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.