Brevet FR3151129A1 — publié le 20250117

Contacteur de puissance bidirectionnel multi-contacts Contacteur (200) de puissance bidirectionnel comprenant : - une partie fixe (210) ; - une partie mobile apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture du contacteur, la partie mobile comprenant un contact de commutation (240) et au moins un contact de passage (230, 231, 232) ; - des ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur la partie mobile en direction de la partie fixe ; - une paire d’aimants (250) pour générer un champ magnétique de direction constante ; - une chambre de coupure ; caractérisé en ce que la distance (d1) entre la partie fixe et le contact de commutation est inférieure à la distance (d2) entre la partie fixe et les contacts de passage et en ce que le contact de commutation comprend une première portion (241) placée à une première extrémité des contacts de passage, une deuxième portion (242) placée à une deuxième extrémité des contacts de passage et une troisième portion (243) comprenant une branche lorsqu’il y a un contact de passage ou (n-1) branches avec n le nombre de contacts de passage et n strictement supérieur à 2, les contacts de passage étant parallèles entre eux et placés de part et d’autre des branches de la troisième portion du contact de commutation. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Contacteur de puissance bidirectionnel multi-contacts La présente invention se rapporte au domaine général des organes de protection électrique, comme les contacteurs électromécaniques et les contacteurs électriques, plus particulièrement aux contacteurs électromécaniques haute tension et courant continu. Les contacteurs de puissance sont des organes de protection électrique généralement constitués d’une partie fixe et d’une partie mobile pouvant être ou non en contact avec la partie fixe. Pour fermer un contacteur, et donc mettre en contact la partie mobile sur la partie fixe pour qu’un courant électrique puisse circuler entre les deux parties, on alimente le moteur du contacteur qui va permettre d’appliquer une force de pression sur la partie mobile, et ainsi permettre la circulation d’un courant électrique entre les deux parties. Quand le courant circulant entre les deux parties dépasse un seuil prédéfini, en cas par exemple de court-circuit, des efforts électromagnétiques de répulsion vont s’appliquer sur la partie mobile et compenser, voire dépasser, la force appliquée par le moteur sur la partie mobile. Cela entraîne une lévitation du contacteur, c’est-à-dire une ouverture non désirée du contacteur entre les parties fixe et mobile. De plus, lors de cette phase, c’est-à-dire durant l’application des forces de répulsion avant la lévitation, la résistance de contact entre la partie fixe et la partie mobile du contacteur augmente et crée un échauffement local (proportionnel à la résistance de contact au carré multipliée par le courant) qui peut entraîner la destruction de la partie mobile, un endommagement irréversible du contacteur et/ou la soudure de la partie mobile sur la partie fixe quand la partie mobile retombe sur la partie fixe après la lévitation. Actuellement, pour éviter l’endommagement des contacteurs en cas de court-circuit, c’est-à-dire pour éviter que les deux parties du contacteur se soudent entre elles, pour éviter d’utiliser un actionneur plus encombrant, on multiplie les points de contact entre la partie fixe et la partie mobile. En multipliant les points de contact entre les deux parties, le courant circulant entre les deux est divisé par le nombre de points de contact, ce qui permet de diminuer la force de pression exercée sur chaque contact ainsi que la force de répulsion. Néanmoins, pour des contacteurs 100 haute tension à courant continu bidirectionnels, dits contacteurs HVDC bidirectionnels, tels que représenté en , cette solution est peu satisfaisante, car ces contacteurs 100 utilisent des aimants permanents 150 pour produire un champ magnétique B et déplacer les arcs électriques grâce à la force de Laplace vers des dispositifs de coupure 120. Ainsi, en multipliant les points de contact, comme décrits dans l’art antérieur, l’arc est juste déplacé orthogonalement au champ magnétique produit et est donc envoyé vers un autre point de contact et non pas vers les dispositifs de coupure des contacteurs HVDC bidirectionnels. Par exemple un arc électrique apparaissant sur l’élément 132 est déplacé soit vers l’élément 131, soit vers l’élément 133. En étant envoyé vers l’élément 131 ou vers l’élément 133, l’arc va entraîner les soudures de ces éléments, en les souder à la partie fixe du contacteur 100. Il est donc souhaitable de disposer d’un nouveau contacteur HVDC bidirectionnel dont les risques d’endommagement sont réduits en cas de court-circuit. L’invention concerne un contacteur de puissance bidirectionnel comprenant : une partie fixe ; une partie mobile apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture du contacteur, la partie mobile comprenant un contact de commutation et au moins un contact de passage ; deux premiers ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation en direction de la partie fixe ; au moins un ressort par contact de passage configuré pour appliquer une force de pression sur le contact de passage associé en direction de la partie fixe et ; une paire d’aimants, aptes à générer un champ magnétique de direction constante ; une chambre de coupure comprenant quatre blocs d’ailettes possédant chacun : des ailettes comprises entre une première et une deuxième extrémités du bloc d’ailettes correspondant ; et des guides d’arc, chaque guide d’arc se dirigeant depuis la partie mobile vers son bloc d’ailettes respectif, caractérisé en ce que la distance entre la partie fixe et le contact de commutation est inférieure à la distance entre la partie fixe et les contacts de passage et en ce que le contact de commutation comprend une première portion placée à une première extrémité des contacts de passage et en vis-à-vis de deux premiers blocs d’ailettes, une deuxième portion placée à une deuxième extrémité des contacts de passage et en vis-à-vis des deux derniers blocs d’ailettes et une troisième portion comprenant une branche lorsqu’il y a un contact de passage ou (n-1) branches avec n le nombre de contacts de passage et n strictement supérieur à 2, les contacts de passage étant parallèles entre eux et placés de part et d’autre des branches de la troisième portion du contact de commutation, et les deux premiers ressorts étant placés en vis-à-vis des première et deuxième portions du contact de passage. Grâce à l’invention, quand un arc électrique apparaît sur les contacts de commutation, il est envoyé vers la chambre de coupure directement. De plus, en utilisant plusieurs contacts de passage, on diminue l’intensité du courant électrique circulant dans chacun des contacts de passage, comme expliqué précédemment, ainsi, pour une même force de pression de contact entre la partie mobile et la partie fixe, les efforts électromagnétiques et donc les forces de répulsion sont diminués. Selon une caractéristique particulière de l’invention, le contacteur comprend deux ressorts par contact de passage, les ressorts étant placés aux deux extrémités du contact de passage associé. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la différence entre la distance entre les contacts de passage et la partie fixe et la distance entre le contact de commutation et la partie fixe est comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fermeture d’un contacteur de puissance en position d’ouverture selon l’invention, comprenant la mise en contact du contact de commutation avec la partie fixe puis la mise en contact des contacts de passage avec la partie fixe. Grâce au procédé de fermeture de l’invention, comme le contact de commutation se ferme avant les contacts de passage, les arcs électriques se produiront sur le contact de commutation. De plus, comme expliqué précédemment, en ayant augmenté le nombre de points de passage du courant électrique entre la partie mobile et la partie fixe, on diminue les efforts de répulsion, ce qui permet d’améliorer la tenue aux forts courants du contacteur. Encore un autre objet de l’invention est un procédé d’ouverture d’un contacteur de puissance en position de fermeture selon l’invention, comprenant l’ouverture du contact entre les contacts de passage et la partie fixe puis l’ouverture du contact entre le contact de commutation et la partie fixe. Lors de l’ouverture, comme les contacts de passage s’ouvrent en premier, seul le contact de commutation pourra subir des arcs électriques qui apparaissent lors d’une séparation électrique. Ainsi, les arcs pourront bien être envoyés vers la chambre de coupure sans endommager le contacteur. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La représente, de manière schématique et partielle, un contacteur de puissance bidirectionnel selon l’art antérieur. La représente, de manière schématique et partielle, un contacteur de puissance bidirectionnel selon un mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, un contacteur de puissance bidirectionnelle selon un autre mode de réalisation de l’invention. La représente, de manière schématique, les parties fixes et mobiles du contacteur de la . La représente, de manière schématique et partielle, la fermeture du contacteur de la . La représente, de manière schématique et partielle, l’ouverture du contacteur de la . La représente, de manière schématique et partielle, un contacteur 200 selon un mode de réalisation de l’invention. Le contacteur 200 comprend une partie fixe 210, et un contact de commutation 240 et des contacts de passage 230 aptes à venir en contact avec la partie fixe 210, les contacts de commutation 240 et de passage formant la partie mobile du contacteur 200. Dans ce mode de réalisation, le contacteur 200 comprend deux contacts de passage 231 et 232. Les deux contacts de passage 231 et 232 sont parallèles entre eux. En position ouverte du contacteur 200, la distance d1 entre la partie fixe 210 et le contact de commutation 240 est inférieure à la distance d2 entre la partie fixe 210 et les contacts de passage 230. La différence entre les distances d1 et d2 est, par exemple, comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Le contacteur 200 comprend également deux ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation 240 en direction de la partie fixe 210, et au moins un ressort par contact de passage configuré pour appliquer une force de pression sur le contact de passage associé en direction de la partie fixe 210. Le contacteur 200 comprend également une paire d’aimants 250 configurés pour produire un champ magnétique qui va permettre de déplacer les arcs électriques pouvant apparaitre entre la partie fixe 210 et la partie mobile grâce à la force de Laplace vers des dispositifs de coupure 221, 222, 223, 224 ou plus généralement vers une chambre de coupure. La chambre de coupure permet d’éteindre ces arcs électriques. Cela s’appelle le soufflage d’arc. La chambre de coupure comprend quatre blocs d’ailettes 221, 222, 223, 224 possédant chacun : des ailettes comprises entre une première et une deuxième extrémités du bloc d’ailettes correspondant ; et des guides d’arc, chaque guide d’arc se dirigeant depuis la partie mobile vers son bloc d’ailettes respectif. Les guides d’arc dirigent les arcs électriques vers leurs blocs d’ailettes respectifs, les blocs d’ailettes servant de dispositifs d’extinction ou de coupure des arcs. Chaque bloc permet de fractionner et d’éteindre un arc dirigé vers le bloc. Le contact de commutation 240 comprend : une première portion 241 placée à une première extrémité des contacts de passage 231, 232 et en vis-à-vis de deux premiers blocs d’ailettes 221, 222 ; une deuxième portion 242 placée à une deuxième extrémité des contacts de passage 231, 232 et en vis-à-vis des deux autres blocs d’ailettes 223, 224 ; et une troisième portion 243 placée entre la première portion 241 et la deuxième portion 242, de manière à ce que le contact de commutation 240 forme un T. Les deux contacts de passage 231, 232 étant placés de part et d’autre de la troisième portion 243 du contact de commutation 240 et entourés par les première 241 et deuxième 242 portions du contact de commutation 240. Grâce à cette configuration, si un arc électrique apparaît sur le contact de commutation 240, l’arc est envoyé directement vers l’un des blocs d’ailettes 221, 222, 223, 224 pour pouvoir être éteint grâce aux première et deuxième portions 241, 242. Les deux ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation 240 sont placés en vis-à-vis des première 241 et deuxième 242 portions du contact de commutation 240. Les ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur les contacts de passage 231, 232 sont placés soit au centre de chaque contact de passage 230 et dans ce cas, il y a un seul ressort par contact de passage 230 ; soit aux extrémités de chaque contact de passage 230 et dans ce cas, il y a deux ressorts par contact de passage 230. L’avantage d’avoir deux ressorts par contact de passage est de pouvoir mieux répartir l’effort de pression sur le contact de passage et ainsi améliorer le contact avec la partie fixe 210. Les figures 3A et 3B représentent un contacteur 300 selon un autre mode de réalisation de l’invention. Le contacteur 300 comprend une partie fixe 310, et un contact de commutation 340 et des contacts de passage 330 aptes à venir en contact avec la partie fixe 310, les contacts de commutation 340 et de passage formant la partie mobile du contacteur 300. Dans ce mode de réalisation, le contacteur 300 comprend quatre contacts de passage 331, 332, 333 et 334 parallèles entre eux. Comme le contacteur de la , en position ouverte du contacteur 300, la distance d1 entre la partie fixe 310 et le contact de commutation 340 est inférieure à la distance d2 entre la partie fixe 310 et les contacts de passage 330. La différence entre les distances d1 et d2 est, par exemple, comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Le contacteur 300 comprend également deux ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation 340 en direction de la partie fixe 310, et au moins un ressort par contact de passage configuré pour appliquer une force de pression sur le contact de passage associé en direction de la partie fixe 310. Le contacteur 300 comprend également une paire d’aimants 350 et une chambre de coupure comprenant quatre blocs d’ailettes 321, 322, 323 et 324 tels que décrits en référence à la . Le contact de commutation 340 comprend : une première portion 341 placée à une première extrémité des contacts de passage 331, 332, 333, 334 et en vis-à-vis de deux premiers blocs d’ailettes 321, 322 ; une deuxième portion 342 placée à une deuxième extrémité des contacts de passage 331, 332, 333, 334 et en vis-à-vis des deux autres blocs d’ailettes 323, 324 ; et une troisième portion 343 placée entre la première portion 341 et la deuxième portion 342, comprenant trois branches placées de part et d’autre des contacts de passage 331, 332, 333, 334 de manière à ce que chaque contact de passage 331, 332, 333, 334 soit entouré par un bloc d’ailette et/ou une ou deux branches de la troisième portion 343. Ainsi, le contact de passage 331 est entouré par les blocs d’ailettes 321, 323 et une branche de la troisième portion 343 ; les contacts de passage 332 et 333 sont entourés chacun par deux branches de la troisième portion 343 et le contact de passage 334 est entouré par les blocs d’ailettes 322, 324 et une branche de la troisième portion 343. Aucun des contacts de passage 320 n’est ainsi placé directement à côté d’un autre contact de passage 320. Grâce à cette configuration, si un arc électrique apparaît sur le contact de commutation 340, il est envoyé directement vers les blocs d’ailettes 321, 322, 323, 324, comme expliqué précédemment en référence à la . La représente les ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur les contacts de commutation 340 et de passage 331, 332, 333, 334. Comme indiqué précédemment, le contacteur 300 comprend deux ressorts 361 et 362 configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation 340 et placés en vis-à-vis des première 341 et deuxième 342 portions du contact de commutation 340. Dans ce mode de réalisation de la , il y a deux ressorts par contact de passage 330 qui sont configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de passage associé. Ces ressorts sont placés aux extrémités de chaque contact de passage 330. Ainsi, les ressorts 3311 et 3312 sont configurés pour appliquer une force de pression sur les extrémités du contact de passage 331 ; les ressorts 3321 et 3322 sont configurés pour appliquer une force de pression sur les extrémités du contact de passage 332 ; les ressorts 3331 et 3332 sont configurés pour appliquer une force de pression sur les extrémités du contact de passage 333 ; et les ressorts 3341 et 3342 sont configurés pour appliquer une force de pression sur les extrémités du contact de passage 334. Plus généralement, la troisième portion du contact de commutation du contacteur comprend une branche s’il y a un ou deux contacts de passage. Ainsi, le ou les contacts de passage sont placés de part et d’autre de cette branche. S’il y a au moins trois contacts de passage, la troisième portion du contact de commutation comprend (n-1) branches (avec n le nombre de contacts de passage). Les contacts de passage sont placés de part et d’autre des (n-1) branches, de manière à ce que les contacts de passage soient placés entre deux branches du contact de commutation ou entre un bloc d’ailettes et une branche du contact de commutation. La représente un procédé 400 de fermeture du contacteur de l’invention, et plus particulièrement les étapes de fermeture du contacteur 200 décrit en référence à la . Le contacteur 200 est initialement en position d’ouverture 410, donc les parties fixe 210 et les contacts de commutation 240 et de passage 230 de la partie mobile ne sont pas en contact et aucun courant électrique ne circule entre ces deux parties. Pour que le contacteur 200 passe en position de fermeture, le moteur est alimenté de manière à appliquer via les ressorts une force de pression sur la partie mobile du contacteur, et les contacts de commutation 240 sont d’abord mis en contact avec la partie fixe 210 (étape 420), puis les contacts de passage 230 sont mis en contact avec la partie fixe 210 (étape 430). Ainsi, dans l’étape 420, le courant électrique représenté par les flèches circule uniquement entre la partie fixe 210 et les contacts de commutation 240, alors que dans l’étape 430, le contacteur est complètement fermé et le courant électrique circule à la fois entre la partie fixe 210 et le contact de commutation 240 et entre la partie fixe 210 et les contacts de passage 230. Ainsi si des arcs électriques apparaissent lors de la fermeture du contacteur, ils sont présents uniquement sur le contact de commutation 240. La représente un procédé d’ouverture du contacteur de l’invention, et plus particulièrement les étapes d’ouverture du contacteur 200 décrit en référence à la . Le contacteur est initialement en position de fermeture 510, donc la partie fixe 210 est en contact avec le contact de commutation 240 et les contacts de passage 230 de la partie mobile et un courant électrique circule entre ces contacts 240, 230 et la partie fixe 210. Pour que le contacteur passe en position d’ouverture 530, l’alimentation du moteur est coupée et les contacts de passage 230 s’ouvrent d’abord (étape 520). Donc ils ne sont plus en contact avec la partie fixe du contacteur et le courant continue de circuler dans le contact de commutation 240. Puis, les éléments de commutation 240 s’ouvrent (étape 530). Ainsi, lors de l’ouverture du contacteur, comme le contact de commutation 240 est le dernier à s’ouvrir, si des arcs électriques apparaissent, ils seront bien envoyés vers les chambres de coupure pour protéger le contacteur. Les procédés d’ouverture et de fermeture décrits précédemment s’appliquent également au contacteur 300 décrit en référence aux figures 3A et 3B. Contacteur (200, 300) de puissance bidirectionnel comprenant : une partie fixe (210, 310) ; une partie mobile apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture (410, 530) et une position de fermeture (430, 510) du contacteur, la partie mobile comprenant un contact de commutation (240, 340) et au moins un contact de passage (230, 231, 232, 330, 331, 332, 333, 334) ; deux premiers ressorts (361, 362) configurés pour appliquer une force de pression sur le contact de commutation en direction de la partie fixe ; au moins un ressort (3311, 3312, 3321, 3322, 3331, 3332, 3341, 3342) par contact de passage configuré pour appliquer une force de pression sur le contact de passage associé en direction de la partie fixe et ; une paire d’aimants (250, 350), aptes à générer un champ magnétique de direction constante ; une chambre de coupure comprenant quatre blocs d’ailettes (221, 222, 223, 224, 321, 322, 323, 324) possédant chacun : des ailettes comprises entre une première et une deuxième extrémités du bloc d’ailettes correspondant ; et des guides d’arc, chaque guide d’arc se dirigeant depuis la partie mobile vers son bloc d’ailettes respectif, caractérisé en ce que la distance (d1) entre la partie fixe et le contact de commutation est inférieure à la distance (d2) entre la partie fixe et les contacts de passage et en ce que le contact de commutation comprend une première portion (241, 341) placée à une première extrémité des contacts de passage et en vis-à-vis de deux premiers (221, 222, 321, 322) blocs d’ailettes, une deuxième portion (242, 342) placée à une deuxième extrémité des contacts de passage et en vis-à-vis des deux derniers (223, 224, 323, 324) blocs d’ailettes et une troisième portion (243, 343) comprenant une branche lorsqu’il y a un contact de passage ou (n-1) branches avec n le nombre de contacts de passage et n strictement supérieur à 2, les contacts de passage étant parallèles entre eux et placés de part et d’autre des branches de la troisième portion du contact de commutation, et les deux premiers ressorts étant placés en vis-à-vis des première et deuxième portions du contact de passage. Contacteur de puissance selon la revendication 1, comprenant deux ressorts par contact de passage, les ressorts étant placés aux deux extrémités du contact de passage associé. Contacteur de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la différence entre la distance entre les contacts de passage et la partie fixe et la distance entre le contact de commutation et la partie fixe est comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Procédé (400) de fermeture d’un contacteur de puissance en position d’ouverture (410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant la mise en contact du contact de commutation avec la partie fixe (420) puis la mise en contact des contacts de passage avec la partie fixe (430). Procédé (500) d’ouverture d’un contacteur de puissance en position de fermeture (510) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant l’ouverture du contact entre les contacts de passage et la partie fixe (520) puis l’ouverture du contact entre le contact de commutation et la partie fixe (530).