électromagnétique de commutation multipolaire destiné à être associé par des bornes de source à un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire principal et par des bornes de charge à au moins un moteur et présentant, entre ces bornes, dans un boîtier plusieurs lignes de courant de puissance pourvus de pôles de commutation à contacts toujours alternativement fermés, commandés par un électro-aimant de commutation piloté par un circuit de commande, chacun des pôles de commutation étant constitué par un porte contact mobile entre deux conducteurs portant les contacts fixes. Il est connu de réaliser un schéma de contrôle de moteur (inverseur de sens de marche, démarrage étoile-triangle, changement de vitesse,..) en associant plusieurs appareils (contacteurs, etc.) interconnectés au niveau puissance et au niveau contrôle en fonction du schéma souhaité. Ce type de réalisation est encombrant. On connaît par le brevet FR 2 758 903 ou le brevet FR 2 761 521 un module de type inverseur permettant de faire passer un moteur d'un fonctionnement en marche directe à un fonctionnement en marche inverse et vice-versa. Ce module est également encombrant. L'invention a pour but de fournir un module électromagnétique de commutation pourvu d'une chambre de commutation et pôles de commutation à simple coupure dotés de propriétés électromagnétiques améliorées. Les pôles de commutation restent toujours fermés en dehors des commutations et ce de manière particulièrement efficace du fait des propriétés électromagnétiques de ces pôles et de l'agencement de la chambre de commutation. Le module de commutation selon l'invention est caractérisé par le fait que, pour chaque pôle, le porte contacts mobile comporte deux conducteurs parallèles en forme de boucles réunis à une borne et que les deux pièces de contacts fixes sont en forme de boucles et réunies à des bornes. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma du circuit puissance d'un module de commutation de type inverseur, associé à un appareil interrupteur principal; - la figure 2 est un schéma du circuit puissance d'un module de commutation de 2 2795227 type étoile-triangle, associé à un appareil interrupteur principal; - la figure 3 est un schéma du circuit puissance d'un module de commutation de type distributeur, associé à un appareil interrupteur principal; - la figure 4 est un schéma du circuit puissance d'un module de commutation de type changement de vitesse, associé à un appareil interrupteur principal; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée montrant l'agencement interne du module selon l'invention; - la figure 6 est une vue en perspective de la partie basse du module, réalisant la commutation sur le circuit de puissance; - la figure 7 est un schéma d'un pôle de commutation du module - la figure 8 est une vue de détail du pôle, la ligne de courant d'un des contacts fixes n'étant pas représentée; - la figure 9 est une coupe selon P de la figure 8 - la figure 10 est un schéma d'un mode de réalisation du circuit de commande de l'électroaimant du module. Le module électromagnétique de commutation selon l'invention, repéré M sur les dessins, est destiné à être associé à un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire Ap pouvant être pourvu d'une fonction de protection moteur, de type contacteur ou contacteur- disjoncteur. Il peut s'intégrer, en association avec des appareils tels que Ap, dans des schémas classiques tels que: inversion de sens de marche, démarrage étoile- triangle, distribution, changement de vitesse. L'appareil interrupteur principal Ap loge, dans un boîtier, des lignes de courant polaires disposés entre des bornes de source L1, L2, L3 se connectant aux phases du réseau alternatif et des bornes de charge T1, T2, T3 pouvant se connecter au module de commutation M. Chaque ligne de courant présente un interrupteur ou pôle Il ou 12 ou 13 commandé par un électroaimant principal E dont la bobine B est alimentée en courant électrique par deux bornes d'alimentation repérées A1 et A2. Le module de commutation M se loge dans un boîtier Bo pourvu à l'arrière d'une 3 2795227 embase de fixation P, sensiblement plane, permettant de le fixer sur un rail ou une platine. Il présente des bornes de source (puissance) tl, t2, t3 se raccordant directement sur les bornes aval T1, T2, T3 de l'appareil principal AP et des bornes de sortie ou de charge (puissance) U, V, W d'une part u, v, w d'autre part qui sont connectées au(x) moteur(s). Le module de commutation M peut se monter directement sous l'appareil Ap ou il peut être déporté. Sur les lignes de courant comprises entre les bornes source tl, t2, t3 et les bornes de sortie ou de charge, sont agencés des pôles de commutation Cl, C2, C3 du type à rupture simple et bistables. Ces pôles C1, C2, C3 sont actionnés par un électro-aimant bistable El pourvu d'une bobine Bb et leurs contacts sont toujours alternativement fermés sauf pendant les commutations. Le module M ne possède pas de dispositif d'extinction d'arc et ne peut donc pas être actionné en charge. Le nombre de bornes tl, t2, t3 est égal au nombre de bornes T1, T2, T3, le nombre de pôles Cl, C2, C3 étant lui-même égal ou inférieur à ce nombre de bornes. Les pôles Cl, C2, C3 et le câblage interne Sc des lignes de courant associées réalisent une fonction de contrôle de moteur classique: inverseur, étoile-triangle ou distribution, petite vitesse- grande vitesse. Le câblage du circuit du circuit puissance du module M dépend de la fonction de contrôle réalisée par ce module. Dans le mode de réalisation destiné à l'inversion de sens de marche qui est illustré à la figure 1, la borne source t3 est reliée directement à la borne de charge W. Les bornes source tl et t2 sont reliées (marche directe) aux bornes de charge U et V par les pôles Cl, C2 et après commutation de ces mêmes pôles (marche inverse), aux bornes V et U, ce qui réalise le croisement habituel des phases. Dans les modes de réalisation qui sont illustrés à la figure 2, à la figure 3 et à la figure 4 et qui sont destinés respectivement au démarrage étoile-triangle, à la distribution et au changement de vitesse, les bornes de source tl, t2, t3 sont disposées d'un coté du module tandis que les bornes de charge U, V, W (démarrage en triangle ou premier moteur ou grande vitesse) et les bornes de charge u, v, w (démarrage en étoile ou second moteur ou petite vitesse) sont disposées du côté opposé. Les bomes U, V, W d'une part, u, v, w d'autre part sont décalées les unes par rapport aux autres. L'électro-aimant El de type bistable logé dans le module de commutation M et actionnant les contacts mobiles des pôles de commutation C1, C2, C3 est équipé d'un aimant permanent de manière à réduire la consommation d'énergie. Cet électro-aimant El 4 2795227 est piloté par un circuit de commande interne Cc illustré à la figure 10. La partie magnétique mobile de l'électro-aimant El qui a un mouvement rectiligne alternatif manoeuvre les pôles de commutation C1, C2, C3 par un coulisseau Ra. De préférence l'axe de déplacement de cet électroaimant est parallèle au plan de fixation Pf et aux bornes. Le module de commutation M est agencé de manière que les pôles de commutation C1, C2, C3 et les circuits de puissance associés et que l'ensemble de commande des pôles formé par l'électro-aimant El et le circuit de commande Cc soient décalés ou espacés selon une direction perpendiculaire à la face arrière Pf de fixation du module et que la largeur L du module soit sensiblement égale à la largeur de l'appareil principal associé Ap. La largeur L est donc réduite si on la compare à des appareils usuels réalisant des fonctions similaires. Les pôles de commutation Cl1, C2, C3 et les conducteurs Sc du schéma de câblage (inverseur, etc) sont logés vers l'arrière, l'électro- aimant El et le circuit de commande Cc associé étant logés vers l'avant. Chaque pôle de commutation C1 ou C2 ou C3 illustré schématiquement à la figure 6 est de type inverseur (contacts toujours fermés) et est constitué par un porte contact mobile Pc portant deux conducteurs parallèles Cml, Cm2 en forme de boucles et portant respectivement les contacts mobiles P1 et P2. Ces conducteurs sont réunis à une borne t1, t2, t3. Le portecontact Pc oscille, autour d'un tourillon Ax et d'un axe A-A', entre deux conducteurs Cfl, Cf2 portant les contacts fixes P3 et P4. Ces conducteurs sont eux- mêmes en forme de boucle et réunis à une ou deux bornes U, V, W. Dans le mode de réalisation représenté les axes sont perpendiculaires au plan de fixation arrière Pf. Le porte- contact mobile Pc oscille, autour de l'axe A-A', d'une première position de travail, contacts fermés, à une seconde position de travail, contacts fermés également. Le courant qui circule dans un conducteur mobile Cml ou Cm2 et dans le conducteur fixe correspondant Cfl ou Cf2, selon des directions parallèles, induit un effort d'attraction magnétique. Cet effet de boucle permet d'obtenir une pression de contact proportionnelle au courant qui passe dans le pôle. Les poles ne sont jamais actionnés en charge ce qui permet de réduire la pression nominale de contact, I'encombrement de l'électroaimant se trouvant diminué. Les parties mobiles de l'électro-aimant actionnent un coulisseau Ra mobile en translation parallèlement au plan arrière de fixation Pf et agissant sur chaque ressort de pôle Rp par l'intermédiaire d'une pièce Pi. Les conducteurs fixes Cfl, Cf2 réalisent avec des prolongements ou des 2795227 conducteurs complémentaires aboutissant aux bornes de charge (puissance) U, V, W etc, un des schémas de contrôle Sc du moteur ou des moteurs. Ces prolongements ou conducteurs complémentaires sont logés dans le boîtier Bo, du coté des bomrnes de charge. Les conducteurs mobiles Cml, Cm2 du porte-contact PC sont distants, l'un par rapport à l'autre, de manière qu'un noyau magnétique No se loge entre eux. Ce noyau magnétique No coopère avec des contreplaques Cpl, Cp2 fixées à l'intérieur de la chambre de commutation logeant le pôle. Les pièces de contacts mobiles Cml, Cm2 sont réunies par une liaison électrique souple Tr et un conducteur tel que Co3 à une borne source telle que t3. Les bornes d'entrée et de sortie servant au contrôle sont disposées vers l'avant. Les bornes d'entrée A2, A1, AI', B1, BI' sont destinées à recevoir les ordres de commande du moteur et les bornes de sortie SA1, S21, S22 coopèrent avec l'appareil principal associé Ap. L'appareil principal Ap comporte un contact de verrouillage Ve manoeuvré par la partie mobile de l'électro-aimant E et connecté à deux bornes 21 et 22 pouvant se connecter aux bornes SA1 et SA2 du module M. La bobine Bb de l'électro-aimant El est alimentée de manière à être polarisée dans l'un ou l'autre sens. Cette commande peut être réalisée par deux contacts inverseurs auxiliaires la et 1 b actionnés par la partie mobile de l'électroaimant bistable El et associés à des diodes 7a, 7b. Le module de commutation M peut comporter d'autres contacts auxiliaires tels que 3 et 6 également actionnés par la partie mobile de l'électro-aimant El. Pour réaliser l'application, on branche sur les bornes A1, A'I, B1, B'1 du module de commutation M d'une part des contacts Bpl contrôlant le fonctionnement dans le "sens un" et d'autre part des contacts Bp2 contrôlant le fonctionnement dans le " sens deux >". On appelle fonctionnement " sens un ", I'un des deux modes de fonctionnement du module c'est à dire la marche directe pour l'inverseur ou en étoile pour l'étoile-triangle. On appelle fonctionnement " sens deux " le second mode c'est à dire la marche inverse ou en triangle. Le fonctionnement du module de commutation va maintenant être expliqué. Dans la position de la figure 10, I'électro-aimant El de l'appareil principal Ap est alimenté via l'interrupteur de marche-arrêt MA, les contacts Bpl, Bp2 et 6. Les pôles de 6 2795227 puissance 11, 12 et 13 de l'appareil principal Ap sont dans la position de fonctionnement " sens un ". Les interrupteurs de commutation tels que C1, C2 du module de commutation M sont dans la position correspondant à ce mode de fonctionnement "sens un " (ces pôles sont toujours en position fermée). Pour passer en mode de fonctionnement "sens deux", l'opérateur ouvre un contact Bp2 et ferme le contact associé Bp2. L'ouverture du contact coupe l'alimentation de la bobine B de l'appareil principal Ap. Les interrupteurs de puissance Il à 13 de l'appareil principal Ap s'ouvrent. La fermeture du contact Bp2 entraîne l'alimentation de la bobine Bb du module M ce qui entraîne la commutation des contacts de commutation tels que C1, C2. Les contacts auxiliaires du module M commutent et le courant est envoyé sur l'électroaimant E de l'appareil principal Ap de manière à manoeuvrer les interrupteurs de puissance 11-13. L'électro-aimant El du module de commutation M ne peut commuter que lorsque les contacts de puissance Il à 13 sont ouverts. Cette fonction de sécurité est assurée par le contact Ve de verrouillage. D'autre part, les contacts de puissance Il à 13 se ferment lorsque les contacts du module de commutation M sont dans la bonne position. Afin de ne pas couper la tension d'alimentation durant la course de l'électro- aimant El, les contacts auxiliaires doivent changer de position après que l'électro-aimant El ait effectué sa course ou une partie importante de sa course. Un dispositif de retardement de changement d'état peut être associé à ces trois contacts. Le porte-contacts PM est associé à un ressort de pôle Rp en forme d'épingle ou de U et actionné par le coulisseau Ra mû par l'électro-aimant El. Il 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. En variante on pourrait éviter d'employer dans le schéma de commande Cc des semi-conducteurs (diodes ou petits composants de protection). 7 2795227 Revendications 1. Module électromagnétique de commutation multipolaire destiné à être associé par des bornes de source (tl, t2, t3) à un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire principal (AP) et par des bornes de charge (U, V, W, u, v, w) à au moins un moteur et présentant, entre ces bornes, dans un boîtier (Bo) plusieurs lignes de courant de puissance pourvus de pôles de commutation à contacts toujours alternativement fermés, commandés par un électro-aimant de commutation (El) piloté par un circuit de commande, chacun des pôles de commutation (C1, C2, C3) étant constitué par un porte contact (Pc) mobile entre deux conducteurs (CfI, Cf2) portant les contacts fixes caractérisé par le fait que, pour chaque pôle, le porte contacts mobile ( Pc) comporte deux conducteurs parallèles (Cml, Cm2) en forme de boucles réunis à une borne (T1, T2, T3) et que les deux pièces de contacts fixes (Cfl, Cf2) sont en forme de boucles et réunies à des bornes (U, V, W). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conducteurs (Cml, Cm2) du porte-contact sont distants l'un par rapport à l'autre de manière qu'un noyau magnétique (No) se loge entre eux. 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le noyau magnétique (No) coopère avec des contreplaques (Cpl, Cp2) fixées à l'intérieur de la chambre de commutation logeant le pôle. 4. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les pièces de contacts mobiles (Cml, Cm2) sont réunies par une liaison électrique souple (Tr) à une borne. 5. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le module est de type inverseur et comporte d'un coté les bornes de source (tl, t2, t3) et du coté opposé les bornes de charge (U, V, W). 6. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le module est de démarrage étoile- triangle ou distributeur ou changement de vitesse et comporte d'un coté les bornes de source (tl, t2, t3) et du côté opposé les bornes de charge (U, V, W) pour un premier fonctionnement et les bornes de charge (u, v, w) pour le second fonctionnement. 7. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-contacts (PM) est associé à un ressort de pôle (Rp) en forme d'épingle 8 2795227 ou de U et actionné par un coulisseau (Ra) mû par l'électro-aimant (El).