Brevet FR2792767A1 — publié le 20001027

L'invention concerne un dispositif de commande à plusieurs positions pour appareillage électrique commandé par l'intermédiaire d'un arbre rotatif et notamment pour commutateur de centrale électrique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif pour contrôler les passages d'un appareillage d'une S position à une autre d'une manière déterminée, soit de façon automatique par commande électrique depuis une unité centrale de commande, soit éventuellement par commande manuelle à l'aide d'une manivelle, en cas de panne électrique et notamment de panne au niveau de l'unité centrale. Ce dispositif est destiné à éliminer la possibilité d'un passage non commandé, d'une position à une autre, ainsi que la possibilité d'un passage d'une position à une autre sans respecter un séquencement donné, par exemple un passage d'une première à une troisième position sans passer par une seconde position imposée comme nécessairement intermédiaire. En effet pour des raisons de sécurité du personnel et/ou de protection du matériel, il est souvent nécessaire d'imposer un séquencement déterminé de passage d'une position à une autre dans le respect de conditions données, par exemple pour éviter une mise à la terre intempestive d'une liaison sous tension. De telles conditions sont par exemple prévues pour un dispositif destiné à commander un circuit de générateur dans une installation de production d'énergie électrique, o il permet de commander, soit l'interconnexion entre le générateur et un transformateur réseau par fermeture d'un sectionneur, soit l'interruption de l'interconnexion par ouverture du sectionneur, soit encore une mise à la terre, sectionneur ouvert. L'invention propose donc un dispositif de commande pour appareillage électrique commandé par la rotation d'un arbre de commande, d'une position angulaire déterminée à une parmi plusieurs autres positions angulaires déterminées, sous l'action de moyens d'entraînement électriquement ou manuellement contrôlés. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. Les figures 1 et 2 présentent respectivement une vue de face et une vue de dessus d'un exemple de dispositif de commande selon l'invention. Les figures 3, 4, 5 et 6 présentent schématiquement quatre états caractéristiques du dispositif de commande selon l'invention. Le dispositif de commande 1, illustré sur les figures 1 et 2, est plus particulièrement destiné à équiper un appareillage électrique notamment moyenne ou haute tension, qui est manoeuvrable par l'intermédiaire d'un arbre de commande 2 tournant, cet appareillage n'étant pas représenté ici dans la mesure o sa structure n'a pas de rapport direct avec la présente invention. Cet appareillage est supposé mis dans un état déterminé parmi plusieurs possibles en fonction de la position angulaire occupée par l'arbre de commande 2. Cette position se traduit par exemple par le positionnement d'un bras de manoeuvre 3 latéralement porté par l'arbre 2. Dans l'exemple de réalisation envisagé en relation avec les figures 3 à 6, il est prévu que l'arbre de commande puisse prendre trois positions déterminées distinctes décalées de 90 l'une par rapport à l'autre, depuis 0 jusqu'à 180 . Il est aussi considéré ici que le passage d'une des positions extrêmes à 0 et 180 implique impérativement un passage par la position intermédiaire à 90 , pour des raisons techniques imposées par le mode de fonctionnement de l'appareillage commandé. Dans l'exemple d'application envisagé, les rotations limitées de l'arbre de commande 2 sont susceptibles d'être entraînées soit par l'action d'un moteur électrique 4, soit éventuellement par l'intermédiaire d'une manivelle manuellement actionnée, si le moteur ne peut ou ne doit pas être utilisé. Un mécanisme 6 classique et non détaillé ici permet d'entraîner l'arbre de commande dans les deux sens au moyen de la manivelle 5, via un arbre d'entraînement 7. Le moteur électrique 4 agit sur l'arbre d'entraînement 7 par l'intermédiaire d'un réducteur à vis sans fin 8 et les rotations dans un sens ou dans l'autre de l'arbre d'entraînement 7 conduisent à des rotations de sens inverse de l'arbre de commande 2 par l'intermédiaire d'un agencement mécanique dont le fonctionnement est détaillé en liaison avec les figures 3 à 6. Dans l'exemple de réalisation pratique présenté, le dispositif de commande est associé à un système de blocage mécanique de l'arbre de commande par serrures, ici symbolisé par une chaîne sans fin 9 associé à une serrure à clé 10. Ce dispositif n'est pas détaillé ici, car il ne fait pas partie de la présente invention. L'agencement mécanique qui permet à l'arbre d'entraînement 7 de coopérer avec l'arbre de commande 2 comporte une croix de Malte 11 fixée sur l'arbre de commande 2. Deux ergots 12, 12' d'entraînement de croix de Malte fixés à même distanze par rapport à l'arbre d'entraînement 7 sont associés à une came 13 complémentaire de la croix de Malte. Cette came est fixée sur l'arbre d'entraînement qui est positionné parallèlement à l'arbre de commande 2. Dans la réalisation envisagée, les ergots 12 et 12' sont portés par deux bras 14, 14' d'une pièce de support, en dièdre ouvert, centralement fixée sur l'arbre d'entraînement. La came 13 comporte deux secteurs inégaux diamétralement opposés qui sont symétriques par rapport à un plan transversal médian et qui comportent latéralement une courbure concave de dégagement pour les bras de la croix de Malte, lorsque came et croix sont en mouvement. La bordure périphérique de ces secteurs présente une courbure convexe, qui est complémentaire de celle présentée par la croix de Malte entre deux bras. Cette courbure est réalisée au niveau de trois des quatre quadrants de la croix, dans l'exemple présenté o il est prévu trois positions distinctes d'arbre de commande à 0, 90 et 180 d'angle. Deux des bras de croix 11A, 1 lB qui sont disposés à angle droit, sont longitudinalement fendus pour recevoir un ergot d'entraînement 12 ou 12'. Comme connu, la rotation des ergots dans un sens déterminé avec l'arbre d'entraînement qui les porte, conduit l'un ou l'autre de ces ergots à se présenter devant l'entrée de fente d'un bras o il pénètre. Cette pénétration entraîne l'appui de cet ergot sur l'un des bords de fente et la rotation de la croix de Malte sur 90 . Cette opération peut être répétée deux fois, à partir d'une position initiale de croix, telle que celle présentée sur la figure 4, et pour une rotation dans le sens trigonométrique. Il en est de même en sens inverse à partir de la position de croix située à 180 de la position initiale envisagée ci-dessus. L'arbre de commande 2 qui porte la croix de Malte est immobilisé par l'arbre d'entraînement 7 qui porte la came 13 et les ergots 12 et 12', si cet arbre d'entraînement est immobile. Ceci est la conséquence des courbures complémentaires des deux secteurs de came et des trois quadrants de croix de Malte qui sont voisins d'un des bras fendus. Ceci est exploité pour chacune des trois positions d'arbre de commande à 0, 90 et 180 . La rotation de l'arbre d'entraînement 7 est limitée dans chacun des deux sens de rotation possibles par une butée d'arrêt fixe 15, située au voisinage de l'arbre de manière à s'interposer sur le trajet suivi par une butée complémentaire 16 solidaire de l'axe d'entraînement, lors de la rotation de ce dernier. Ces butées 15 et 16 sont réalisées sous la forme de secteurs annulaires angulairement définis pour que la butée 16 vienne en appui d'un côté ou de l'autre de la butée 15, suivant le sens de rotation imposé à l'arbre d'entraînement, lorsque celui-ci atteint la position pour laquelle il est soit en position 0 dans un cas, soit en position 240 dans l'autre cas. Un mécanisme complémentaire d'arrêt des arbres est inclus dans le dispositif de commande selon l'invention pour empêcher la rotation de l'arbre de commande après qu'il ait atteint une position intermédiaire, si cette rotation n'a pas été - autorisée par une commande électrique ou manuelle spécifique. Dans l'exemple de réalisation proposé, il n'est prévu qu'une seule position intermédiaire entre les deux positions extrêmes et pour une position d'arbre de commande à 90 . Le mécanisme d'arrêt comporte ici un élément mobile d'arrêt pour chacun des sens de rotation, chaque élément vient s'interposer sur le trajet suivi en cours de rotation par un élément complémentaire saillant porté par un des arbres 2 et 7. Dans la réalisation proposée, les éléments complémentaires sont montés sur l'arbre d'entraînement et sont constitués chacun par l'un des ergots d'entraînement 12, 12'. Les éléments mobiles d'arrêt sont constitués par deux leviers 17 et 17' qui sont susceptibles d'être déplacés de manière à venir s'interposer l'un ou l'autre par une extrémité de butée sur le trajet suivi par les ergots et pour empêcher la poursuite de la rotation des arbres, lorsqu'un ergot vient en appui sur une extrémité de butée. Dans la réalisation proposée, les deux leviers 17 et 17' forment un dièdre et ce dièdre est monté rotatif par rapport à un axe situé au sommet du dièdre, cet axe est ici constitué par l'arbre de commande 2 lui-même. Les mouvements en sens inverse du dièdre permettent l'interposition alternative de l'extrémité de butée de l'un ou l'autre des leviers 17, 17' sur le trajet suivi par les ergots, lors de la rotation de l'arbre d'entraînement 7 qui les porte. Une position limite de dièdre correspond à l'interposition de l'extrémité de butée du levier 17 sur le trajet circulaire suivi par les ergots. La rotation de l'arbre d'entraînement 7 dans le sens trigonométrique est stoppée, lorsque l'ergot 12' vient en appui sur l'extrémité de butée du levier 17. Une seconde position limite est atteinte, lorsque l'ergot 12 vient en appui sur l'extrémité de butée du levier 17', lors d'une rotation de l'arbre d'entraînement 7 dans le sens des aiguilles d'une montre. Les déplacements en rotation du dièdre autour de l'arbre de commande sont par exemple commandés par l'intermédiaire de deux électro-aimants antagonistes 18 et 18' qui agissent alternativement par attraction sur un levier d'entraînement 19 fixé aux leviers 17 et 17' au niveau du sommet du dièdre. L'alimentation de l'électro-aimant 18 attire le levier 19 et entraîne une interposition de l'extrémité de butée du levier 17 sur le trajet des ergots, comme montré sur les figures 3 et 5. L'alimentation de l'électro-aimant 18' attire le levier 19 et entraîne une interposition de l'extrémité de butée du levier 17' sur le trajet des ergots comme montré sur les figures 4 et 6. Une commande manuelle du levier d'entraînement 19 permet d'obtenir les mêmes résultats. L'angle formé par les leviers 17 et 17' et la forme de ces leviers intérieurement au dièdre sont choisis pour permettre un déplacement du dièdre du fait de la pression exercée latéralement par un ergot contre un levier à l'intérieur de la zone intérieurement délimitée par les deux leviers 17 et 17', lorsque cet ergot s'y déplace. Dans l'exemple de réalisation proposé, le bord de levier situé, à l'intérieur du dièdre pour chaque levier est courbe et se creuse progressivement depuis la butée d'arrêt vers le sommet du dièdre de manière que l'appui latéral d'un ergot lors de son parcours au long de ce bord soit effectué avec une pression variant entre une valeur maximale en extrémité de levier et une valeur nulle au sommet du dièdre. La rotation des arbres de commande et d'entraînement depuis la position 0 vers la position 90 s'effectue sous l'action du moteur 4 ou à défaut de la manivelle 5. La position de départ est ici supposée telle que l'ergot 12' soit situé en amont de l'entrée de fente du bras 11 A et en appui contre le bord intérieur de ce bras entre l'extrémité de butée et le sommet du dièdre formé par les leviers 17, 17'. La pression exercée par l'ergot 12', lors de son déplacement dans la fente du bras 11A, entraîne la croix de Malte 11 et l'arbre de commande 2. Ce déplacement d'ergot 12' au long du leviers 17' tend à faire tourner le dièdre dans le sens trigonométrique, en ramenant l'extrémité de butée du levier 17' sur le trajet circulaire des ergots. L'ergot 12 est alors dans une trajectoire d'approche vis-à- vis de l'extrémité de butée du levier d'arrêt 17' contre laquelle il vient s'appuyer. L'appui de l'ergot 12 contre cette extrémité de butée immobilise l'arbre d'entraînement et en conséquence l'arbre de commande. Dans l'exemple de réalisation présenté cet arrêt est obtenu, lorsque l'arbre d'entraînement a effectué une rotation de 117 . L'arbre de commande est alors immobilisé dans sa position intermédiaire à 90 par l'intermédiaire de la croix de Malte 11 et de la came complémentaire 13 que porte l'arbre d'entraînement 7, comme schématisé sur la figure 4. Il est possible de revenir à la position de commande à 0 depuis la position de commande à 90, dans la mesure o l'angulation du dièdre et la position des leviers 17, 17' par rapport aux ergots font que l'ergot 12' est en appui contre le bord intérieur du levier 17, entre l'extrémité de butée de ce levier et le sommet du dièdre. Il suffit alors de mettre en rotation l'arbre d'entraînement 7 dans le sens trigonométrique au moyen du moteur 4 ou à l'aide de la manivelle 5. Le passage à la position de commande à 180 depuis la position de commande intermédiaire à 90 implique que l'extrémité de butée du levier 17' ne soit plus interposée sur le trajet des ergots et qu'une rotation du dièdre, dans le sens des aiguilles d'une montre, soit imposée pour permettre à l'ergot 12 de passer cette extrémité de butée de levier 17'. Ceci est obtenu par le déclenchement d'une action de traction de l'électro-aimant 18 sur le levier d'entraînement 19, comme schématisé sur la figure 6. Le retrait de l'extrémité de butée du levier 17' hors du trajet des ergots permet à l'ergot 12 de tourner avec l'arbre d'entraînement 7 dûment entraîné. L'arbre d'entraînement peut alors tourner jusqu'à atteindre la position d'extrémité ici supposée atteinte pour une rotation de 240 effectuée depuis la position initiale et dans le sens des aiguilles d'une montre. La position correspondante atteinte par l'arbre de commande 2 est alors la position extrême à . Le retour de l'arbre de commande depuis cette position à 180 vers la position de départ à 0 implique un passage par la position intermédiaire à 90 . Une mise en rotation de l'arbre d'entraînement, dans le sens trigonométrique, entraîne l'enfoncement de l'ergot 12 dans la fente du bras 1lB de la croix de Malte et l'entraînement de cette croix dans le sens des aiguilles d'une montre. Les rotations des arbres et de la croix de Malte se poursuivent jusqu'au moment o l'ergot 12' vient en appui contre l'extrémité de butée du levier 17 alors interposée sur le trajet des ergots, comme montré sur la figure 5. L'arbre de commande est alors à nouveau en position intermédiaire à 90 . Il est alors possible de passer de la position d'arbre illustrée sur la figure 5, à la position illustrée sur la figure 6, sans avoir à agir sur l'électro-aimant. Une traction de l'électro-aimant 18' est alors nécessaire pour faire tourner le dièdre dans le sens trigonométrique et pour retirer l'extrémité de butée du levier 17 hors du trajet des ergots, comme illustré sur la figure 5. Le retour de l'arbre de commande à la position d'origine 0 , comme illustré sur la figure 3 est alors possible, par rotation de l'arbre d'entraînement dans le sens trigonométrique montre jusqu'à ce que la butée 16, que porte cet arbre d'entraînement, vienne en appui sur la butée fixe 15 Le dispositif de commande à trois positions tel que décrit ci-dessus est notamment prévu pour équiper un appareillage électrique comportant un sectionneur de barres, à couteau de mise à la terre ou associé à un sectionneur de mise à la terre, tel que prévu par exemple dans un circuit générateur de centrale de production d'électricité, entre le générateur et un transformateur réseau. Il permet alors de contrôler le sectionneur de barres et la mise à la terre, de manière à ne permettre que trois positions, l'une pour laquelle le sectionneur de barres est fermé, une intermédiaire pour lequel ce sectionneur est ouvert et o la mise à la terre n'est pas réalisée et une troisième o la mise à la terre est assurée par fermeture du couteau ou du sectionneur de mise à la terre.5 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de commande pour appareillage électrique commandé par la rotation d'un arbre de commande (2), d'une position angulaire déterminée à une parmi plusieurs autres positions angulaires déterminées, sous l'action de moyens d'entraînement électriquement ou manuellement contrôlés (6, 8) caractérisé en ce qu'il comporte: - un arbre d'entraînement (7), mis en rotation par l'intermédiaire des moyens d'entraînement et disposé parallèlement à l'arbre de commande, ledit arbre étant limité en rotation par l'action d'une butée d'arrêt fixe (16) qui assure un arrêt dans chacun des deux sens de rotation aux deux positions extrêmes de début et de fin de rotation choisies; - une croix de Malte (11) fixée sur l'arbre de commande et entraînée en rotation, dans l'un ou l'autre des deux sens de rotation possibles, par l'un ou l'autre de deux ergots (12, 12') d'entraînement de croix de Malte, fixes par rapport à l'arbre d'entraînement et associés à une came (13), complémentaire de cette croix, sur cet arbre d'entraînement; - un mécanisme complémentaire d'arrêt des arbres, à commande électrique ou manuelle, permettant d'empêcher la rotation des arbres dans chacun des deux sens de rotation pour au moins une position intermédiaire déterminée, par interposition d'un élément d'arrêt (17 ou 17') sur le trajet suivi au cours d'une rotation par un élément complémentaire saillant que porte un des arbres. 2/ Dispositif de commande, selon la revendication 1, dans lequel la croix de Malte ne comporte que deux fentes d'entraînement disposées à angle droit l'une de l'autre. 3/ Dispositif de commande, selon l'une des revendications 1, 2, dans lequel le mécanisme complémentaire d'arrêt des arbres comporte un élément d'arrêt mobile (17 ou 17') pour chacun des deux sens de rotation, chacun de ces éléments coopérant avec un élément complémentaire saillant, constitué par un des deux ergots d'entraînement (12, 12'), pour empêcher la rotation de l'arbre d'entraînement pour une position intermédiaire déterminée en s'interposant, sur commande électrique ou manuelle, sur le trajet suivi par ledit ergot pour entraîner en rotation la croix de Malte. 4/ Dispositif de commande, selon la revendication 3, dont les éléments d'arrêt d'arbre à une position intermédiaire sont constitués par deux leviers d'arrêt (17, 17') disposés en dièdre pour former un ensemble monté rotatif par rapport à un axe situé au niveau du sommet du dièdre pour tourner sous la commande d'un levier d'entraînement (19) actionnable électriquement ou manuellement, d'une position pour laquelle l'un des leviers s'interpose sur le trajet suivi par l'un des ergots d'entraînement (12, 12') de manière à bloquer l'arbre d'entraînement dans l'un des sens de rotation, à une position pour laquelle l'autre levier s'interpose sur le trajet suivi par l'autre ergot de manière à bloquer l'arbre d'entraînement dans l'autre sens de rotation et inversement. / Dispositif de commande selon la revendication 4, dans lequel le dièdre que forment deux leviers d'arrêt est monté rotatif entre deux positions limites pour lesquelles l'un ou l'autre de ces leviers s'interpose par une extrémité de butée sur le trajet suivi par les ergots d'entraînement et en ce que chaque levier comporte un bord courbe d'appui d'ergot qui se creuse progressivement entre son extrémité de butée et le sommet du dièdre, à l'intérieur de ce dernier. 6/ Dispositif de commande selon l'une des revendications 4, 5, dans lequel le dièdre que forment deux leviers d'arrêt est monté rotatif sur l'axe que constitue l'arbre de commande.