EP0080393B1 - Dispositif de bilame placé en série avec une chaufferette - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for detecting current overcurrents, in particular for a protection device.
- a device for detecting current overcurrents comprising in a housing, on the one hand, a bimetallic strip having a first fixed fixed end and a second free end which is capable of actuating, directly or indirectly, a safety switch fixed in the housing and. on the other hand, an insulated electric heater which is placed in good thermal contact along a first longitudinal face of the bimetallic strip using insulated transverse clamping members and one end of which is connected at a point in the bimetallic strip situated between the ends, so that the current to be monitored passes through the heater and the bimetallic strip, a thin insulating sheet being placed between the heater and said first face.
- a device of the kind mentioned is known from document DE-A-2 818 203.
- Such devices are widely used in protective devices, such as thermal relays, the function of which is to indirectly open the supply circuit of a consumer device to be monitored when the currents flowing through it exceed, during a certain time, a particular setpoint.
- the heater is generally produced in the form of a coil of resistant wire placed around the bimetallic strip.
- the first condition is that the device must have a response time greater than a standardized value for current overloads of the order of six times the nominal current.
- the second condition means that the device containing the protective device must not be too large and that the same protective device case must be able to contain different protective devices to be used with currents of nominal currents different.
- the reduction in this total resistance can itself be obtained either by the reduction in the resistance of the heater, or by that of the bimetallic strip, or by a combined reduction in the two resistances.
- the value of the ratio between these two resistances influences the response time: when the power dissipated in the bimetallic strip is preponderant. the response time is shorter than otherwise; this response time also becomes shorter when the heater is coiled over the entire length of the bimetallic strip; too short a response time can cause the device to trip prematurely.
- Bimetallic devices and coiled heater have the advantage of good mechanical strength when short-circuit currents appear due to the low electrodynamic forces which appear between the bimetallic strip, where the direction of the current flows longitudinally and the turns of the heater, where the direction of the current is perpendicular to the previous one.
- the invention therefore proposes to provide a bimetallic device and heater capable of being traversed by a large nominal current which is capable of having a response time which meets the requirements and which benefits has good mechanical strength, when the bimetallic strip that it uses has dimensions which have been chosen in advance to respond to lower nominal currents, for which a coiled heater is satisfactory.
- said clamping members are constituted by a multiplicity of opposite deformable lateral tabs, which are cut in opposite regions of the conductive strip, which bypass the two edges of the bimetallic strip, and whose ends are supported by the 'intermediate folded portions of the insulating sheet, on a second longitudinal face opposite the first face.
- Such a device does not allow an easy adaptation of the response time insofar as one cannot then benefit from the speed of deformation provided by a bimetallic strip which heats up directly in its mass; moreover, the need to fold the copper strip to locate the current input and output in the vicinity of the bimetal root does not provide good thermal efficiency and requires the use of two electrical connection parts instead of a.
- a protective device visible in FIG. 1, comprises a housing 1 having a multiplicity of housings of given length m such as 2, in each of which is arranged a device for detecting current overcurrents 3; this box which can contain other organs has been deliberately limited in size in the figure.
- Each device such as 3 is connected, on the one hand, to a current input terminal 4 connected to a phase R of a supply network and, on the other hand, directly or not to an output terminal of current 5 which is connected by a conductor to a corresponding terminal of a current consuming device, not shown.
- the device 3 comprises a bimetallic strip 6 having a first fixed end 7 which is connected to the terminal 5 and which is made integral with the housing by any suitable means, for example by a screw 8 so as to constitute an embedding; this bimetallic strip has a second end 9 which is free and which cooperates with a transmission device 10 capable of directly or indirectly causing the opening of a safety switch 11 when the end 9 moves by a certain amount.
- This switch is, for example, placed in series with the coil 12 of an electromagnet belonging to a contactor 14 having power switches 15 placed in the supply circuit of the current-consuming device 16 (see also block diagram in Figure 2).
- a heater of the type with a coil of resistant wire may be associated with the bimetallic strip.
- the device 3 uses a heater 17, which consists of a thin conductive strip or ribbon 18 made of a copper material which is a good conductor of the current (see FIGS. 3 and 4).
- This blade has a first end 19 which is electrically connected with the terminal 4 and a second end 20 which is connected to the bimetallic strip 6, for example by electrical welding, at a particular point 21 thereof situated between the ends 7 and 9.
- the blade 18 extends longitudinally along a portion 36. of the bimetallic strip and is applied against a thin insulating film 22 which is itself placed against a first face 23 of the bimetallic strip , (see also figure 5).
- Good thermal transfer between the blade 18 and the face 23, through the insulating sheet 22, is provided by the pressure imparted by two multiplicity of opposite lateral tabs 24, 25 which are placed on either side of the blade 18 and which are curved in such a way that ends such as 26, 27 of each of the legs such as 28, 28 come to bear, by means of the insulating sheet, on a second face 29 opposite the first face 23
- the insulating sheet 22 has a sufficient width to circumvent, like the legs, the opposite edges 30, 31 of the bimetallic strip and also to present under the ends of the legs, insulating portions 32, 33 of the sheet 22.
- the heater 17 is made flat, in one piece, by cutting from a suitable metal sheet (see Figure 6), and the legs are then bent by a tool or machine studied for this purpose.
- the first end 19 of the blade has a lateral extension 34 which is not placed opposite the bimetallic strip, this arrangement making it possible to protect the blade from deformations which could appear when the 'The electrical connection between the heater and a conductor 35 going to terminal 4 is made, for example by welding.
- the choice of the number of legs and their width depends, on the one hand on the mechanical characteristics of the material used for the blade 18, on the forces which it is necessary to communicate to this blade to make it press well against the insulating sheet and allow it to withstand the electrodynamic forces which appear during short circuits and, on the other hand, precautions taken to avoid that the mechanical association of the heater with the bimetallic strip communicates to it a parasitic rigidity.
- the materials used for the heater will be, for example, copper or a suitable brass.
- bimetallic strip comprising a pair of metals having very different coefficients of expansion, such as invar and a Fe-Ni-Cr alloy, or to a bimetallic strip further comprising a couple of metals having very different coefficients of expansion such as those mentioned, an intermediate layer of copper or nickel, when it is necessary to reduce the inherent electrical resistance of the bimetallic strip.
Landscapes
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Description
- L'invention concerne un dispositif de détection de surintensités de courant, en particulier pour un appareil de protection. comprenant dans un boîtier, d'une part, un bilame ayant une première extrémité fixe encastrée et une seconde extrémité libre qui est apte à actionner, directement ou indirectement, un interrupteur de sécurité fixé dans le boîtier et. d'autre part, une chaufferette électrique isolée qui est placée en bon contact thermique le long d'une première face longitudinale du bilame à l'aide d'organes de serrage transversaux isolés et dont une extrémité est reliée en un point du bilame situé entre les extrémités, de façon telle que le courant à surveiller traverse la chaufferette et le bilame, une fine feuille isolante étant disposée entre la chaufferette et ladite première face. Un dispositif du genre mentionné est connu du document DE-A-2 818 203.
- De tels dispositifs sont largement utilisés dans les appareils de protection, tels que les relais thermiques, dont la fonction est d'ouvrir indirectement le circuit d'alimentation d'un appareil consommateur à surveiller lorsque les intensités des courants qui le traversent dépassent, pendant un certain temps, une valeur de consigne particulière.
- Dans des dispositifs connus (DE-B-1 053 640). on réalise généralement la chaufferette sous la forme d'un bobinage de fil résistant placé autour du bilame.
- Si une telle disposition présente des avantages relativement à la qualité des échanges thermiques entre la chaufferette et le bilame, ainsi qu'une bonne tenue mécanique lors de l'apparition de courants de court-circuit. on constate que son utilisation dans une large gamme de courants nominaux, fait apparaître des difficultés lorsque l'appareil de protection doit répondre à des besoins industriels particuliers.
- Le choix des dimensions que l'on doit donner à un bilame et à la chaufferette bobinée qui le réchauffe, serait aisé si le constructeur ne devait tenir compte que des propriétés des matériaux disponibles et des forces ou déplacements qui doivent être développées ou respectivement effectuées, lorsqu'une intensité particulière traverse l'appareil.
- En fait, la mise en oeuvre industrielle d'un tel dispositif doit tenir compte, lorsqu'il est destiné à effectuer une protection, d'une part, de la nature des surcharges que subissent les appareils consommateurs et, d'autre part, des conditions d'une fabrication économique d'appareils aptes à satisfaire plusieurs calibres de courants nominaux.
- La première condition fait que le dispositif doit présenter un temps de réponse supérieur à une valeur normalisée pour des surcharges de courant de l'ordre de six fois le courant nominal.
- La seconde condition fait que l'appareil contenant le dispositif de protection ne doit pas avoir des dimensions trop importantes et qu'un même boîtier d'appareil de protection devra pouvoir contenir des dispositifs de protection différents pour être utilisés avec des courants d'intensités nominales différentes.
- D'une façon générale, on constate que, lorsque les dimensions d'un bilame sont déterminées par le choix préalable d'un type de boîtier particulier et restent constantes pour tous les calibres nominaux, la puissance calorifique nécessaire pour provoquer une déformation donnée reste sensiblement constante. Il en résulte que la résistance ohmique totale du dispositif qui comprend celle de la chaufferette et celle de la portion de bilame montée en série doit diminuer lorsque l'intensité nominale augmente.
- La diminution de cette résistance totale peut être elle-même obtenue soit par la diminution de la résistance de la chaufferette, soit par celle du bilame, soit par une diminution combinée des deux résistances.
- Par ailleurs. la valeur du rapport entre ces deux résistances influence le temps de réponse : lorsque la puissance dissipée dans le bilame est prépondérante. le temps de réponse est plus court que dans le cas contraire ; ce temps de réponse devient également plus court lorsque la chaufferette est bobinée sur toute la longueur du bilame ; un temps de réponse trop court peut provoquer un déclenchement prématuré de l'appareil ce protection.
- Ces constatations conduisent donc à remarquer qu'il est très difficile de conférer à un dispositif de protection à bilame et chaufferette un comportement qui soit toujours adapté à celui de la charge, lorsque l'on souhaite protéger des appareils consommateurs d'intensités nominales différentes à l'aide de bilames ayant toujours les mêmes dimensions, ou des dimensions sensiblement égales.
- On remarque notamment que, lorsque l'intensité nominale augmente, il est difficile de donner à la chaufferette et au bilame les faibles résistances nécessaires ; cette difficulté résulte du fait que, d'une part, la longueur du fil résistant de la chaufferette devient si faible ou que son diamètre devient si important, qu'il n'est plus possible d'effectuer un bobinage convenable.
- Les dispositifs à bilame et chaufferette bobinée présentent toutefois l'avantage d'une bonne tenue mécanique lors de l'apparition de courants de court-circuit en raison des faibles efforts électrodynamiques qui apparaissent entre le bilame, où la direction du courant circule longitudinalement et les spires de la chaufferette, où la direction du courant est perpendiculaire à la précédente.
- L'invention se propose, par suite, de fournir un dispositif à bilame et chaufferette apte à être traversé par un courant nominal important qui soit susceptible de présenter un temps de réponse répondant aux prescriptions et qui bénéficie d'une bonne résistance mécanique, lorsque le bilame qu'il utilise possède des dimensions qui ont été choisies à l'avance pour répondre à des courants nominaux inférieurs, pour lesquels une chaufferette bobinée donne toute satisfaction.
- Selon l'invention, lesdits organes de serrage sont constitués par une multiplicité de pattes latérales déformables opposées, qui sont découpées dans des régions opposées de la lame conductrice, qui contournent les deux chants du bilame, et dont les extrémités s'appuient, par l'intermédiaire de portions repliées de la feuille isolante, sur une seconde face longitudinale opposée à la première face.
- On connaît, par ailleurs (DE-A-1 513 256), des dispositifs de détection de surintensités de courant faisant appel à un bilame à chauffage indirect dans lesquels la chaufferette est constituée par une fine lame de cuivre isolée qui est appliquée sur toute la longueur du bilame et qui est maintenue en place par une pluralité d'agrafes placées transversalement par rapport à l'axe longitudinal.
- Un tel dispositif ne permet pas une adaptation aisée du temps de réponse dans la mesure où l'on ne peut pas alors bénéficier de la rapidité de déformation procurée par un bilame qui s'échauffe directement dans sa masse ; par ailleurs, la nécessité de replier la lame de cuivre pour localiser l'entrée et la sortie de courant au voisinage de la racine du bilame ne procure pas un bon rendement thermique et nécessite l'utilisation de deux pièces de raccordement électrique au lieu d'une.
- L'invention, ainsi que d'autres mesures qui la complètent, seront mieux comprises à l'aide de la description détaillée ci-après.
- Aux dessins annexés :
- La figure 1 montre une coupe locale d'un appareil de protection utilisant le dispositif selon l'invention ;
- La figure 2 montre un schéma de principe du raccordement électrique et de la fonction d'un dispositif détecteur selon l'invention ;
- La figure 3 représente une vue avant d'un dispositif détecteur ;
- La figure 4 représente une vue arrière du dispositif de la figure 3 ;
- La figure 5 illustre une vue du dispositif détecteur coupé par un plan Q0 de la figure 3 ; et
- La figure 6 montre une vue de la chaufferette de l'appareil détecteur avant montage sur le bilame.
- Un appareil de protection, visible à la figure 1, comporte un boîtier 1 présentant une multiplicité de logements de longueur donnée m tels que 2, dans chacun desquels est disposé un dispositif détecteur de surintensités de courant 3 ; ce boîtier qui peut contenir d'autres organes a été volontairement limité en dimensions sur la figure. Chaque dispositif tel que 3 est connecté, d'une part, à une borne d'entrée de courant 4 reliée à une phase R d'un réseau d'alimentation et, d'autre part, directement ou non à une borne de sortie de courant 5 qui est reliée par un conducteur à une borne correspondante d'un appareil consommateur de courant, non représenté.
- Le dispositif 3 comprend un bilame 6 ayant une première extrémité fixe 7 qui est reliée à la borne 5 et qui est rendue solidaire du boîtier par tout moyen approprié par exemple par une vis 8 de façon à constituer un encastrement ; ce bilame possède une seconde extrémité 9 qui est libre et qui coopère avec un dispositif de transmission 10 apte à provoquer directement ou indirectement l'ouverture d'un interrupteur de sécurité 11 lorsque l'extrémité 9 se déplace d'une certaine quantité. Cet interrupteur est, par exemple, placé en série avec la bobine 12 d'un électro-aimant appartenant à un contacteur 14 ayant des interrupteurs de puissance 15 placés dans le circuit d'alimentation de l'appareil consommateur de courant 16 (voir également le schéma de principe à la figure 2).
- Lorsque le même boîtier 1 est utilisé en fabrication pour recevoir divers dispositifs de détection de courant ayant des caractéristiques adaptées à divers calibres de courants nominaux imposés par la puissance consommée par la charge, on est conduit à utiliser des bilames dont la longueur P voisine de m sera toujours sensiblement la même, de façon à pouvoir utiliser le même point d'encastrement 13 et à présenter toujours son extrémité libre 9 en regard du dispositif de transmission 10 qui conserve la même position dans le boîtier.
- Pour des calibres nominaux de courant inférieurs, une chaufferette du type à bobine de fil résistant pourra être associée au bilame.
- Pour un ou plusieurs calibrés de courant supérieurs, le dispositif 3 fait appel à une chaufferette 17, qui est constituée par une fine lame conductrice ou ruban 18 réalisée en un matériau cuivreux bon conducteur du courant (voir figures 3 et 4). Cette lame possède une première extrémité 19 qui est électriquement connectée avec la borne 4 et une seconde extrémité 20 qui est reliée au bilame 6, par exemple par soudure électrique, en un point particulier 21 de celui-ci situé entre les extrémités 7 et 9.
- Entre ses deux extrémités 19, 20, la lame 18 s'étend longitudinalement le long d'une portion 36. du bilamé et s'applique contre une feuil'e isolante mince 22 qui est elle-même placée contre une première face 23 du bilame, (voir aussi figure 5). Un bon transfert thermique entre la lame 18 et la face 23, à travers la feuille isolante 22, est procuré grâce à la pression communiquée par deux multiplicités de pattes latérales opposées 24, 25 qui sont placées de part et d'autre de la lame 18 et qui sont recourbées de façon telle, que des extrémités telles que 26, 27 de chacune des pattes telles que 28, 28 viennent s'appuyer, par l'intermédiaire de la feuille isolante, sur une seconde face 29 opposée à la première face 23. La feuille isolante 22 possède une largeur suffisante pour contourner, comme les pattes, les chants opposés 30, 31 du bilame et pour présenter également sous les extrémités des pattes, des portions isolantes 32, 33 de la feuille 22. La chaufferette 17 est fabriquée à plat, d'une seule pièce, par découpage dans une feuille de métal approprié (voir figure 6), et les pattes sont ensuite recourbées par un outil ou machine étudiés à cet effet.
- On remarquera aux figures 1 et 3 que, la première extrémité 19 de la lame comporte un prolongement latéral 34 qui n'est pas placé en regard du bilame, cette disposition permettant de mettre la lame à l'abri des déformations qui pourraient apparaître lorsque l'on réalise, par exemple par soudure, la connection électrique entre la chaufferette et un conducteur 35 allant vers la borne 4.
- Le choix du nombre de pattes et de leur largeur dépend, d'une part des caractéristiques mécaniques du matériau utilisé pour la lame 18, des efforts qu'il est nécessaire de communiquer à cette lame pour la faire bien plaquer contre la feuille isolante et pour lui permettre de supporter les efforts électrodynamiques qui apparaissent lors des courts-circuits et, d'autre part, de précautions prises pour éviter que l'association mécanique de la chaufferette avec le bilame ne communique à celui-ci une rigidité parasite. Les matériaux utilisés pour la chaufferette seront, par exemple, le cuivre ou un laiton approprié.
- Pour adapter les caractéristiques du dispositif, on peut faire appel, soit à un bilame comprenant un couple de métaux ayant des coefficients de dilatation très différents, tels que l'invar et un alliage Fe-Ni-Cr, soit à un bilame comprenant outre un couple de métaux ayant des coefficients de dilatation très différents tels que ceux mentionnés, une couche intermédiaire de cuivre ou de nickel, lorsqu'il est nécessaire de diminuer la résistance électrique propre du bilame.
Claims (2)
1. Dispositif de détection de surintensités de courant (3), en particulier pour appareil de protection, comprenant, dans un boîtier (1), d'une part un bilame (6) ayant une première extrémité fixe (7) encastrée et une seconde extrémité libre (9) qui est apte à actionner directement ou indirectement un interrupteur de sécurité (11) fixé dans le boîtier et, d'autre part, une chaufferette électrique isolée (17) constituée par une fine lame conductrice (18), qui est placée en bon contact thermique le long d'une première face longitudinale (23) du bilame (6) à l'aide d'organes de serrage transversaux isolés et dont une extrémité (20) est reliée en un point du bilame (6) situé entre les extrémités, de façon telle que le courant à surveiller traverse la chaufferette (17) et le bilame (6), une fine feuille isolante (22) étant disposée entre la chaufferette (17) et ladite première face (23), caractérisé en ce que lesdits organes de serrage sont constitués par une multiplicité (24, 25) de pattes latérales déformables opposées (28, 28), qui sont découpées dans des régions opposées (24, 25) de la lame conductrice (18), qui contournent les deux chants (30, 31) du bilame, et dont les extrémités (26, 27) s'appuient, par l'intermédiaire de portions repliées (32, 33) de la feuille isolante (22), sur une seconde face longitudinale (29) opposée à la première face.
2. Dispositif de détection de surintensité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bilame (6) comporte, outre deux métaux ayant des coefficients de dilatation très différents, une couche de cuivre ou de nickel.
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