Brevet FR2982705A1 — publié le 20130517

B11-1556FR 1 Dispositif de protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif intégrable dans un contacteur. L'invention concerne la protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, et plus particulièrement l'intégration d'un fusible dans un contacteur mobile couplé à un circuit électrique alimenté par un courant alternatif. Un coupe-circuit à fusible est largement utilisé en tant que dispositif de sécurité dans les circuits électriques ou électroniques. Un tel dispositif de sécurité a pour rôle d'ouvrir un circuit électrique auquel il est associé lorsque le courant parcourant ce dernier atteint une intensité dangereuse, et ainsi de ramener ce courant à une intensité nulle. Une telle protection permet en général de garantir l'intégrité du circuit électrique, et plus particulièrement l'intégrité du circuit d'alimentation et la remise en service du circuit une fois le défaut éliminé. Un coupe-circuit permet ainsi d'éviter les conséquences potentiellement catastrophiques qu'engendrerait une surintensité durable ou un court-circuit, comme, par exemple, une dégradation des isolants, une destruction des appareils électroniques, une projection de matière en fusion, ou même un départ d'incendie. Un coupe-circuit à fusible, désigné plus simplement par le terme de « fusible », fonctionne par fusion d'un élément fusible. La fusion de l'élément fusible est provoquée par l'élévation de température due à la surintensité du courant traversant le fusible. Le fusible est généralement constitué d'une partie conductrice, par exemple un filament conducteur ou une bande en métal ou en alliage fusible, montée dans un corps isolant et reliée à deux pièces de connexion. Lorsque le courant traversant la partie conductrice dépasse le calibre, c'est-à-dire le seuil d'intensité à partir duquel la partie conductrice entre en fusion, la partie conductrice du fusible fond et ouvre le circuit. Le corps isolant du fusible peut contenir de l'air ou un matériau destiné à absorber l'énergie thermique dégagée lors de la fusion de la partie conductrice. De la poudre de silice, ou un liquide isolant peut ainsi être utilisé pour remplir le volume interne du corps. Le corps isolant est généralement réalisé sous la forme d'un cylindre en céramique ou stratifié de verre dont les extrémités sont chacune pourvues d'une cloche métallique sertie qui est couplée, d'une part, à la partie conductrice disposée à l'intérieur du corps isolant et, d'autre part, à une patte de connexion. L'inconvénient principal d'un tel dispositif de sécurité réside dans le volume occupé. Dans le cas d'un contacteur mobile monté dans un espace réduit, un tel dispositif de sécurité ne peut pas être monté sur le contacteur sans que le volume dans lequel est monté le contacteur ne soit modifié. L'invention se propose de pallier cet inconvénient en proposant un dispositif et un procédé de protection d'un circuit électrique qui puissent être mis en oeuvre dans un dispositif électrique tel qu'un contacteur, réalisé de sorte que le volume supplémentaire d'occupation du contacteur sécurisé soit limité. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de protection qui puisse être intégré dans un dispositif électrique et de réalisation simple. Selon un aspect, il est proposé dans un mode de réalisation, un dispositif de protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, comprenant un boîtier et un élément fusible disposé dans le boîtier. Selon une caractéristique générale de l'invention, le boîtier comprend une première portion et une seconde portion mobiles l'une par rapport à l'autre, et des moyens élastiques aptes à solliciter la première en appui contre la seconde portion et solliciter le boîtier à l'état fermé. La première portion et la seconde portion sont écartées l'une de l'autre lors de l'apparition d'un arc électrique généré à la suite de la fusion de l'élément fusible engendrée notamment par un court-circuit. En effet, la fusion de l'élément fusible et sa vaporisation consécutive provoquent une augmentation de la température et par conséquent de la pression à l'intérieur du boîtier, forçant la première portion et la seconde portion à s'éloigner l'une de l'autre lorsque la pression interne devient importante. Avantageusement, les moyens élastiques sont réalisés de manière à permettre la séparation de la première portion et de la seconde portion du boîtier lorsque la pression dans le boîtier est supérieure à un seuil. La première portion et la seconde portion du boîtier se séparent ainsi lorsque la pression dans le boîtier est plus importante qu'un seuil de pression correspondant à la force de rappel des moyens élastiques. De préférence, le dispositif de protection comprend au moins deux bornes de connexion couplées de part et d'autre de l'élément fusible et fixées sur la seconde portion, la première et la seconde portions étant réalisées de manière à se séparer selon la direction définie par les deux bornes de connexion. La première portion peut comprendre un sillon apte formé avec la seconde portion un tunnel fermé autour des deux bornes de connexion et de l'élément fusible L'ouverture du boîtier selon la direction définie par les deux bornes de connexion favorise l'expansion de l'arc électrique à l'extérieur du boîtier, et favorise, par conséquent, la coupure de l'arc électrique lors de la fermeture du boîtier. En effet, en ouvrant le boîtier selon la direction définie par les deux bornes de connexion, l'ouverture par laquelle l'arc électrique peut s'étendre à l'extérieure du boîtier est plus importante que si, par exemple, le boîtier s'ouvrait selon une direction orthogonale à la direction définie par les deux bornes de connexion. La première portion et la seconde portion du boîtier comprennent de préférence un matériau non carbonisable en surface sur leur surface intérieure. La génération d'un arc électrique dans le boîtier provoque une forte élévation de température. L'utilisation d'un matériau non carbonisable pour réaliser au moins la surface interne du boîtier permet d'éviter que l'arc électrique ne brûle des parties de la surface interne du boîtier laissant alors des traces de carbone sur cette surface. Ces traces de carbone favoriseraient les claquages et par conséquent la reprise de l'arc électrique. Avantageusement, l'élément fusible peut comprendre au moins une brasure réalisée entre les deux bornes de connexion. Une brasure est un point de l'élément fusible plus fin que sur le reste de l'élément fusible. La réalisation d'une ou plusieurs brasures dans l'élément fusible permet de contrôler l'emplacement où l'élément fusible va se couper et où l'arc va être générer, ainsi que de contrôler l'intensité du courant pour laquelle l'élément fusible fusionne et se coupe. Selon un autre aspect, il est proposé un contacteur électrique comprenant un élément de commutation apte à ouvrir ou fermer un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, et des moyens de commande aptes à commander l'élément de commutation pour ouvrir ou fermer le circuit électrique. Selon une caractéristique générale, l'élément de commutation comprend un dispositif de protection. Un tel élément de commutation peut être réalisé de manière à comprendre un boîtier séparable en deux portions le long d'une direction définie par les deux bornes de connexion auxquelles l'élément fusible est couplé. De préférence, le contacteur comprend des bornes électriques de couplage raccordées au circuit électrique, l'élément de commutation comprend au moins deux plots de connexion respectivement raccordés aux bornes de connexion du dispositif de protection, et les moyens de commande comprennent des moyens de déplacement couplés l'élément de commutation et permettant de déplacer l'élément de commutation entre une position ouverte du circuit électrique où les plots de connexion sont découplés des bornes électriques de couplage et une position de fermeture du circuit électrique où les plots de connexion sont couplés aux bornes électrique de couplage. Les moyens de déplacement du contacteur mobile peuvent comprendre un électro-aimant couplé à une tige de déplacement à laquelle l'élément de commutation est couplé mécaniquement. La tige, animée par l'électro-aimant déplace l'élément de commutation mobile vers et hors des bornes électriques de couplage. Le contacteur comprend de préférence des moyens élastiques de contact couplés aux moyens de déplacement de manière à solliciter l'élément de commutation en position de fermeture du circuit électrique, les moyens élastiques de contact comportant lesdits moyens élastiques du dispositif de protection. Les moyens élastiques de contact et lesdits moyens élastiques du dispositif de protection peuvent être confondus. Le contacteur peut ainsi comprendre un ressort mécaniquement couplé entre la tige de l'électro-aimant et l'élément de commutation. Ce ressort a pour premier objectif de maintenir une force de pression sur l'élément de commutation afin de le maintenir au contact des bornes électriques de couplage. Ce ressort a également pour second objectif de servir de moyens élastiques du dispositif de protection permettant de maintenir la première portion et la seconde portion du boîtier ensemble de façon à conserver le tunnel du boîtier fermé jusqu'à ce que la pression à l'intérieur du boîtier dépasse le seuil. Le contacteur peut avantageusement être un contacteur de puissance supérieur à 30A ou encore un RCCB (Remote Control Circuit Breaker en anglais). Selon un autre aspect, il est proposé dans un mode de mise en oeuvre, un procédé de protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, comprenant la génération d'un arc électrique à la suite de la fusion d'un élément fusible dans un boîtier provoquée par une élévation de courant liée à un court-circuit. Selon une caractéristique générale, le procédé de protection comprend : a) une ouverture du boîtier, b) une expansion de l'arc électrique en dehors du boîtier, c) une fermeture du boîtier, d) une coupure de l'arc électrique lorsque le boîtier se referme, e) une répétition des étapes a) à d) si l'arc électrique se reforme. Si les conditions de pression, de température, de courant, et les dimensions des portions de l'élément fusible entre autres le permettent, il est possible qu'un arc électrique se forme à nouveau après une fermeture du boîtier coupant l'arc électrique précédent. En effet, si le courant de court-circuit est important et que la distance séparant les deux portions de l'élément fusible, c'est-à-dire les deux portions n'ayant pas encore été vaporisés, est relativement faible, il est possible qu'un arc électrique se forme. Avantageusement, le boîtier s'ouvre lorsque la pression dans ledit boîtier est supérieure à un seuil et se referme lorsque ladite pression est inférieure au seuil, la pression dans ledit boîtier diminuant lorsque la valeur absolue du courant alternatif diminue. La pression dans le boîtier diminue aussi de part l'ouverture du boîtier sur un volume plus grand. Cette diminution de pression contribue également à la diminution globale de la pression dans le boîtier permettant la fermeture du boîtier. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de différents modes de réalisation de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un contacteur mobile comprenant un élément de commutation selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 présente une vue en coupe selon un plan transverse du contacteur mobile de la figure 1; - la figure 3 présente une vue en coupe selon un plan longitudinale du contacteur mobile de la figure 1 ; - la figure 4 présente un organigramme d'un procédé de protection selon un mode de mise en oeuvre ; - la figure 5 présente un exemple de courbes représentant la tension et le courant sur les bornes de connexion lors de l'apparition d'un arc électrique. Sur la figure 1 est représentée une vue en coupe d'un contacteur 1 mobile comprenant un élément de commutation 2 selon un mode de réalisation de l'invention. Le contacteur 1 mobile est destiné à être monté sur un circuit de puissance d'un aéronef pour permettre l'ouverture ou la fermeture du circuit de puissance via le déplacement de l'élément de commutation 2. Le contacteur 1 comprend des pôles 3, ou bornes électriques de couplage, qui sont des contacts électriques qui permettent d'établir et d'interrompre le courant dans le circuit de puissance. Le contacteur 1 comprend également un circuit de commande et des contactes auxiliaires. Ces contacts auxiliaires sont destinés à informer sur l'état du contacteur (ouvert ou fermé). Le circuit de commande du contacteur 1 mobile comprend également un électro- aimant 5. Cet électro-aimant 5 comprend un bobinage de cuivre et un circuit magnétique composé d'une partie fixe 51 et d'une partie mobile 52. Lorsque l'électro-aimant 5 est alimenté, la bobine est parcourue par un courant et génère un champ magnétique canalisé par le circuit magnétique provoquant le rapprochement de la partie mobile 52 et ainsi la fermeture ou l'ouverture du contact. Ce circuit de commande peut avantageusement être alternatif, dans ce cas le circuit magnétique pourra être feuilleté. La partie mobile 52 de l'électro-aimant 5 est couplée au contacteur 2 via un ressort 6. Le ressort 6 permet d'appliquer une force de pression sur le contacteur 2 de façon à ce qu'il soit maintenu en contact avec les pôles 3 lorsque la partie mobile 52 est abaissée. Le contacteur 2 mobile est présenté de manière détaillée sur les figures 2 et 3 qui représentent respectivement une vue en coupe selon un plan transverse et une vue en coupe selon un plan longitudinale du contacteur 2 mobile. Le contacteur 2 mobile comprend un boîtier 10 comportant une première portion 11 et une seconde portion 12 mécaniquement couplées à un élément 13 de couplage mécanique destiné à solidariser le contacteur 2 avec la partie mobile 52 de l'électro-aimant 5. L'élément 13 de couplage mécanique traverse orthogonalement la première portion 11 et la deuxième portion 12. Le ressort 6 est monté sur l'élément 13 de couplage mécanique de manière à être disposé au-dessus de la première portion 11, en appui sur une face opposée à la face en regard de la seconde portion 12. La première portion 11 comprend un sillon 14 réalisé de manière à ne pas traverser l'élément 13 de couplage mécanique et de manière à ne pas déboucher sur une des extrémités de la première portion 11. Ainsi, lorsque la première portion 11 est au contact de la seconde portion 12, le sillon 14 forme un tunnel T fermé à chaque extrémité. Dans le mode de réalisation illustré, la seconde portion 12 est réalisée de manière à comprendre une plaque en céramique, ou dans un autre matériau qui ne carbonise pas en surface. La première portion 11 peut être réalisée dans le même matériau ou dans un autre matériau qui ne carbonise pas en surface. La seconde portion 12 comprend deux bornes de connexion 15 entre lesquelles est raccordé un fusible 16. Les bornes de connexion 15 et le fusible 16 sont disposés sur la seconde portion 12 de manière à ce que, lorsque la première portion 11 est en contact avec la seconde portion 12, c'est-à-dire lorsque le boîtier 10 est fermé, le tunnel T formé par le tunnel 14 et la seconde portion 12 comprenne le fusible 16, et que chaque borne de connexion 15 soit disposée à une extrémité du tunnel T. Le sillon 14 peut être plus large à ses extrémités de façon à s'adapter à la taille et la forme des bornes de connexion 15. Les bornes de connexion 15 sont montées sur une face de la seconde portion 12 en regard de la première portion 11, et sont fixées de manière à être chacune respectivement couplée à un plot de connexion 17 fixé sur la face opposée de la seconde portion 12. Le fusible 16 peut être un filament ou un ruban conducteur. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le fusible 16 comprend une amorce 18 correspondant à un tronçon du filament pour lequel la section est plus petite que sur le reste du fusible 16. Cette amorce 18 définit ainsi le point de rupture du fusible 16 lorsque celui- ci sera parcourue par une surintensité, c'est-à-dire un courant dont l'intensité est supérieure l'intensité nominale. Le diamètre de la section du fusible 16 au niveau de l'amorce 18 permet également de définir précisément la valeur du courant à partir de laquelle le fusible 16 doit fondre. Dans le cas où l'on n'utilise pas l'amorce 18, le matériau fusible doit être un bon conducteur thermique pour que les connections permettent de refroidir les extrémités du fusible et donc faire fusion dans la partie centrale du fusible. En référence à la figure 4, le coupleur 1 qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante. Lorsqu'un courant d'intensité supérieure au courant nominale de fonctionnement traverse le fusible 16 pendant un temps prolongé, le fusible 16 chauffe, en particulier au niveau de l'amorce 18 ou au milieu du fusible, augmentant la résistivité du fusible 16 en fonction de la température jusqu'à ce qu'il se coupe au niveau de la brasure 18. Le fusible 16 ayant chauffé, la température dans le tunnel T du boîtier 10 augmente. A la coupure du fusible, l'intensité du courant et la température ambiante dans le tunnel T sont telles qu'un arc électrique est généré entre les deux portions du fusible rompu (étape 301). L'arc électrique ainsi généré entre les deux portions de fusible 16 restant couple électriquement les deux portions de fusible 16 entraînant encore l'élévation de température du fusible 16 et de la température ambiante dans le tunnel T. L'élévation de température du fusible 16 continue jusqu'à la vaporisation du fusible 16 (étape 302). La vaporisation du fusible 16 engendre une augmentation de la température et par conséquent une augmentation de la pression à l'intérieur du tunnel T du boîtier 10. Lorsque la pression à l'intérieur du boîtier 10, et notamment dans le tunnel T, est supérieure à un seuil de pression (étape 310), la première portion 11 et la seconde portion 12 se séparent, engendrant l'ouverture du tunnel T (étape 320). Le seuil de pression correspond à la force de pression exercée par le ressort 6 sur la première portion 11. Une fois le tunnel T du boîtier 10 ouvert, l'arc électrique s'étend en dehors du tunnel T (étape 330). Le courant étant un courant alternatif, lorsque la valeur absolue du courant diminue pour se rapprocher d'une valeur nulle, l'intensité du courant dans l'arc électrique diminue (étape 340). La diminution de l'intensité de l'arc électrique entraîne une chute de température et par conséquent une chute de pression. De plus, l'ouverture du boîtier 10 a également entraîné une chute de pression supplémentaire au niveau du tunnel T du boîtier 10. Ces deux chutes de pression (étape 350) ont pour effet de diminuer la pression dans le boîtier 10, et notamment dans le tunnel T à une valeur inférieure au seuil de pression, provoquant alors la fermeture du boîtier 10 (étape 360). La fermeture du boîtier 10, et donc du tunnel T, est réalisée alors que l'arc électrique est en dehors de l'espace défini par le tunnel T. La fermeture du boîtier 10 entraîne donc la coupure de l'arc électrique (étape 370). Si la vaporisation du fusible 16 n'est pas complète, de sorte que des portions de fusible 16 restent proches alors qu'ils sont toujours alimentés par un sur-courant d'intensité élevé, il est possible que l'arc électrique se régénère (étape 380). Les étapes 310 à 370 sont alors réitérées jusqu'à ce que l'arc électrique ne puisse plus se régénérer, et que la coupure soit effective. Sur la figure 5 sont illustrées une première courbe représentant la tension V aux bornes du fusible 16, c'est-à-dire mesurée entre les deux bornes de connexion 15, et une deuxième courbe représentant le courant I en Ampère parcourant le fusible 16. Les deux courbes sont représentées en fonction du temps dans des conditions présentant un exemple de génération d'un arc électrique. Dans cet exemple, avant l'instant ti, le courant oscille normalement entre -780A et 780A, et la tension oscille très faiblement autour d'une tension nulle. A l'instant t1, le fusible 16 fond et un arc électrique est généré. On observe alors que la tension d'arc augmente progressivement tandis que le courant diminue jusqu'à l'instant t2, où le courant s'interrompt, la coupure de l'arc électrique étant alors réussie. Entre l'instant t1 et l'instant t2, à chaque fois que le courant s'annule, le boîtier 10 se referme, coupant l'arc électrique. La régénération éventuelle de l'arc électrique se traduit sur la courbe en tension par un pic de tension. Ce pic de tension est nettement observable sur chaque demi-sinusoïde sur la courbe de tension V. A chaque demi-sinusoïde de courant, après une régénération de l'arc électrique suite à l'annulation de courant, la température et la pression augmentent à nouveau provoquant une nouvelle ouverture du boîtier 10 avant que la valeur absolue du courant ne diminue et ne s'annule. On observe alors, de nouveau, une chute de pression, une fermeture du boîtier 10, et par conséquent une coupure de l'arc électrique qui s'était étendu à l'extérieur du tunnel T du boîtier 10. Cet exemple présente un cas de sur-courant important pour lequel plusieurs cycles d'ouverture et de fermeture du boîtier 10 sont nécessaires pour couper définitivement l'arc électrique. Pour des conditions différentes, l'arc électrique peut être coupé définitivement dès la première fermeture du boîtier 10. L'invention permet ainsi de fournir un dispositif de protection contre un court-circuit intégré à un contacteur dont la réalisation est simple et le poids ajouté par rapport au contacteur d' origine négligeable. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, comprenant un boîtier (10) et un élément fusible (16) disposé dans le boîtier (10), caractérisé en ce que le boîtier (10) comprend une première portion (11) et une seconde portion (12) mobiles l'une par rapport à l'autre, et des moyens élastiques (6) aptes à solliciter la première portion (11) en appui contre la seconde portion (12) et solliciter le boîtier (10) à l'état fermé. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens élastiques (6) sont réalisés de manière à permettre la séparation de la première portion (11) et de la seconde portion (12) du boîtier (10) lorsque la pression dans le boîtier (10) est supérieure à un seuil. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant au moins deux bornes de connexion (15) couplées de part et d'autre de l'élément fusible (16) et fixées sur la seconde portion (12), la première et la seconde portions étant réalisées de manière à se séparer selon la direction définie par les deux bornes de connexion (15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la première portion (11) et la seconde portion (12) du boîtier (10) comprennent un matériau non carbonisable en surface sur leur surface intérieure. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel l'élément fusible (16) comprend au moins une brasure (18) réalisée entre les deux bornes de connexion (15). 6. Contacteur électrique (1) comprenant un élément de commutation (2) apte à ouvrir ou fermer un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, et des moyens de commande aptes à commander l'élément de commutation (2) pour ouvrir ou fermer le circuit électrique, caractérisé en ce que l'élément de commutation (2) comprend un dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Contacteur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des bornes électriques de couplage (3) raccordées auditcircuit électrique, l'élément de commutation comprend au moins deux plots de connexion (17) respectivement raccordés aux bornes de connexion (15) du dispositif de protection, et les moyens de commande comprennent des moyens de déplacement (5) couplés à l'élément de commutation (2) et permettant de déplacer l'élément de commutation (2) entre une position ouverte du circuit électrique où les plots de connexion (17) sont découplés des bornes électriques de couplage (3) et une position de fermeture du circuit électrique où les plots de connexion (17) sont couplés aux bornes électrique de couplage (3). 8. Contacteur (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques de contact couplés aux moyens de déplacement (5) de manière à solliciter l'élément de commutation (2) en position de fermeture du circuit électrique, les moyens élastiques de contact comportant lesdits moyens élastiques (6) du dispositif de protection. 9. Contacteur (1) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le contacteur (1) est un contacteur de puissance. 10. Procédé de protection d'un circuit électrique alimenté par un courant alternatif, comprenant la génération d'un arc électrique à la suite de la fusion d'un élément fusible (16) dan un boîtier (10) provoquée par une élévation de courant liée à un court-circuit, caractérisé en ce qu'il comprend : a) une ouverture du boîtier (10), b) une expansion de l'arc électrique en dehors du boîtier (10), c) une fermeture du boîtier (10), d) une coupure de l'arc électrique lorsque le boîtier (10) se referme, e) une répétition des étapes a) à d) si l'arc électrique se reforme. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le boîtier (10) s'ouvre lorsque la pression dans ledit boîtier (10) est supérieure à un seuil et se referme lorsque ladite pression est inférieure au seuil, la pression dans ledit boîtier (10) diminuant lorsque la valeur absolue du courant alternatif diminue.