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L'invention se rapporte à un dispositif pour la pro- tection et la surveillance d'engins électriques d'exploita- tion spécialement des moteurs, générateurs et appareils analogues.
Les engins électriques, pour lesquels'on peut crain- dre des surcharges en service, sont en général équipés d' .interrupteurs de protection. Ceux-ci sont munis aussi bien d'éléments déclencheurs thermiques qui fonctionnent par surintensité pour assurer à l'engin une protection contre les surcharges de longue durée (déclenchement par surin- tensité différée thermiquement) que d'éléments à déclen- chement magnétique qui forttionnent instantanément lors des court-circuits et en règle générale pour 10 à 15 fois l' intensité supérieure de réglage du déclencheur thermique
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qui lui est associé (déclenchement instantané par surin- tensité).
Ces dispositifs de protection ont cependant l'incon- vénient de ne pas donner l'image exacte des conditions réelles d'échauffement de l'engin à surveiller quand il s'agit d'un service intermittent ou de courte durée comme par exemple dans le cas des moteurs. Ceci se manifeste surtout quand il n'y a pas concordance entre la constante de temps thermique du déclencheur bimétallique et celle. de l'engin à surveiller.
C'est pourqubi, pour la surveillance de l'échauffe- ment de ces engins, on a prévu, au lieu des éléments dé- clencheurs thermiques adjoints aux interrupteurs de pro- tection, des éléments appelés indicateurs (ou contrôleurs) @ d'échauffement. Ces éléments sont de petits interrupteurs le plus souvent munis d'un bimétal qui peuvent être incor- porés aux points les plus chauds de l'engin à surveiller.
Ces interrupteurs ferment ou ouvrent un circuit de comnan- de qui par un interrupteur déconnecte l'engin du réseau quand il se produit un échauffement inadmissible.
Ces indicateurs d'échauffement présentent cependant l'inconvénient d'avoir un certain retard lorsque la tempé- rature monte rapidement - par exemple lors de la montée en température d'un moteur sous tension maintenu à l'arrêt par un frein. Même quand il y a un bon contact thermique entre l'appareil et l'indicateur d'échauffement, ce retard peut être assez important pour mettre en danger l'isole- ment des enroulements.
Les inconvénients de la surveillance de l'engin, décrite plus haut, uniquement en fonction du courant par l'intermédiaire de l'interrupteur de protection du moteur et du système de surveillance en fonction de la tempéra- ture au moyen d'indicateurs d'échauffement incorporés dans l'engin sont - suiva.nt l'invention - évités par l'emploi
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de deux éléments agissant automatiquement indépendamment l'un de l'autre sur le même organe de protection ou de surveillance l'un de ces éléments répondant directement aux conditions thermiques de l'engin et le second surveillant indirectement par l'intermédiaire du courant dans les con- ducteurs d'alimenta.): ion les conditions thermiques dans l'engin.
De cette façon, l'indicateur d'échauffement incor- poré dans l'engin se charge de la protection quand la vi- tesse de montée de la température est relativement faible et le déclencheur bimétallique de l'interrupteur de pro- tection du moteur intercalé dans les conducteurs d'alimen- tation protège quand la montée en température est rapide pour autant que cette dernière conduise à une absorption de courant inadmissible.
Selon l'invention, la protection complète garantit d'une part l'engin eontre les surcharges thermiques dans les services intermittents et de courte durée par les in- dicateurs d'échauffement incorporés et d'autre part quand .la température monte rapidement - par exemple dans le cas du moteur calé par le frein - par les déclencheurs bimé- talliques intercalés dans"le circuit.
La figure 1 représente la courbe d'échauffement d'un - moteur prévu pour service intermittent. L'échauffement ( Ú ) est tracé en fonction du temps (t). La courbe 10 correspond au service intermittent normal. Tour le même courant, -mais pour des durées d'enclenchement plus longues,on obtient la courbe 11. L'échauffement admis.sible représenté par la droite 12 est alors dépassé. L'interrupteur de protection du moteur est inefficace car la constante de temps du dé- clencheur bimétallique est beaucoup plus petite que celle du moteur de telle sorte que pendant les intervalles de temps sans courant, le déclencheur bimétallique à largement le temps de se refroidir.
Suivant l'invention, c'est l'indica-
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:'Ul' l1' clL\ufi.'üJ;J.cnt incorporé dans le moteur qui se charge alors de la protection..
Tour le même courant et un fonctionnement continu
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du mo eeur, l'éch3uffemcnt résultant est représenté par la courbe 13. La courbe de refroidissement du. moteur est re- présentée en 13'. Le moteur est alors protégé par l'inter- rupteur de protection du moteur, c'est-à-dire que le dé- clenchement se fait d'après la caractéristique de déclen- chement de l'interrupteur de protection du moteur repré- sentàe sur la figure 2. En abscisse sont portées les va- leurs du courant nominal réglé et en ordonnée les temps de déclenchement.
La partie supérieure 14 de la courbe donne le fonctionnement du déclencheur thermique et la partie inférieure 15 le déclenchement magnétique. L'indi- cateur d'échauffement a égalementla possibilité de se charger de la protection.
A l'aide des caractéristiques d'échauffement d'un moteur et de son indicateur d'échauffement, représentées sur la figure 3, on peat voir que pour une montée rapide de la température(courbe 16) - par exemple pour un moteur calé sous tension - l'erreur due au retard thermique 17 et au retard temporel 18 est importante et que dans ce cas le moteur n'est donc pas protégé. Suivant l'invention, le déclencheur bimétallique de l'interrupteur de protec-
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tion du moteur se char je alors de la protec tion.
Par contre, l'erreur de retard est négligeable .quand la montée en température se fait 'lentement - courbe 19, par exemple quand le service est intermittent. La protection du moteur est alorsassurée dans ce caspar l'indicateur d'échauffèrent.
Les courbes en pointillé 20 et 20' montrent dans chaque cas la caractéristique de déclenchement des indica- teurs d'échauffement correspondants.
Un exemple d'exécution du dispositif réalisé suivant
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1''invention est décrit à l'aide du schéma.
L'engin électrique d'exploitation à protéger ou à
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,:1)., veill:;r 3.3-b représenté dans l'exemple de réalisas'ion de la figure 4 par un moteur 1. Un interrupteur 2 - par exemple un interrupteur de protection de moteur - est in-
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te7.'Calé dans les ooncluat-eurs d'alimentation RST; son or- ganne de déclenchement et de commande mécanique est figuré en 3. Lesdéclencheurs bimétalliques qui se trouvent dans la ligne, se chargent de surveillance du courant décrite plus haut. L'indicateur d'échauffement 6 incorporé dans les enroulements du moteur 1 se charge de la surveillance de la température.
Tandis que les déclencheurs bimétalli- 'lues 5 sont le plus souvent incorporés dans l'interrupteur et agissent mécaniquement sur l'organe de déclenchement 3 en fonction de la surintensité, lors d'une température excessive le déclencheur par échauffement 6 agit électri- par exemple, par l'intermédiaire du déclencheur par manque de tension 4. Au lieu de ce déclencheur par
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manque de tension, on peut égalem\:'nl" u tili;; er un déclen- cheur par passage de courant. Dans le premier cas, en cas de température excessive.le déclencheur par échauffement ouvre le circuit et il le ferme dans le. second cas.
Au lieu d'éléments bimétalliques, aussi bien dans les conducteurs d'alimentation que dans le moteur, on peut utiliser d'autres éléments connus. Les systèmes électro- magnétiques et magnéto-thermiques sont surtout indiqués pour se placer dans les conducteurs d'alimentation tandis que par exemple les couples thermoélectriques et les élé- ments dont la résistance est fonction de la température, sont utilisés de préférence pour être incorporés dans le moteur ou l'engin à protéger.
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The invention relates to a device for the protection and monitoring of electric devices operating especially motors, generators and the like.
Electrical machines, for which overloads can be feared in service, are generally equipped with protection switches. These are fitted both with thermal tripping elements which operate by overcurrent to provide the machine with protection against long-term overloads (tripping by thermally deferred overcurrent) and with magnetic tripping elements which operate strongly. instantly during short circuits and as a rule for 10 to 15 times the higher setting current of the thermal release
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associated with it (instantaneous tripping by overcurrent).
However, these protection devices have the drawback of not giving the exact picture of the actual heating conditions of the machine to be monitored when it is an intermittent or short-term service, for example in the case of the case of engines. This manifests itself especially when there is no agreement between the thermal time constant of the bimetallic trip unit and that. of the machine to be monitored.
This is why, for the monitoring of the heating of these machines, we have provided, instead of the thermal tripping elements added to the protection switches, elements called temperature rise indicators (or controllers) @ . These elements are small switches most often fitted with a bimetal which can be incorporated in the hottest points of the device to be monitored.
These switches close or open a control circuit which, by means of a switch, disconnects the machine from the network when an inadmissible heating occurs.
These temperature rise indicators, however, have the drawback of having a certain delay when the temperature rises rapidly - for example when the temperature of a motor under voltage is raised, held stationary by a brake. Even when there is good thermal contact between the device and the temperature rise indicator, this delay can be large enough to endanger the insulation of the windings.
The disadvantages of monitoring the machine, described above, only as a function of current through the motor protection switch and of the monitoring system as a function of temperature by means of temperature indicators. heating incorporated in the device are - according to the invention - avoided by the use
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two elements acting automatically independently of one another on the same protection or monitoring member, one of these elements responding directly to the thermal conditions of the machine and the second monitoring indirectly via the current in the supply conductors: ion the thermal conditions in the machine.
In this way, the temperature rise indicator incorporated in the machine takes care of the protection when the temperature rise rate is relatively low and the bimetal release of the motor protection switch inserted. in the supply conductors protects when the temperature rises rapidly, as long as this leads to inadmissible current absorption.
According to the invention, the complete protection guarantees on the one hand the machine against thermal overloads in intermittent and short-term services by the built-in temperature rise indicators and on the other hand when the temperature rises rapidly - by example in the case of the motor stalled by the brake - by the bimetal trip units inserted in "the circuit.
FIG. 1 represents the temperature rise curve of a motor intended for intermittent service. The heating (Ú) is plotted as a function of time (t). Curve 10 corresponds to normal intermittent service. Turn the same current, -but for longer switching times, curve 11 is obtained. The admissible temperature rise represented by straight line 12 is then exceeded. The motor protection switch is ineffective because the time constant of the bimetal trip unit is much smaller than that of the motor so that during the time intervals without current, the bimetal trip unit has ample time to cool down.
According to the invention, it is the indication
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: 'Ul' l1 'clL \ ufi.'üJ; J.cnt incorporated in the motor which then takes care of the protection ..
Turn the same current and continuous operation
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of the mo eeur, the resulting ech3uffemcnt is represented by the curve 13. The cooling curve of the. motor is shown in 13 '. The motor is then protected by the motor protection switch, that is to say the trip takes place according to the tripping characteristic of the motor protection switch shown. in figure 2. The values of the set nominal current are plotted on the abscissa and the tripping times on the ordinate.
The upper part 14 of the curve gives the operation of the thermal trip unit and the lower part 15 the magnetic trip. The temperature rise indicator can also take over protection.
Using the temperature rise characteristics of a motor and its temperature rise indicator, shown in Figure 3, we can see that for a rapid rise in temperature (curve 16) - for example for an engine stalled under voltage - the error due to the thermal delay 17 and the time delay 18 is important and that in this case the motor is therefore not protected. According to the invention, the bimetallic trip device of the protection switch
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The engine then takes care of the protection.
On the other hand, the delay error is negligible. When the temperature rise takes place slowly - curve 19, for example when the service is intermittent. In this case, motor protection is ensured by the overheating indicator.
The dotted curves 20 and 20 'show in each case the tripping characteristic of the corresponding temperature rise indicators.
An example of execution of the device produced according to
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1''invention is described with the aid of the diagram.
The electrical operating device to be protected or
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,: 1)., Standby:; r 3.3-b represented in the exemplary embodiment of FIG. 4 by a motor 1. A switch 2 - for example a motor protection switch - is in-
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te7.'Calé in the RST power supply ooncluat-eurs; its tripping and mechanical control device is shown in 3. The bimetallic trip units which are in the line are responsible for monitoring the current described above. The temperature rise indicator 6 incorporated in the windings of the motor 1 is responsible for monitoring the temperature.
While the bimetallic trip units 5 are most often incorporated in the switch and act mechanically on the trip unit 3 as a function of the overcurrent, at an excessive temperature the heating trip unit 6 acts electrically, for example. , via the undervoltage release 4. Instead of this release via
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If there is no voltage, it is also possible to use a trigger by passing a current. In the first case, in the event of excessive temperature. the trigger by heating opens the circuit and closes it in the second case.
Instead of bimetallic elements, both in the supply conductors and in the motor, other known elements can be used. Electromagnetic and magneto-thermal systems are especially suitable for placing in supply conductors, while for example thermoelectric couples and elements whose resistance is a function of temperature, are preferably used to be incorporated in the engine or device to be protected.