CH99609A - Thermal protection device for an electrical device. - Google Patents

Thermal protection device for an electrical device.

Info

Publication number
CH99609A
CH99609A CH99609DA CH99609A CH 99609 A CH99609 A CH 99609A CH 99609D A CH99609D A CH 99609DA CH 99609 A CH99609 A CH 99609A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
thermal
mass
elements
sub
heat
Prior art date
Application number
Other languages
French (fr)
Inventor
Inc International Gene Company
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of CH99609A publication Critical patent/CH99609A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00Thermally-actuated switches
    • H01H37/004Thermally-actuated switches with thermal image

Landscapes

  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Description

  

  Dispositif thermique de protection d'un appareil électrique.    Cette invention est relative aux disposi  tifs de protection thermiques destinés à ou  vrir le circuit d'un appareil électrique, lors  que sa température dépasse une limite donnée.  



  On peut considérer que tout appareil élec  trique tel qu'une dynamo ou un transforma  teur se compose d'un élément conducteur à  travers lequel passe le courant, d'une masse  ou élément magnétique entourant l'élément  conducteur, et d'un corps isolant entre la  masse et l'élément conducteur.  



  La masse de métal entourant les con  ducteurs comprenant la carcasse en fer ou  en lamelles sera désignée dans la suite de  cette description comme étant le     "bâti    de la  machine ".  



  La température qui peut être produite  dans l'appareil est limitée à la température  à laquelle peut résister le corps isolant sans  se départir de ses propriétés isolantes. Cette       température    est appelée dans la suite " tem  pérature critique     \'.     



  La température critique dépend du déve  loppement dans la machine d'un centre de  chaleur dont la température dépasse     cellé    de         toutes    les autres parties de la machine. Il  est bien connu que ce centre de chaleur peut  se développer aussi bien dans les     conducteurs     que dans le bâti de la machine et que sa  position peut se déplacer entre les conduc  teurs et ce bâti lorsque les conditions de  charge changent. C'est pourquoi un dispositif  de protection thermique, pour pouvoir fonc  tionner dans toutes les conditions, doit être  sensible non seulement aux variations ther  miques qui se produisent dans le bâti de la  machine que l'on veut protéger, mais encore  aux variations thermiques qui ont lieu dans  les conducteurs.

   Un tel dispositif doit égale  ment être influencé par les changements in  tervenant dans la température ambiante de  la même manière que la machine que l'on  veut protéger.  



  L'objet de la présente invention est un  dispositif thermique de protection d'un appa  reil électrique     chauffé    par le courant traver  sant le circuit de cet appareil tenant compte  de toutes ces conditions. Il est caractérisé  par des éléments en relation thermique ayant  des caractéristiques thermiques     différentes    et  coopérant entre eux de manière à permettre      d'obtenir une caractéristique thermique résul  tante qui soit la même que celle de l'appa  reil que l'on veut protéger dans le but d'ou  vrir, dans n'importe quelles conditions de  charge, le circuit lorsque la température at  teint une limite critique dans une partie  quelconque de cet appareil.  



  Le dessin annexé représente, à titre  d'exemple, une forme d'exécution de l'objet  de l'invention.  



       Fig:    1 est un schéma;       Fig.    2 représente graphiquement la ca  ractéristique thermique du dispositif dans dif  férentes conditions de réglage;  Fig. 3 est un graphique de cette carac  téristique thermique pour     différents    appareils  électriques;       Fig.    4, 5 et 6 sont des vues de détail  en perspective.  



  Au cours de cette description, par ,ca  ractéristique thermique" on entend aussi bien  les caractéristiques de     refroidissement    que  celles     d'échauffement.     



  La     fig.    1 représente schématiquement une  forme     d'exécution    de l'objet de l'invention,  dans laquelle le dispositif protecteur com  prend. deux éléments 1 et 2 ayant respecti  vement des masses d'accumulation de chaleur       -@    et 4, des moyens de chauffage 5 et 6 de  ces masses et des     organes    sensibles à la cha  leur 7 et 8. Ces derniers sont en relation de       conductibilité    thermique avec les accumula  teurs 3 et 4 respectivement et servent de  moyens pour indiquer la température des  deux éléments.

   Les organes thermiques 7 et  8 sont en un métal thermostatique et ont de  préférence la forme de lames bimétalliques       fixées,    à une de leurs extrémités, à     l'accu-          mulateur    correspondant 3 ou 4. A leur autre       extrémité,    ces organes 7 et 8 portent des  contacts respectivement 9 et 10, disposés de       manière    à entrer en contact lorsque les or  ganes 7 et 8 fléchissent l'un vers l'autre.

    Les moyens de     chauffage    5 et 6 sont en sé  rie et peuvent être connectés en série avec  le circuit de l'appareil     que    l'on veut proté  ger, ou connectés de manière à ne recevoir  qu'une certaine partie du courant traversant    ce circuit. L'accumulateur 3 de     l'élément    1  est considérablement plus grand que l'accu  mulateur 4 de     l'élément    2, de sorte que le  temps nécessaire pour le     chauffer,    à une tem  pérature déterminée est beaucoup plus long  que celui nécessaire pour     chauffer        l'accumu-          lateur    4 à la même température.

   Par suite,  l'élément 1 devient actif au bout d'un temps  assez long et l'élément     2_    au bout d'un     temps     beaucoup plus court.  



  Les caractéristiques thermiques pour l'élé  ment 1 sont représentées par la courbe     B    de  la     fig.    2. Cette courbe représente le laps de  temps nécessaire pour que cet élément du  dispositif atteigne une     température    critique  donnée de, par     exemple,        90     C sous des char  ges de valeur     différente.    Les caractéristiques  thermiques de l'élément 2, dans les mêmes  conditions, sont représentées par la courbe     t1.     Ces deux courbes<B>A</B> et B sont obtenues en  donnant à chaque: masse d'accumulation de  chaleur 3 et 4 un "volume d'accumulation  thermique" donné.

   Par " volume d'accumula  tion thermique", on entend le rapport entre  la masse multipliée par sa chaleur spécifique  et la surface de radiation de     cette    masse.  



  E tant donnée cette définition, l'élément 1  aura un volume d'accumulation     thermique     beaucoup plus     grand    que l'élément 2, puis  qu'il     s'échauffe    beaucoup plus lentement. Ces  deux volumes     d'accumulation    thermique sont  détermines à l'avance de manière que     pour-          les    éléments 1 et 2 ce laps de temps soit  respectivement plus long et plus court que  pour l'appareil qu'il s'agit de protéger,

       c'est-          à-dire    de manière que les     caractéristiques     thermiques de l'appareil soient données par  une courbe intermédiaire entre les deux cour  bes     r1    et B. On peut atteindre la valeur des  caractéristiques thermiques de tout appareil,  dont la courbe de     caractéristiques    thermi  ques est située entre les courbes a et     B,    en  réglant le rapport des volumes d'accumula  tion thermiques de l'élément 1 et de l'élé  ment 2.

   Ce réglage de     l'effet    résultant des  éléments<B>I</B> et 2     peut    également être obtenu  en changeant le rapport des résistances des  deux moyens de     chauffage    5 et 6, c'est-à-      dire en changeant le rapport des puissances  des accumulateurs 3 et 4, de manière que le  temps nécessaire pour que les contacts 9 et  10 viennent se toucher soit plus ou moins  long, suivant que c'est l'effet de l'élément 1  ou 2 qui prédomine. Pour obtenir ce résul  tat, la résistance de l'un ou l'autre des  moyens de     chauffage    5 et 6 (ou des     deux)     peut être changée.  



  Les courbes<I>C D</I> et     .E        (fig.    2) représen  tent les caractéristiques     thermiques    résultan  tes du dispositif lorsque la résistance des  enroulements 5 et 6 est respectivement dans  le rapport 30 à 1, 12à 1 et 5 à. 1. On voit  ainsi qu'en donnant à ce rapport une valeur  appropriée, la courbe des caractéristiques  thermiques résultantes peut être obtenue  dans     n'importe    quelle position entre les cour  bes limites A et B.  



  Lorsque la     surcharge    est relativement  faible, l'accumulateur 4 de l'élément 2 at  teint sa température maxima dans un laps  de temps relativement court, et par     conduc-          tion    thermique le membre thermostatique 8  fléchit alors de manière à rapprocher son  contact 10 du contact 9.

   L'accumulateur 3  de l'élément 1, grâce à son plus grand vo  lume d'accumulation thermique, emploie un  temps considérablement plus long pour at  teindre sa température maxima, en sorte que  le membre thermostatique 7 fléchit beaucoup  plus lentement pour rapprocher son contact  9 du contact 10 et finalement l'amener en  contact avec ce dernier pour commander par  exemple le circuit de     déclanchenrent    d'un  commutateur commandant le circuit de l'ap  pareil. Le laps de temps     résultant    nécessaire  pour que les contacts 9 et 10 viennent en  prise doit correspondre au laps de temps né  cessaire pour que le centre de chaleur de  l'appareil atteigne la température critique.  



  Dans ce cas d'une charge     relativement     faible, on voit donc que l'élément plus lent       p        ré        'domine        pour        déterminer        le        laps        de        temps     résultant.

   Pour de grandes surcharges, telles       que    celles     provoquées    par des     court-circuits,     la chaleur se développe si rapidement dans  les conducteurs de la machine qu'une très    faible partie de cette chaleur est conduite au  bâti, ce qui fait que le centre de chaleur se  produit toujours dans les conducteurs, d'où  il s'ensuit qu'une ouverture très rapide du  circuit est nécessaire.

   Dans ce cas, l'accu  mulateur 4 de l'élément plus rapide 2       s'échauffe    de la même quantité que les con  ducteurs, ce qui fait que le membre     thermos-          tatique    8 fléchit suffisamment pour amener  son contact 10 en prise avec le contact 9  avant que ce dernier ait eu le temps de se  déplacer d'une distance appréciable. Dans ce  cas, c'est     l'effet    de l'élément 2 qui non seu  lement prédomine, mais en fait fonctionne  seul, indépendamment de l'élément 1.  



  Pour l'étalonnage, les éléments 1 et 2 du  dispositif sont soumis à une température cri  tique de 90  C et les membres     thermostati-          ques    7 et 8 sont disposés à un intervalle  tel qu'à cette température leur contact vienne  juste en prise. Ce réglage correspond à une  machine à 50 , c'est-à-dire dont     l'isold.tion     peut résister à une élévation de température  de 50  au-dessus     d'une    température ambiante  de 40  C.

   Si la machine que l'on veut pro  téger est une machine à 40  correspond à  une     température    critique de 80 , on réduit  l'écartement des     membres    7 et 8 par rapport  au réglage précédent de manière qu'à cette       température    de 80  leur contact ait lieu.  Lorsque la température ambiante diminue, il  faut un laps de temps plus long pour que la  machine puisse atteindre sa température cri  tique, ce     qui    revient à dire qu'elle peut sup  porter une charge plus grande avant que  cette température critique ne soit atteinte.  L'adaptation du dispositif aux variations de  la température ambiante     s'effectue    automati  quement.

   En     effet,    au fur et à mesure que  la température ambiante s'abaisse, les mem  bres thermostatiques 7 et 8 s'écartent clans  des directions contraires, de manière à aug  menter proportionnellement l'écartement des  contacts 9 et 10. Ainsi il faudra une charge  d'autant plus grande et un laps de temps  d'autant plus long pour que leurs contacts vien  nent en prise, que l'écartement sera plus  grand.      La     fig.    3 représente les courbes de ca  ractéristiques     thermiques    de trois     types    dif  férents d'appareils à protéger. La courbe     F     est celle d'un moteur d'induction; la courbe       CT    est celle d'un transformateur et la courbe  H celle d'un convertisseur rotatif.

    



  Il faut remarquer que les     courbes    F et       C    sont     comprises    entre les limites des cour  bes A et     B    de     fig.    ?, c'est-à-dire qu'elles  peuvent être atteintes en réglant convena  blement l'action relative des éléments 1 et  ?. La. courbe H, par contre correspond     Ùr,    des  laps de temps plus longs que ceux de l'élé  ment 1, ce qui fait que pour atteindre les       caractéristiques    thermiques de ce type de dy  namo, on doit d'abord augmenter les laps de  temps de l'élément 1, ce qui s'obtient en  augmentant le     volume    d'accumulation ther  mique de cet élément.

   Cet     accroissement    du  volume d'accumulation thermique peut être  obtenu soit en isolant de la chaleur l'accu  mulateur, ce qui revient à diminuer sa sur  face de radiation, soit, - si un accroissement  encore plus grand du volume d'accumulation       thermique    est nécessaire - en augmentant  la, masse de l'accumulateur, soit encore eu  employant un accumulateur de chaleur spé  cifique plus haute.

   Par l'obtention d'un vo  lume d'accumulation thermique     approprié,    la  courbe des caractéristiques     thermiques    pour  l'élément 1 peut être établie de     manière    que  des courbes telles que H soient comprises  entre les courbes modifiées     correspondantes     A et     L'   <B><I>(fi-.</I></B>     \?).        Pour    les machines, dont  les caractéristiques thermiques sont représen  tées par la courbe H,

   il peut être     également          d('sirable    d'élever la courbe<B>A</B>     cri        augmen-          tant    le volume d'accumulation thermique de  l'élément'-". Dans le cas de convertisseur, la  quantité de     surcharge    qui peut être suppor  tée est souvent limitée par les difficultés de  la commutation.

   Dans ce cas, le dispositif de       prot--ction    thermique ire doit reproduire les  caractéristiques thermiques de la machine que  jusqu'au point où commencent les troubles  <B>(le</B> la     commutation,    point à partir duquel  toute surcharge     cri    excès doit faire fonction  ner un dispositif auxiliaire qui ouvre instan-         tanément    le circuit.

   Ce cas spécial est repré  senté par la ligne pointillée L       Air    lieu d'obtenir le laps de temps résul  tant voulu par un réglage mécanique de Fac  tion des deux éléments 1 et     ',    c'est-à-dire  en réglant le rapport des flexions des deux  membres     thermostatiques    7 et 8, on peut  obtenir le même temps résultant par un ré  glage thermique de l'action de ces éléments.  Pour réaliser ce     réglage    thermique, l'élément  1 peut être maintenu comme représenté en       fig.    1 et soir membre     thermostatique    7 est  utilisé comme élément secondaire ou à temps  plus court du dispositif.

   La masse de  ce membre 7 correspond à la masse 4 de  l'élément 2, tandis que sa résistance corres  pond à celle des moyens de     chauffage    6.  Ainsi,     cri    connectant ce membre 7 de ma  nière .qu'il soit lui-même traversé par le cou  rant de     chauffage,    il fléchira proportionnelle  ment à ce courant, et servira ainsi à la fois  d'indicateur de température et de volume  d'accumulation thermique.

   Ainsi en propor  tionnant convenablement la masse et la ré  sistance du membre     thermostatique    7,     celui-          ci        cumulera    les     fonctions    de la masse 4, de  la bobine de chauffe     G    et de l'élément     ther-          mostatique    8 puisqu'il agira alors non seule  ment par flexion pour     indiquer    la     température     de l'élément 1, mais     encore    par lui-même  comme élément 2 du dispositif, élément qui  est traversé par le même courant que la bo  bine de     chauffe    5 de l'élément 1.

   C'est pour  quoi les caractéristiques thermiques de l'élé  ment 2 ont été combinées dans le membre  thermostatique de l'élément 1.    Cette forme d'exécution modifiée du dis  positif avec les connexions     des    éléments de  ce dernier dans le circuit de l'appareil qu'il  s'agit de protéger, est représentée en pers  pective par les fi-. 4 à 6. Dans ces figures,  les éléments 11 et 12 correspondent aux élé  ments 1 et   de     fig.    1, l'élément 11 ayant  un laps de     temps    plus long et l'élément 12  un laps de temps plus court.

   L'élément 11  comprend un accumulateur 13, un enroulement  de     chauffe    14 et un élément thermostatique      bimétallique 15 sensible à la chaleur et relié       thermiquement    à la masse 13. L'élément 12  du dispositif comprend le membre thermo  statique 15 qui est disposé de manière à être  traversé par le même courant que l'enroule  ment de     chauffe    14. Par lui-même cet élé  ment combine la masse, les moyens de chauf  fage et les moyens sensibles à la chaleur de  l'élément 2 du dispositif représenté     fig.    1.  De la sorte le membre thermostatique 15 est  actionné proportionnellement à l'effet résul  tant des deux éléments du dispositif en dé  pendance thermique.  



  Ce membre fléchit, d'une part, d'une quan  tité et dans un temps correspondant aux  caractéristiques thermiques de l'élément 11,  et, d'autre part, d'une quantité et dans un  temps correspondant à ses propres caracté  ristiques thermiques en tant qu'élément 12.  Ce membre thermostatique coopère par son  extrémité libre avec un contact     fixe    16 de  position réglable. La flexibilité du membre  15 permet que son extrémité libre vienne en  prise avec le contact 16 de manière à ac  tionner le circuit de déclenchement du com  mutateur commandant le circuit de l'appareil.  que l'on veut protéger.

   L'extrémité libre du  membre thermostatique 15 est déplacée d'une  distance réglée à l'avance vers le contact 16  dans un laps de temps relativement court  sous     l'effet    du chauffage direct ou des di  verses caractéristiques thermiques du membre  considéré comme l'élément 12 du dispositif,  et est en même temps déplacé d'une dis  tance donnée vers le contact 16 dans un  temps relativement long, sous     l'effet    de la  conduction thermique de la chaleur emma  gasinée dans la masse 13 ou correspondant  aux caractéristiques thermiques de l'élément  11. Le laps de temps résultant est de ce  fait celui dû à la dépendance thermique et  à la combinaison des éléments 11 et 12.  



  L'accumulateur 13 présente intérieurement  un noyau creux, dans lequel est disposé l'en  roulement de     chauffe    14. Pour que le mem  bre thermostatique 15 puisse être connecté  en série avec l'enroulement de     chauffe    14  d'une manière compacte, la masse d'accu-         mulation    de chaleur 18 est utilisée comme  conducteur du courant de l'enroulement de  chauffe 14 au membre thermostatique 15,  cette masse n'ayant pas de résistance appré  ciable et par conséquent aucun     effet    d'échauf  fement appréciable.

   Comme ce courant doit  traverser le membre thermostatique 15 il est  préférable de construire la masse 13 en deux  moitiés semblables 17 et 18 juxtaposées,  comme représenté, et séparées entre elles par  une rondelle isolante 19 en asbeste. Le mem  bre thermostatique 15 a la forme d'un V,  dont les deux extrémités sont reliées chacune  respectivement avec l'une des moitiés 17 et  18 de l'accumulateur 13, de part et d'autre  de la rondelle 19. Afin d'obtenir le plus  grand volume d'accumulation thermique sous  la masse la plus réduite, on emploie     pour     la masse 13 un métal de grande chaleur     spé.           cifique    tel que de l'aluminium ou un des al  liages de ce métal.

   Ce faisant non seulement  on obtient une masse de petite dimension  mais, en outre, une masse très légère.    La     fig.    5 représente les connexions élec  triques des éléments du dispositif au circuit  de l'appareil que l'on veut protéger 35. Ce  dernier est relié par des conducteurs 20 et  21 à des conducteurs principaux 22 et 23 à  travers un     dispositif    d'ouverture de circuit ou  disjoncteur 24. Ce disjoncteur 24 est du type  automatique. Il est     ouvert    par l'excitation  d'un enroulement de déclenchement 25.

    Lorsque les membres 15 et 16 viennent en  contact, un circuit est fermé, d'un des côtés  de la ligne par exemple, par le conducteur  20, le conducteur 32, l'enroulement 25, la  borne 33, le contact 16, le membre thermo  statique 15, la moitié 18 de la masse, la  borne 26 et le conducteur 21 à l'autre côté  de la ligne. Toute forme de disjoncteur,     dâns     lequel la disjonction est commandée auto  matiquement par l'excitation d'un enroulement,  tel qu'un relais de faible voltage, peut être  employé.  



  Comme il- a déjà été décrit à propos des  éléments de     fig.    1 pour reproduire n'importe  quelle caractéristique thermique entre cer-           taines    limites définies, il suffit de faire va  rier l'une ou l'autre ou les deux résistances  des enroulements de chauffe. Pour l'élément  11 cela peut facilement être obtenu en fai  sant varier la résistance du moyen de chauf  fage 14, tandis que pour l'élément 12 il est  nécessaire que la variation apportée dans  la résistance du membre thermostatique 15  ne fasse pas varier le volume d'accumulation  thermique de ce membre.

   C'est pourquoi, pour  faire varier la résistance du membre 15, il  est préférable de ne faire varier que la lar  geur dudit membre, ce qui ne fait pas va  rier d'une manière appréciable le rapport de  sa masse à sa surface de radiation. Lorsque  le rapport entre les éléments de chauffe ap  proprié pour reproduire la courbe caractéris  tique désirée a été obtenu, la capacité du  dispositif peut être changée par un change  ment dans la résistance combinée des deux  éléments de chauffe, sans influencer ce rap  port.  



  Pour connecter le dispositif de protection  au circuit de la machine 35, on utilise les  deux bornes 26 et 27. Le courant arrivant  par le conducteur 21 traverse la borne 26 et,  de là, passe dans l'enroulement 14. Comme  l'autre extrémité de cet enroulement est con  nectée électriquement à la moitié 17 de la  masse 13, le courant, en sortant de cet en  roulement, passe ensuite dans cette moitié 17,  de là parcourt le membre thermostatique 15  et arrive dans l'autre moitié 18 de la masse  13.  



  Le membre thermostatique est connecté       thermiquement    et électriquement aux deux  moitiés 17 et 18 de l'accumulateur. De la  moitié 18 de la masse 13 le courant passe  dans la borne 27 et retourne de là par le  conducteur 20 à la machine 35. La bobine  de     chauffe    14 et le membre     ther        mostatique     15 sont ainsi connectés en série entre eux  et également connectés en série avec le cir  cuit de la machine 35, ce qui fait qu'ils sont  soumis aux mêmes conditions de courant que  cette dernière.

   Pour de petites machines la  bobine 14 et le membre 15 peuvent être di  rectement connectés dans le circuit de la    machine, tandis que pour des machines plus  grandes il est préférable de les connecter  dans ce circuit par l'intermédiaire d'un trans  formateur ou d'une dérivation de courant, de  manière que l'enroulement 14 et le membre  15 ne soient traversés que par une certaine  partie du courant traversant la     machine.       Le contact fixe 16 est de position régla  ble, de manière que la température critique,  à laquelle le dispositif doit fonctionner,  puisse être réglée pour s'adapter à différents  types d'appareils.

   Pour effectuer ce réglage       (fig.    6) le contact 16 est vissé dans un sup  port tubulaire 28 et peut être réglé en posi  tion par rapport à ce support, au moyen  d'un collier isolant 29. Un index 30, coopé  rant avec un cadran 31, portant en degrés  centigrades les valeurs de la température  critique - qui, dans le cas particulier repré  senté, varient entre 80 et 90 C - est fixé  à la partie filetée du contact 16. Une borne  33, connectée     électriquement    à la plaque 31,  sert de connexion pour la bobine 25. Ainsi  le courant de     déclanchement,    après avoir  traversé la borne 33, arrive au contact 16  par le cadran 31, le support 28 et la por  tion filetée du contact 16.

   A une tempéra  ture critique de<B>900</B> C le contact est réglé  et     fixé    en position, de manière à venir juste  en prise avec le membre thermostatique 15,  et la division 90 du cadran 31 est amenée  à ce moment, exactement en regard de l'in  dex 30. Si la température critique de la ma  chine est de 80  pour protéger convenable  ment cette dernière, le contact 16 est déplacé  au moyen du collier 29 jusqu'à ce que l'in  dex 30 vienne en regard de la division 80.  Dans cette position du contact 16 le mem  bre 15 a un plus petit chemin à parcourir  pour venir en prise avec le contact 16, de  manière à interrompre le courant à<B>80"</B> C.

      Pour augmenter le rendement thermique  et assurer mécaniquement la solidité et la  protection de l'ensemble     formé    par les diffé  rents organes du dispositif, cet ensemble est  logé dans un carter cylindrique présentant  un fond<B>86</B> et un couvercle non représenté.      Ce couvercle est amovible et est maintenu  en place au moyen de deux boulons 37 qui  le traversent.  



  Ce carter sert également à maintenir uni  formes les conditions de radiation en proté  geant les éléments thermiques de la convec  tion de l'air ambiant.



  Thermal protection device for an electrical device. This invention relates to thermal protection devices intended for or vrir the circuit of an electrical device, when its temperature exceeds a given limit.



  Any electrical device such as a dynamo or a transformer can be considered to consist of a conductive element through which current passes, of a mass or magnetic element surrounding the conductive element, and of an insulating body. between the mass and the conductive element.



  The mass of metal surrounding the conductors comprising the iron or lamellar carcass will be referred to in the remainder of this description as being the "frame of the machine".



  The temperature which can be produced in the apparatus is limited to the temperature which the insulating body can withstand without losing its insulating properties. This temperature is hereinafter called "critical temperature".



  The critical temperature depends on the development in the machine of a heat center whose temperature exceeds that of all other parts of the machine. It is well known that this heat center can develop both in the conductors and in the frame of the machine and that its position can move between the conductors and this frame when the load conditions change. This is why a thermal protection device, in order to be able to function in all conditions, must be sensitive not only to the thermal variations which occur in the frame of the machine to be protected, but also to the thermal variations which occur. take place in the conductors.

   Such a device must also be influenced by changes in the ambient temperature in the same way as the machine which is to be protected.



  The object of the present invention is a thermal device for protecting an electric appliance heated by the current passing through the circuit of this appliance, taking all these conditions into account. It is characterized by elements in thermal relation having different thermal characteristics and cooperating with each other so as to make it possible to obtain a resultant thermal characteristic which is the same as that of the appliance which is to be protected for the purpose. to open, under any load conditions, the circuit when the temperature has reached a critical limit in any part of this apparatus.



  The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.



       Fig: 1 is a diagram; Fig. 2 graphically represents the thermal characteristic of the device under different setting conditions; Fig. 3 is a graph of this thermal characteristic for various electrical appliances; Fig. 4, 5 and 6 are detail perspective views.



  In this description, the term “thermal characteristic” is understood to mean both the cooling characteristics and those of heating.



  Fig. 1 schematically represents an embodiment of the object of the invention, in which the protective device comprises. two elements 1 and 2 having respectively heat accumulation masses - @ and 4, heating means 5 and 6 of these masses and heat-sensitive members 7 and 8. These latter have a thermal conductivity relationship with accumulators 3 and 4 respectively and serve as means to indicate the temperature of the two elements.

   The thermal members 7 and 8 are made of a thermostatic metal and preferably have the form of bimetallic strips fixed, at one of their ends, to the corresponding accumulator 3 or 4. At their other end, these members 7 and 8 carry contacts 9 and 10 respectively, arranged so as to come into contact when the or ganes 7 and 8 bend towards each other.

    The heating means 5 and 6 are in series and can be connected in series with the circuit of the device to be protected, or connected so as to receive only a certain part of the current flowing through this circuit. The accumulator 3 of element 1 is considerably larger than the accumulator 4 of element 2, so that the time required to heat it up to a determined temperature is much longer than that required to heat it up. accumulator 4 at the same temperature.

   As a result, element 1 becomes active after a fairly long time and element 2_ after a much shorter time.



  The thermal characteristics for element 1 are represented by curve B in fig. 2. This curve represents the lapse of time necessary for this element of the device to reach a given critical temperature of, for example, 90 C under loads of different value. The thermal characteristics of element 2, under the same conditions, are represented by curve t1. These two curves <B> A </B> and B are obtained by giving each: heat accumulation mass 3 and 4 a given "thermal storage volume".

   By "thermal accumulation volume" is meant the ratio between the mass multiplied by its specific heat and the radiation area of this mass.



  Given this definition, element 1 will have a much larger thermal storage volume than element 2, since it heats up much more slowly. These two thermal accumulation volumes are determined in advance so that for elements 1 and 2 this time is respectively longer and shorter than for the device to be protected,

       that is to say so that the thermal characteristics of the device are given by an intermediate curve between the two curves r1 and B. The value of the thermal characteristics of any device can be reached, including the thermal characteristics curve. ques is located between curves a and B, by adjusting the ratio of the thermal accumulation volumes of element 1 and element 2.

   This adjustment of the effect resulting from the elements <B> I </B> and 2 can also be obtained by changing the ratio of the resistances of the two heating means 5 and 6, that is to say by changing the ratio of the powers of the accumulators 3 and 4, so that the time necessary for the contacts 9 and 10 to come into contact is more or less long, depending on whether it is the effect of element 1 or 2 which predominates. To obtain this result, the resistance of one or the other of the heating means 5 and 6 (or both) can be changed.



  The curves <I> C D </I> and .E (fig. 2) represent the resulting thermal characteristics of the device when the resistance of windings 5 and 6 is respectively in the ratio 30 to 1, 12 to 1 and 5 to. 1. It is thus seen that by giving this ratio an appropriate value, the curve of the resulting thermal characteristics can be obtained in any position between the limit curves A and B.



  When the overload is relatively low, the accumulator 4 of the element 2 reaches its maximum temperature in a relatively short period of time, and by thermal conduction the thermostatic member 8 then flexes so as to bring its contact 10 closer to the contact. 9.

   Accumulator 3 of element 1, thanks to its greater volume of thermal accumulation, takes a considerably longer time to reach its maximum temperature, so that the thermostatic member 7 bends much more slowly to bring its contact closer. 9 of the contact 10 and finally bring it into contact with the latter to control for example the trigger circuit of a switch controlling the circuit of the device. The resulting length of time required for contacts 9 and 10 to engage should match the amount of time required for the heat center of the apparatus to reach the critical temperature.



  In this case of a relatively low load, it can therefore be seen that the slower element p d 'dominates to determine the resulting time lapse.

   For large overloads, such as those caused by short circuits, heat builds up so quickly in the machine conductors that very little of this heat is conducted to the frame, causing the heat center to become always occurs in the conductors, from which it follows that a very rapid opening of the circuit is necessary.

   In this case, the accumulator 4 of the faster element 2 heats up by the same amount as the conductors, so that the thermostatic member 8 flexes enough to bring its contact 10 into engagement with the contact. 9 before the latter has had time to move any appreciable distance. In this case, it is the effect of element 2 that not only predominates, but in fact functions on its own, independently of element 1.



  For calibration, the elements 1 and 2 of the device are subjected to a critical temperature of 90 ° C. and the thermostatic members 7 and 8 are arranged at an interval such that at this temperature their contact just engages. This setting corresponds to a machine at 50, that is to say whose insulation can withstand a temperature rise of 50 above an ambient temperature of 40 C.

   If the machine that we want to protect is a machine at 40 corresponds to a critical temperature of 80, we reduce the spacing of members 7 and 8 with respect to the previous setting so that at this temperature of 80 their contact has location. When the ambient temperature decreases, it takes a longer time for the machine to reach its critical temperature, which means that it can take a greater load before this critical temperature is reached. The device is adapted to variations in ambient temperature automatically.

   In fact, as the ambient temperature decreases, the thermostatic members 7 and 8 move away in opposite directions, so as to proportionally increase the spacing of the contacts 9 and 10. Thus, a The greater the load and the longer the time for their contacts to engage, the greater the distance. Fig. 3 shows the thermal characteristic curves of three dif ferent types of devices to be protected. Curve F is that of an induction motor; curve CT is that of a transformer and curve H that of a rotary converter.

    



  It should be noted that the curves F and C lie between the limits of the curves A and B of fig. ?, i.e. they can be achieved by suitably adjusting the relative action of elements 1 and?. Curve H, on the other hand corresponds to Ùr, longer periods of time than those of element 1, so that to reach the thermal characteristics of this type of dy namo, we must first increase the periods of time of element 1, which is obtained by increasing the volume of thermal accumulation of this element.

   This increase in the volume of thermal storage can be obtained either by insulating the accumulator from heat, which amounts to reducing its radiation surface, or, - if an even greater increase in the volume of thermal storage is required. - by increasing the mass of the accumulator, or even using an accumulator of higher specific heat.

   By obtaining an appropriate thermal storage volume, the thermal characteristic curve for element 1 can be established so that curves such as H lie between the corresponding modified curves A and L '<B> <I>(fi-.</I> </B> \?). For machines, the thermal characteristics of which are represented by curve H,

   It may also be desirable to raise the <B> A </B> curve to increase the volume of thermal storage of the element '- ". In the case of converter, the amount of overload which can be supported is often limited by the difficulties of switching.

   In this case, the thermal protector ire must reproduce the thermal characteristics of the machine only up to the point where the <B> disturbances (the </B> switching start), point from which any overload cry excess must operate an auxiliary device which instantly opens the circuit.

   This special case is represented by the dotted line L Air instead of obtaining the resulting time lapse desired by a mechanical adjustment of the Fac tion of the two elements 1 and ', that is to say by adjusting the bending ratio. of the two thermostatic members 7 and 8, the same resulting time can be obtained by a thermal adjustment of the action of these elements. To achieve this thermal adjustment, element 1 can be maintained as shown in FIG. 1 and evening thermostatic member 7 is used as a secondary or shorter time element of the device.

   The mass of this member 7 corresponds to the mass 4 of the element 2, while its resistance corresponds to that of the heating means 6. Thus, cry connecting this member 7 so that it is itself crossed by the heating current, it will flex in proportion to this current, and will thus serve both as a temperature indicator and as a thermal storage volume.

   Thus by suitably proportioning the mass and the resistance of the thermostatic member 7, the latter will combine the functions of the mass 4, of the heating coil G and of the thermostatic element 8 since it will then not only act by bending to indicate the temperature of element 1, but also by itself as element 2 of the device, an element which is traversed by the same current as the heating coil 5 of element 1.

   This is why the thermal characteristics of element 2 have been combined in the thermostatic member of element 1. This modified embodiment of the positive device with the connections of the elements of the latter in the circuit of the apparatus which is to be protected is represented in perspective by the fi. 4 to 6. In these figures, elements 11 and 12 correspond to elements 1 and of FIG. 1, element 11 having a longer period of time and element 12 having a shorter period of time.

   The element 11 comprises an accumulator 13, a heating coil 14 and a bimetallic thermostatic element 15 sensitive to heat and thermally connected to the mass 13. The element 12 of the device comprises the thermostatic member 15 which is arranged so as to be traversed by the same current as the heating coil 14. By itself this element combines the mass, the heating means and the heat-sensitive means of the element 2 of the device shown in fig. 1. In this way, the thermostatic member 15 is actuated in proportion to the effect resulting from the two elements of the device in thermal dependence.



  This member flexes, on the one hand, by an amount and in a time corresponding to the thermal characteristics of the element 11, and, on the other hand, by an amount and in a time corresponding to its own thermal characteristics. as an element 12. This thermostatic member cooperates by its free end with a fixed contact 16 of adjustable position. The flexibility of the member 15 allows its free end to engage with the contact 16 so as to actuate the trigger circuit of the switch controlling the circuit of the apparatus. that we want to protect.

   The free end of the thermostatic member 15 is moved a preset distance towards the contact 16 in a relatively short period of time under the effect of direct heating or various thermal characteristics of the member considered as the element. 12 of the device, and is at the same time moved a given distance towards the contact 16 in a relatively long time, under the effect of the thermal conduction of the heat emma gasinated in the mass 13 or corresponding to the thermal characteristics of the Element 11. The resulting time lapse is therefore that due to the thermal dependence and the combination of elements 11 and 12.



  The accumulator 13 has a hollow core internally, in which the heating bearing 14. So that the thermostatic member 15 can be connected in series with the heating coil 14 in a compact manner, the mass d The heat build-up 18 is used as a conductor of current from the heater coil 14 to the thermostatic member 15, this mass having no appreciable resistance and therefore no appreciable heating effect.

   As this current must pass through the thermostatic member 15 it is preferable to construct the mass 13 in two similar halves 17 and 18 juxtaposed, as shown, and separated from each other by an insulating washer 19 of asbestos. The thermostatic member 15 has the shape of a V, the two ends of which are each connected respectively with one of the halves 17 and 18 of the accumulator 13, on either side of the washer 19. In order to to obtain the greatest volume of thermal accumulation under the smallest mass, a special high heat metal is used for mass 13. cific such as aluminum or one of the alloys of this metal.

   In doing so, not only a small mass is obtained, but also a very light mass. Fig. 5 shows the electrical connections of the elements of the device to the circuit of the device to be protected 35. The latter is connected by conductors 20 and 21 to main conductors 22 and 23 through a circuit opener. or circuit breaker 24. This circuit breaker 24 is of the automatic type. It is opened by the excitation of a trigger winding 25.

    When members 15 and 16 come into contact a circuit is closed, on one side of the line for example, by conductor 20, conductor 32, winding 25, terminal 33, contact 16, member thermostatic 15, half 18 of the mass, terminal 26 and conductor 21 on the other side of the line. Any form of circuit breaker, in which the circuit breaker is automatically controlled by energizing a winding, such as a low voltage relay, can be used.



  As it has already been described with regard to the elements of FIG. 1 to reproduce any thermal characteristic within certain defined limits, it suffices to make one or the other or the other or both resistances of the heating windings go. For element 11 this can easily be obtained by varying the resistance of the heating means 14, while for element 12 it is necessary that the variation provided in the resistance of the thermostatic member 15 does not cause the volume to vary. thermal accumulation of this limb.

   This is why, in order to vary the resistance of member 15, it is preferable to vary only the width of said member, which does not appreciably affect the ratio of its mass to its radiation surface. . When the ratio between the heating elements suitable for reproducing the desired characteristic curve has been obtained, the capacity of the device can be changed by a change in the combined resistance of the two heating elements, without influencing this ratio.



  To connect the protection device to the machine circuit 35, the two terminals 26 and 27 are used. The current arriving through the conductor 21 passes through the terminal 26 and, from there, passes into the winding 14. Like the other end of this winding is electrically connected to half 17 of mass 13, the current, leaving this rolling, then passes through this half 17, from there travels through thermostatic member 15 and arrives in the other half 18 of mass 13.



  The thermostatic member is thermally and electrically connected to the two halves 17 and 18 of the accumulator. From the half 18 of the mass 13 the current passes through the terminal 27 and returns from there through the conductor 20 to the machine 35. The heating coil 14 and the thermostatic member 15 are thus connected in series with each other and also connected in series. series with the circuit of the machine 35, which means that they are subjected to the same current conditions as the latter.

   For small machines coil 14 and member 15 can be directly connected in the machine circuit, while for larger machines it is preferable to connect them in this circuit through a transformer or a current bypass, so that the winding 14 and the member 15 are only traversed by a certain part of the current passing through the machine. The fixed contact 16 is in an adjustable position, so that the critical temperature, at which the device must operate, can be adjusted to adapt to different types of devices.

   To carry out this adjustment (fig. 6) the contact 16 is screwed into a tubular support 28 and can be adjusted in position relative to this support, by means of an insulating collar 29. An index 30, cooperating with a dial 31, bearing in degrees centigrade the values of the critical temperature - which, in the particular case shown, vary between 80 and 90 C - is fixed to the threaded part of the contact 16. A terminal 33, electrically connected to the plate 31 , serves as a connection for coil 25. Thus, the tripping current, after passing through terminal 33, arrives at contact 16 via dial 31, support 28 and the threaded portion of contact 16.

   At a critical temperature of <B> 900 </B> C the contact is adjusted and fixed in position, so as to just engage the thermostatic member 15, and the division 90 of the dial 31 is brought up at this time, exactly opposite the in dex 30. If the critical temperature of the machine is 80 to adequately protect the latter, the contact 16 is moved by means of the collar 29 until the in dex 30 comes in. look at division 80. In this position of contact 16, member 15 has a smaller path to travel to engage contact 16, so as to interrupt the current at <B> 80 "</B> C.

      To increase the thermal efficiency and mechanically ensure the strength and protection of the assembly formed by the various members of the device, this assembly is housed in a cylindrical casing having a bottom <B> 86 </B> and a cover not shown. . This cover is removable and is held in place by means of two bolts 37 which pass through it.



  This casing is also used to maintain uniform radiation conditions by protecting the thermal elements of the ambient air convection.

 

Claims (1)

REVENDICATION Dispositif thermique de protection d'un appareil électrique chauffé par le courant tra versant le circuit de cet appareil, caractérisé par des éléments en relation thermique ayant des caractéristiques thermiques différentes et coopérant entre eux de manière à permettre d'obtenir une caractéristique thermique résul tante qui soit la même que celle de l'appa reil que l'on veut protéger dans le but d'ou vrir dans n'importe quelles conditions de charge le circuit lorsque la. température at teint une limite critique dans une partie quelconque de cet appareil. CLAIM Thermal device for protecting an electrical appliance heated by the current flowing through the circuit of this appliance, characterized by thermally related elements having different thermal characteristics and cooperating with one another so as to make it possible to obtain a resulting thermal characteristic which is the same as that of the device that we want to protect in order to open the circuit under any load conditions when the. temperature has reached a critical limit in any part of this apparatus. SOUS-REVENDICATIONS: 1 Dispositif selon la revendication, caracté risé par le fait que ses éléments ayant entre eux différentes caractéristiques ther miques ont individuellement des caracté ristiques thermiques analogues à celles de certaines parties correspondantes de l'ap pareil que l'on veut protéger. 2 Dispositif selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisé par le fait que la caractéristique thermique résultante de ses éléments peut être réglée, en faisant varier la caractéristique thermique d'au moins un de ces éléments de manière que le dispositif puisse être utilisé pour proté ger des appareils électriques ayant des ca ractéristiques thermiques différentes. SUB-CLAIMS: 1 Device according to claim, characterized in that its elements having between them different thermal characteristics individually have thermal characteristics similar to those of certain corresponding parts of the apparatus which is to be protected. 2 Device according to claim and sub-claim 1, characterized in that the resulting thermal characteristic of its elements can be adjusted, by varying the thermal characteristic of at least one of these elements so that the device can be used to protect electrical appliances with different thermal characteristics. 3 Dispositif selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il peut être réglé de manière à ouvrir le circuit de l'appareil à des tem- pératures déterminées à l'avance qui sont différentes dans les diverses parties cons titutives de l'appareil que l'on veut proté ger. 4 Dispositif selon la revendication et les sous-revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est disposé pour être influencé par la température ambiante de la même manière que l'appareil qu'il protège, ce qui fait que cette protection est indépen dante de la température ambiante. 3 Device according to claim and sub-claims 1 and 2, characterized in that it can be adjusted so as to open the circuit of the device to temperatures determined in advance which are different in the various constitutive parts of the device that we want to protect. 4 Device according to claim and sub-claims 1 to 3, characterized in that it is arranged to be influenced by the ambient temperature in the same way as the device it protects, which means that this protection is independent of ambient temperature. 5 Dispositif selon la revendication et les sous-revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'un de ses éléments est une masse d'accumulation de chaleur, un autre, .un corps de chauffe électrique de cette masse et un troisième un élément,sensible à la température disposé en série avec ce corps de chauffe, la masse d'accumulation <B>de</B> chaleur et le corps de chauffe ayant des caractéristiques thermiques analogues à celles de parties correspondantes de l'ap pareil qu'il faut protéger. 5 Device according to claim and sub-claims 1 to 4, characterized in that one of its elements is a heat storage mass, another, an electric heating body of this mass and a third one element, sensitive to temperature arranged in series with this heating body, the <B> heat </B> storage mass and the heating body having thermal characteristics similar to those of corresponding parts of the appliance 'It is necessary to protect. G Dispositif selon la revendication et les " sous-revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'élémeut sensible à la tempé rature est en contact thermique avec la masse d'accumulation de chaleur de ma nière à être influencé à la fois par la cha leur de cette masse par conduction ther mique et par la chaleur créée en lui par le courant le traversant. 7 Dispositif selon la revendication et les sous-revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est en deux parties comprenant chacune une masse d'accumulation de cha leur et un élément de résistance formant corps de chauffe, ces deux éléments de ré sistance formant corps de chauffe étant disposés en série et réglables séparément. G Device according to claim and "sub-claims 1 to 5, characterized in that the temperature-sensitive element is in thermal contact with the heat storage mass so as to be influenced both by the heat of this mass by thermal conduction and by the heat created in it by the current passing through it. 7 Device according to claim and sub-claims 1 to 4, characterized in that it is in two parts each comprising a heat accumulation mass and a resistance element forming a heating body, these two resistance elements forming a heating body being arranged in series and adjustable separately.
CH99609D 1921-07-05 1921-07-05 Thermal protection device for an electrical device. CH99609A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH99609T 1921-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH99609A true CH99609A (en) 1923-06-16

Family

ID=4357581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH99609D CH99609A (en) 1921-07-05 1921-07-05 Thermal protection device for an electrical device.

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH99609A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1080664B (en) * 1955-12-14 1960-04-28 Continental Elektro Ind Ag Shockproof thermally controlled electrical switch

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1080664B (en) * 1955-12-14 1960-04-28 Continental Elektro Ind Ag Shockproof thermally controlled electrical switch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2014707A1 (en) Removable electric heating plate
CH99609A (en) Thermal protection device for an electrical device.
BE510498A (en) SYSTEM FOR ADJUSTING PHYSICAL QUANTITIES
FR2462016A1 (en) AUTOMATIC SWITCH A
BE1000469A7 (en) Generator thermal fluid hot induction.
EP0831510B1 (en) Bimetallic thermal triggering apparatus for a protection device
US1652527A (en) Protective device
CH305842A (en) Device for delaying the switching on of an energy consuming device.
US2262870A (en) Self-starting single-phase motor and its control
US1822191A (en) Thermostat switch
EP0080393B1 (en) Bi-metal device connected in series to a heater
BE652292A (en) Control device of a storage stove
BE397675A (en)
BE361634A (en)
CH361939A (en) Room thermostat
BE473006A (en)
FR2465388A1 (en) Controller for electric heating system - uses thermal inertia of walls to smooth heat fluctuations and measures wall temp. to initiate extra heating when wall temp. falls
EP0013843B1 (en) Current intensity detector for power regulation devices in domestic electrical appliances
FR2612684A1 (en) Improved electric blanket
BE675048A (en) Remote control device for thermostat
CH294050A (en) Installation intended to maintain a body at a substantially constant temperature.
JPS6215034B2 (en)
FR2898700A1 (en) &#34;THERMOSTATIC CONTROL DEVICE OF ELECTRIC WATER HEATER&#34;
BE709049A (en) THERMOSTATIC CONTROL UNIT
FR2754949A1 (en) RCCB thermally protected against overheating within its box