Brevet FR2963702A1 — publié le 20120210

DETECTION DE SOUDURE DANS UN APPAREIL DE COMMUTATION ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la surveillance de défauts survenant dans des appareils de commutation électrique, notamment les contacteurs. En particulier, l'invention se rapporte à un dispositif de détection de la soudure dans un pont de contacts mobilisé par un actionneur électromagnétique. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans les départs-moteurs industriels, la commande de charges électriques est classiquement assurée par des appareils de commutation, généralement appelés 15 contacteurs, permettant d'établir et de couper leur circuit d'alimentation en fonction d'un ordre permettant le mouvement d'un contact mobile par rapport à un contact fixe. Les contacteurs peuvent notamment être à actionnement électromagnétique, avec une armature couplée au contact mobile qui se déplace relativement à une culasse selon une commande donnée à une bobine. 20 Un problème pouvant survenir est que des contacts se soudent, et donc voient leur mobilité relative supprimée ; ce risque est accru à fort courant et/ou lorsque les contacts sont usés, après un nombre élevé de manoeuvres de commutation. La soudure d'une ou plusieurs paires de contacts peut avoir des effets négatifs sérieux : l'ordre d'ouverture du contacteur 25 entraîne une mobilisation sur une certaine distance de l'armature de l'actionneur, puis son arrêt en position intermédiaire. Outre le fait que le courant n'est pas coupé et donc la fonction n'est pas remplie, des arcs peuvent survenir dans les paires de contacts qui ne sont pas soudés, et des dégâts peuvent s'imprimer sur le contacteur et autre équipement avoisinant. 30 Différents systèmes organisent la prévention de la soudure des contacts, tel que par exemple décrit dans US 5 668 693. Par ailleurs, diverses méthodes ont été proposées pour 10 2741 LPu détecter la soudure des contacts : voir par exemple WO 96/42098. En particulier, les contacteurs comprennent généralement des contacts auxiliaires actionnés de façon parallèle aux contacts principaux : leur surveillance donne une image de l'état des contacts principaux. D'autre part, une vérification du courant circulant entre les contacts en position normalement ouverte du contacteur permet de vérifier l'état de soudure. Du fait de la technologie des contacts à pont mobile et de l'actionnement de trois ponts de deux contacts simultanément, la soudure peut cependant être asymétrique, avec seulement un des deux contacts du pont mobile soudé au contact fixe. En fonction de la gamme du contacteur et des tolérances de mouvement relatif, en particulier pour les calibres de 50 à 500 A, lors de l'ordre d'ouverture, l'armature peut se déplacer suffisamment pour une ouverture d'un seul côté du pont : le courant est de fait coupé, mais la situation reste périlleuse, notamment avec possibilité d'arc électrique de l'autre côté. Qui plus est, cette situation est un signe d'alerte qu'il convient d'indiquer. Cependant, les méthodes usuelles ne distinguent pas cette situation d'une ouverture « normale » du pont. EXPOSE DE L'INVENTION Parmi autres avantages, l'invention vise à pallier des inconvénients des dispositifs de 20 détection de soudure existants, et notamment à permettre également une détection de soudure unilatérale unipolaire. En particulier, l'invention concerne un appareil de commutation électrique comprenant des paires de contacts fixes et un système de contact mobile comprenant des ponts de contacts 25 pouvant prendre une position fermée reliant les paires de contacts fixes entre elles et une position ouverte selon la position de repos ou active d'un dispositif électromagnétique d'actionnement des ponts. L'actionneur électromagnétique du système de contact mobile est adapté pour signaler sa fin de course dans la position de repos à ses deux extrémités, lesdites extrémités étant prises parallèlement aux ponts de contacts. 30 Plus généralement, l'invention se rapporte à un système de contact mobile comprenant au moins un pont de deux contacts et un dispositif d'actionnement électromagnétique du pont 2741 LPu comprenant une culasse, une armature, et un circuit d'excitation pour faire bouger l'armature par rapport à la culasse le long d'un axe de translation entre une position de repos lorsque aucun courant ne circule dans le circuit d'excitation et une position active ; de préférence, la position de repos et/ou la position active sont réalisées par contact de l'armature avec respectivement une carcasse et/ou la culasse. Des moyens de rappel peuvent solliciter la culasse et l'armature dans leur position de repos. Le dispositif d'actionnement électromagnétique comprend en outre une carcasse solidaire de la culasse et adaptée pour que l'armature puisse se déplacer en son sein. Un élément de liaison mécanique solidarise fixement l'armature et le(s) pont(s) de contact pour permettre l'entraînement par l'armature du(des) pont(s) le long d'un axe, l'élément de liaison étant couplé au(x) pont(s) sensiblement au milieu des contacts et étant couplé à l'armature entre deux parties d'extrémité. Des moyens, de préférence des capteurs de butée, permettent de détecter la fin de course de chaque partie d'extrémité de l'armature par rapport à la carcasse dans la position active. Avantageusement, les moyens de détection sont couplés à des moyens de signalisation pour notifier à l'utilisation la déficience unilatérale. Par exemple, la ligne d'alimentation des moyens de signalisation comprend un interrupteur formé par une plage reliant la première et la deuxième partie de l'armature, et deux plots solidaires de la carcasse pouvant être en contact avec la plage dans la position active. Pour simplifier la mise en place de ces moyens de détection, les plots sont localisés dans des évidements de la culasse de sorte que l'armature vient en butée contre les plots au niveau des évidements et contre la culasse en position active. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement 30 limitatifs, représentés dans les figures annexées. La figure 1 représente un appareil de commutation dans une installation électrique. 274 1 LPu Les figures 2A à 2D montrent les états de l'actionneur selon que le pont de contacts est ouvert, fermé, soudé bilatéralement ou soudé unilatéralement. Les figures 3A et 3B représentent un appareil de commutation tripolaire avec une soudure unilatérale unipolaire. La figure 4 illustre un dispositif de détection selon un mode de réalisation préféré de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE Tel qu'illustré en figure 1, dans une ligne d'alimentation électrique 1, par ailleurs dotée d'un appareil de coupure 2 permettant d'isoler la charge 4 afin notamment de la protéger, 15 un appareil de commutation 10 comprend, pour chaque ligne de courant, un dispositif de contact pouvant prendre deux positions, ouverte dans laquelle la charge 4 est isolée, ou fermée dans laquelle le courant circule dans la ligne 1. Chaque dispositif de contact comprend un pont 12 de deux contacts 14 mobile par rapport à deux contacts 16, qui sont généralement fixes par rapport au boîtier du contacteur 10. Un ressort de pression de 20 contact 18 peut solliciter le pont de contact 12 vers les contacts fixes 16 afin de contrer toute répulsion électrodynamique et assurer le passage du courant. Le pont de contact mobile 12 est actionné par un dispositif électromagnétique 20 comprenant un circuit magnétique pouvant prendre une position de repos et une position 25 active, avec une armature mobile 22 par rapport à une culasse fixe 24 ; le mouvement relatif de l'armature mobile 22 par rapport à la culasse fixe 24 est causé par le passage d'un courant d'excitation dans une bobine 26, alimentée de préférence par une tension d'excitation continue. Le mouvement de l'armature 22 est transmis au pont 12 par une liaison mécanique 28 ; dans le cadre illustré, un actionneur 20 entraîne les ponts 12 de 30 chacun des trois pôles simultanément, mais d'autres options sont possibles. 2741 LPu Le déplacement de l'armature 22 est unidirectionnel et, avantageusement, l'armature 22 et/ou l'élément de liaison 28 sont guidés en translation, avec un jeu prédéfini. Par ailleurs, pour assurer le fonctionnement symétrique de l'appareil 10, la liaison mécanique entre le pont de contact 12 et l'armature 22 est équilibrée ; notamment, l'élément de liaison 28 est couplé au pont 12 au milieu des deux contacts 14, et l'élément de liaison 28 est solidarisé au centre de l'armature 22 dans une coupe orthogonale au sens de déplacement de ladite armature 22. L'appareil de commutation 10 est à pôles contacteurs, c'est-à-dire qu'en l'absence de courant d'excitation dans la bobine 26, le pont de contact 12 est sollicité en ouverture : des moyens de rappel 30, par exemple un ressort, sollicitent l'armature mobile 22 de l'actionneur 20 en position ouverte. Afin de limiter la course d'ouverture, l'armature 22 atteint alors une position dans laquelle elle entre en butée avec un élément fixe de l'actionneur 20 (figure 2A), notamment une carcasse 32 au sein de laquelle le circuit magnétique évolue. Lorsqu'une fermeture est requise, un dispositif de commande de l'actionneur 20 provoque l'alimentation de la bobine 26, ce qui entraîne le déplacement de l'armature mobile 22 en direction de la culasse fixe 24, de préférence jusqu'à une butée avec la culasse 24 (figure 2B) ; la liaison mécanique 28 entraîne le pont de contact mobile 12 vers une position fermée de la ligne 1. Tel qu'illustré en figure 2C, lorsque le pont de contact 12 est soudé avec les contacts fixes 16, en raison des ressorts 18, l'armature 22 se sépare de la culasse 24, mais ne peut achever son mouvement : l'armature 22 ne vient pas en butée avec la carcasse 32 et s'arrête en position intermédiaire, tant que le pont 12 reste soudé. Lorsque seul un contact 141 du pont mobile 12 est soudé avec un contact fixe 161, diverses options peuvent survenir : si le guidage des éléments coulissants est strict, sans jeu, le pont 12 peut rester en position fermée, soudé d'un côté et en contact au niveau des deuxièmes contacts 142, 162 la situation est alors identique à celle d'un pont soudé bilatéralement (figure 2C). Inversement, si la soudure est faible, la force exercée par l'actionneur 20 peut être suffisante pour séparer les deux contacts 141, 161, et de fait ouvrir le contacteur 10 (figure 2A). Cependant, selon les jeux tolérés et les courses prédéfinies dans le produit 10, 2741 LPu il peut survenir un désaxage au niveau de l'actionnement : une asymétrie entre la force exercée en ouverture au niveau des contacts « libres » 142, 162 et la force de maintien en fermeture au niveau des contacts soudés 141, 161 peut générer une situation dans laquelle le pont 12 est oblique par rapport à son axe de déplacement usuel (figure 2D). Ce déséquilibre peut être transmis à l'armature 22 par l'intermédiaire de l'élément de liaison 28, et l'armature 22 peut alors se trouver en butée contre la carcasse 32 au niveau d'une seule partie d'extrémité 342, correspondant aux contacts ouverts 142, 162. Pour un contacteur multipolaire, cette situation peut se retrouver et être amplifiée dans le cas d'une soudure unipolaire unilatérale, notamment au niveau d'un pôle d'extrémité. Notamment, en position ouverte, les 3 ponts de contacts 112, 212, 312 sont ouverts (figure 3A) ; lorsqu'il est en position fermée, les contacts mobiles il4 de chaque pôle Pi touchent les contacts fixes i16. Lorsqu'une soudure intervient sur le premier pôle P1, un ordre d'ouverture de l'appareil entraîne une séparation au niveau des deuxième et troisième pôles P2, P3 alors que le pont 112 du pôle P1 ne s'ouvre que d'un côté (figure 3B). De fait, dans un contacteur de gamme 150 A, un jeu a admissible dans le plan perpendiculaire aux contacts, avec a = 1,42° par conception pour un modèle LC 1 D 150, permet au « râteau » d'actionnement 22', élément solidaire de l'armature 22, de se mettre en biais par rotulage autour d'un axe 122: un pôle latéral Pl peut ne s'ouvrir que d'un côté 1142, rester soudé d'un seul côté 1141, 1161, alors que les autres contacts 214, 216, 314, 316 sont bien ouverts. Ce jeu angulaire a se traduit par le fait que du côté du pôle opposé ouvert P3, le râteau 22' a atteint la butée mécanique avec un élément 32' solidaire de la carcasse 32 et du côté du pôle soudé P1 séparé de d2 = 34 mm de l'axe de rotulage 122, unilatéralement, un écart d1 de 1,7 mm. Selon l'invention, pour détecter tous les types de soudure, un capteur 36 est mis en place de chaque côté de l'élément de liaison 28, au niveau de chacune des parties d'extrémité 341, 342, afin de détecter la fin de course de l'armature 22 par rapport à la carcasse 32 : tant que les deux côtés 34 ne sont pas en butée, il y a soudure d'au moins un des contacts 14, 16. Les capteurs 36 peuvent être couplés à des moyens de signalisation 38, par exemple une diode électroluminescente, ou à un circuit de traitement de l'information, ou tout autre système de protection : voir figure 4. 274 1 LPu De préférence, les capteurs de fin de course 36 sont des capteurs de butée, et notamment des interrupteurs secs : la ligne d'alimentation 40 des moyens de signalisation 38 est interrompue au niveau de deux plots 42 mis en place sur la carcasse 32, face à une plage conductrice 44 couplée à l'armature 22 pour relier les deux parties d'extrémité 34. La ligne d'alimentation 40 et les plots 42 peuvent être intégrés dans la carcasse 32 et/ou gravés et/ou collés à sa surface ; en particulier, il peut être avantageux que la surface de contact des plots 42 soit au même niveau que le reste de la carcasse 32 qui sert de butée, avec un évidement 46 de positionnement du plot 42, ou légèrement saillant, afin de ne pas modifier les courses de déplacement de l'actionneur électromagnétique 20. Ainsi, selon l'invention, si les moyens de signalisation 38 ne sont pas activés alors que le contacteur 10 est censé être en position ouverte, une soudure d'un pont de contact 12 est survenue, qu'elle soit unilatérale ou bilatérale. Il peut être possible de coupler ce système selon l'invention à un dispositif usuel qui détecte la soudure bilatérale afin d'identifier, selon la concordance des résultats, la nature symétrique ou asymétrique de la soudure. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un appareil de commutation électrique à pont de contact actionné par un mécanisme électromagnétique à pôles contacteurs dont les deux positions de l'armature sont avec butée, elle ne s'y limite pas : d'autres éléments peuvent être concernés par l'invention. En particulier, tout type d'actionneur électromagnétique linéaire avec transmission équilibrée du mouvement peut être concerné par l'invention. Parallèlement, l'homme du métier adaptera en conséquence tout appareil de coupure de l'art antérieur, à pont de contacts, disjoncteur ou interrupteur, monopolaire ou multipolaire, pour mettre en place la détection de la soudure des contacts selon l'invention. 2741 LPu REVENDICATIONS1. Système de contact mobile comprenant : un pont (12) de deux contacts (14) ; un dispositif d'actionnement électromagnétique (20) du pont (12) comprenant une culasse (24), une armature (22), et un circuit d'excitation (26) pour faire bouger l'armature (22) par rapport à la culasse (24) le long d'un axe de translation entre une position de repos lorsque aucun courant ne circule dans le circuit d'excitation (26) et une position active ; un élément de liaison mécanique (28) solidarisant fixement l'armature (22) et le pont de contact (12) pour permettre l'entraînement par l'armature (22) du pont (12) le long d'un axe, l'élément de liaison (28) étant couplé au pont (12) sensiblement au milieu des contacts (14) et étant couplé à l'armature (22) entre deux parties d'extrémité (34) ; une carcasse (32) du dispositif d'actionnement électromagnétique (20) solidaire de la culasse (24) et adaptée pour que l'armature (22) puisse se déplacer en son sein ; caractérisé par des moyens (36) pour détecter la fin de course de chaque partie d'extrémité (34) de l'armature (22) par rapport à la carcasse (32) dans la position active. 2. Système de contact mobile selon la revendication 1 dans lequel les moyens de détection de fin de course sont deux capteurs de butée (36). 3. Système de contact mobile selon l'une des revendications 1 ou 2 comprenant en outre des moyens de signalisation (38) associés aux moyens de détection (36). 4. Système de contact mobile selon la revendication 3 dans lequel la ligne d'alimentation (40) des moyens de signalisation (38) comprend un interrupteur formé par les moyens de détection (36), lesdits moyens de détection comprenant une plage (44) reliant la première et la deuxième partie (34) de l'armature (22), et deux plots (42) solidaires de la carcasse (32) pouvant être en contact avec la plage (44) dans la position active. 8 2741 LPu. Système de contact mobile selon la revendication 4 dans lequel les plots (42) sont localisés dans des évidements (46) de la culasse (32) de sorte que l'armature (22) vient en butée contre les plots (42) au niveau des évidements (46) et contre la culasse (32) en position active. 6. Système de contact mobile selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant en outre des moyens de rappel (28) sollicitant la culasse (24) et l'armature (22) dans leur position de repos. 7. Système de contact mobile selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'armature (22) est en contact avec la culasse (24) en position active, et l'armature (22) est en contact avec la carcasse (32) en position de repos. 15 8. Système de contact mobile selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une pluralité de ponts de deux contacts (12), chacun desdits ponts (12) étant couplé à l'élément de liaison mécanique (28) sensiblement au milieu de ses contacts (14). 9. Appareil de commutation électrique comprenant des paires de contacts fixes (16) et 20 un système de contact mobile selon l'une des revendications précédentes, les ponts de contacts (12) dudit système pouvant prendre une position fermée reliant les paires de contacts fixes (16) entre elles et une position ouverte selon la position de repos ou active du dispositif électromagnétique (20). 2741 LPu