Brevet FR2959593A1 — publié le 20111104

APPAREIL DE COMMUTATION ELECTROMAGNETIQUE DE TYPE CONTACTEUR ET PROCEDE D'OUVERTURE D'UN TEL APPAREIL DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention est relative à un appareil de commutation électromagnétique de type s contacteur comportant au moins un contact fixe collaborant un contact mobile relié à une culasse mobile d'un actionneur électromagnétique. Ladite culasse mobile se déplace par rapport à une culasse fixe magnétisable entre une position d'ouverture et une position de fermeture des contacts électriques, une bobine de commande reliée à des moyens de commande étant destinée à engendrer un flux ~o magnétique de commande pour déplacer la culasse mobile. Au moins un ressort de rappel et au moins un ressort de pression de contact génèrent des forces s'opposant au déplacement de ladite culasse d'une position d'ouverture à une position de fermeture. L'invention est aussi relative à procédé d'ouverture d'un appareil de 15 commutation électromagnétique de type contacteur. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Comme représenté sur la figure 1, les circuits de commande et de protection associés à départ moteur 20 comportent généralement un dispositif de coupure 30 de type disjoncteur connecté en série avec un appareil de commutation 10 20 électromagnétique de type contacteur. La sureté de fonctionnement des circuits de commande et de protection ainsi que la coordination des composants en présence des courants de court-circuit répond à l'exigence de norme (IEC 60947). Plus précisément, le contacteur 10 peut rencontrer un certain nombre de problèmes durant sa période d'utilisation, période s'étendant sur une durée 25 supérieure à vingt ans. Un des problèmes rencontré concerne le risque de soudure des contacts mobiles sur les contacts fixes. La soudure des contacts peut être liée à trois phénomènes/facteurs La soudure dite « sur fermeture de courant de court-circuit » peut intervenir lorsqu'un court-circuit est présent. En effet, le disjoncteur de protection 30 connecté en série avec le contacteur 10 laisse passer un courant limité important. Le contacteur 10 n'étant pas un organe de sécurité apte à s'ouvrir de manière autonome en cas de court-circuit, les contacts se soudent au passage du courant. On accepte la soudure des contacts du contacteur sur le courant limite. La soudure dite « par emballement de l'érosion ». En effet, le contacteur 10 est un appareil de commutation de courant. A chaque manoeuvre de ~o fermeture et d'ouverture des contacts, le passage de courants électriques détériore le matériau des contacts électriques. Ce matériau de contact est prévu pour ne pas souder sur une manoeuvre normale d'utilisation. En fin de vie et après un grand nombre de manoeuvres, le matériau de contact a été usé. Le contact électrique s'effectue alors via le support contact qui 15 est généralement en cuivre et le risque de soudure est très important. D'un point de vue normatif, on accepte la soudure des contacts à la condition qu'on puisse facilement les séparer sans déformation appréciable, notamment à l'aide d'un tournevis. En outre, la fonctionnalité de l'appareil doit être contrôlée après l'opération de séparation des 20 contacts. Le contacteur 10 possède une grandeur électrique fixe appelle le pouvoir de fermeture. En effet le contacteur peut fermer sur des courants transitoires importants tels qu'un démarrage moteur. Au delà de la valeur indiquée par le constructeur, il y a risque de soudure des contacts. D'un 25 point de vue normatif, on accepte la soudure des contacts à la condition qu'on puisse facilement les séparer sans déformation appréciable, notamment à l'aide d'un tournevis. En outre, la fonctionnalité de l'appareil doit être contrôlée après l'opération de séparation des contacts. La soudure des contacts du contacteur peut être autorisée/admise sous 30 certaines conditions d'utilisation définies par la norme. La soudure des contacts est admise à la condition de pouvoir les séparer par un moyen mécanique. En effet, l'utilisation de moyens mécaniques externes pour décoller les contacts peut être autorisée. Des outils tels que des tournevis pourraient être adaptés sur des contacteurs où l'accès aux contacts électrique est possible. Ces solutions ne sont bien sur pas adaptées à des contacteurs de petits calibres où le technicien de maintenance n'a pas accès aux contacts de puissance. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un appareil de commutation électromagnétique de type contacteur comportant des moyens interne pour décoller les contacts électriques ~o en cas soudure. Les moyens de commande de l'appareil de commutation électromagnétique de type contacteur selon l'invention comportent des moyens de régulation d'une tension appliquée à la bobine de commande, ladite tension étant modulée en fréquence autour d'une fréquence propre de résonnance proportionnelle à la 15 racine carrée du rapport entre de la somme des raideurs des ressorts de rappel et de pression de contact par une masse équivalente d'un ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique. Selon un mode de développement de l'invention, les moyens de régulation génèrent une tension modulée en fréquence de manière à créer une force de 20 déplacement de la culasse mobile s'additionnant aux forces générées par les ressorts de rappel et de pression de contact. Selon un mode de développement de l'invention, les moyens de régulation génèrent une tension modulée en fréquence de manière à créer alternativement des forces de déplacement de la culasse mobile s'opposant et s'additionnant aux 25 forces générées par les ressorts de rappel et de pression de contact. De préférence, les moyens de régulation génèrent une tension modulée en fréquence autour de la fréquence propre de résonnance sur une plage de plus ou moins 10%. De préférence, la masse équivalente de l'ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique est égale à la masse d'au moins un contact mobile, de la culasse mobile et dudit au moins un ressort de pression de contact. Avantageusement, l'appareil de commutation comporte au moins trois contacts mobiles collaborant respectivement avec trois contacts fixes, les contacts mobiles étant solidaires d'un pont de contact relié à la culasse mobile. Le procédé d'ouverture d'un appareil de commutation électromagnétique tel que défini ci-dessus consiste à lancer un ordre d'ouverture des contacts mobiles ~0 - contrôler l'état d'ouverture desdits contacts ; appliquer à la bobine de commande une tension modulée en fréquence autour d'une fréquence propre de résonnance, ladite fréquence propre étant proportionnelle à la racine carrée du rapport entre de la somme des raideurs des ressorts de rappel et de pression de contact par une masse équivalente 15 d'une partie mobile de l'actionneur électromagnétique. De préférence, le procédé d'ouverture consiste à générer une tension modulée en fréquence autour de la fréquence propre de résonnance sur une plage de plus ou moins 10%. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 20 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'un circuit de commande et de 25 protection d'un moteur électrique ; - les figures 2A et 2B représentent des vues en coupe de l'appareil de commutation électromagnétique dans deux positions de fonctionnement selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention ; - la figure 2C représentent un vue en coupe de l'appareil de commutation selon la figure 2A, dans une position de contacts soudés - les figures 3A et 3B représentent des vues en coupe de l'appareil de commutation électromagnétique dans deux positions de fonctionnement selon un second mode particulier de réalisation de l'invention ; - la figure 4 représente des courbes respectivement de l'intensité des efforts d'ouverture en fonction de la fréquence d'une tension générée par l'actionneur électromagnétique. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION ~o Selon un premier mode de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 2A ; 2B et 2C, l'appareil de commutation électromagnétique comportant au moins un contact fixe 1 collaborant un contact mobile 2 relié à une culasse mobile 3 d'un actionneur électromagnétique. L'actionneur électromagnétique est de préférence pilotable en effort de manière à pouvoir inverser l'effort quand on 15 inverse le flux magnétique de commande. Le pilotage peut être réalisé dans le sens de l'ouverture et/ou dans le sens de la fermeture. Ladite culasse mobile 3 se déplace par rapport à une culasse fixe 4 magnétisable entre une position d'ouverture et une position de fermeture des contacts électriques. 20 Une bobine de commande 5 est reliée à des moyens de commande et est destinée à engendrer un flux magnétique de commande pour déplacer la culasse mobile3. L'actionneur électromagnétique comporte au moins un ressort de rappel 6 au déplacement de ladite culasse d'une position d'ouverture à une position de fermeture. Le ressort de rappel 6 génère une force d'ouverture tendant à placer la 25 culasse mobile 3 en position d'ouverture. En outre, l'appareil de commutation électro-magnétique comporte au moins un ressort de pression de contact 7 s'opposant aussi au déplacement de ladite culasse d'une position d'ouverture à une position de fermeture. Le ressort de pression de contact 7 génère une force tendant à coller le contact mobile 2 sur le contact fixe 1 quelque soit le niveau d'usure des contacts. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 3A et 3B, l'appareil de commutation électromagnétique comporte au moins trois contacts mobiles collaborant respectivement avec trois contacts fixes. Selon ce mode de réalisation, les contacts mobiles sont solidaires d'un pont de contact relié à la culasse mobile. L'actionneur comporte un seul ressort de rappel et chaque contact mobile comporte son propre ressort de pression de contact. Les trois ressorts de pression de contact exercent respectivement des forces s'opposant aussi au déplacement de ladite culasse d'une position d'ouverture à une position de fermeture. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 2A, 2B et 2C, l'appareil de commutation électromagnétique comporte un contact mobile collaborant avec un contact fixe. Selon ce mode de réalisation, le contact mobile est solidaire d'un pont de contact relié à la culasse mobile. L'actionneur comporte un seul ressort de rappel et le contact mobile comporte un ressort de pression de contact. Le ressort de pression de contact exerce une force s'opposant aussi au déplacement de ladite culasse d'une position d'ouverture à une position de fermeture. Les moyens de commande de l'appareil de commutation électromagnétique comportent des moyens de régulation d'une tension appliquée à la bobine de commande 30. Les moyens de régulation sont alors aptes à générer une tension modulée en fréquence autour d'une fréquence propre de résonnance Fr s'exprime sous la forme de l'équation suivant Fm = Keq Meq Ou Keq est la raideur équivalente des ressorts et Meq est égale à la masse équivalente d'un ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique. La raideur équivalente Keq est égale à la somme des raideurs dudit au moins un ressort de rappel K2 et des ressorts de pression de contact K1. La masse équivalente Meq d'un ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique lorsque celui-ci est soudé est sensiblement égale à la masse de l'ensemble mobile de l'actionneur, à laquelle on rajoute de manière usuelle la moitié de la masse du ressort de rappel. En outre, la masse de l'ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique est égale à la masse d'au moins un contact mobile, de la culasse mobile et dudit au moins un ressort de pression de contact. Autrement dit, la fréquence propre de résonnance Fm dépend des caractéristiques mécaniques de l'appareil de commutation électromagnétique, à savoir la fréquence propre de résonnance Fm est proportionnelle à la racine ~o carrée du rapport entre de la somme des raideurs des ressorts de rappel et de pression de contact par une masse équivalente d'une ensemble mobile de l'actionneur électromagnétique. Pour tenir compte de dispersion de fabrication de l'appareil de commutation électro-magnétique, les moyens de régulation sont aptes à générer une tension 15 modulée en fréquence autour de la fréquence propre Fm sur une plage de plus ou moins 10%. Selon un mode de réalisation tel que représenté sur la figure 4, pour garantir une force optimale d'actionnement, les moyens de commande envoient un train d'onde variable qui accrochera la fréquence propre de résonnance du système. 20 A titre d'exemple de réalisation, la fréquence propre Fm est égale à environ 25 Hz pour un contacteur de calibre 25 Ampères. Ainsi, si les ou les contacts mobiles sont soudés aux contacts fixes, les moyens de commande sont aptes à envoyer ordre de commande destiné à augmenter dynamiquement l'effort sur le pont de contact mobile pour dessouder lesdits 25 contacts. Cette commande à l'ouverture nécessite éventuellement une réserve d'énergie contenue dans un condensateur pour pouvoir effectuer la manoeuvre d'ouverture en absence de courant dans la ligne de commande de l'actionneur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de régulation génèrent une tension modulée en fréquence de manière à créer une force de 30 déplacement de la culasse s'additionnant aux forces générées par les ressorts de rappel et de pression de contact. Selon un second mode de réalisation de l'invention, les moyens de régulation génèrent une tension modulée en fréquence de manière à créer alternativement des forces de déplacement de la culasse s'opposant et s'additionnant aux forces générées par les ressorts de rappel et de pression de contact. L'invention est aussi relative à un procédé d'ouverture des contacts d'un appareil de commutation électromagnétique tel que défini ci-dessus. Le procédé d'ouverture consiste à - lancer un ordre d'ouverture des contacts mobiles ; 10 ù contrôler l'état d'ouverture desdits contacts ; appliquer à la bobine de commande 30 une tension modulée en fréquence autour d'une fréquence propre Fm, ladite fréquence propre Fm étant proportionnelle à la racine carrée du rapport entre de la somme des raideurs des ressorts de rappel et de pression de contact par une masse équivalente 15 d'une partie mobile de l'actionneur électromagnétique. A titre d'exemple de réalisation, le contrôle de l'état d'ouverture desdits contacts peut être réalisé par le biais de contacts auxiliaires qui sont l'image des contacts de puissance. A titre d'exemple de réalisation, le procédé d'ouverture consiste à générer une 20 tension modulée en fréquence autour de la fréquence propre sur une plage de plus ou moins 10%. Selon une variante de réalisation de l'invention non représentée, l'actionneur est de type Voice Coil. Ledit actionneur est alors pilotable en position et en effort dans les deux sens d'ouverture et de fermeture.