EP0515292B1 - Déclencheur électromagnétique pour un disjoncteur électrique à bas calibres - Google Patents
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Definitions
- a low-caliber miniature circuit breaker for example less than 3A, comprises a bimetal thermal trip device associated with a driver, and an electromagnetic trip trip device with coil comprising several tens of turns.
- the circuit breaker behaves like a limiting device, thanks to the impedance of the pole due to the presence of the driver and the coil. This impedance can reach a few ohms, which ensures a limitation of the short-circuit current to an approximate value of 100A.
- This current limiting effect takes place at the expense of blowing the initial arc to the arc extinguishing chamber. This results in stagnation of the arc on the contacts.
- the high number of ampere-turns of the coil risks causing magnetic saturation of the electromagnet, despite the presence of the first ferromagnetic part of the cylinder head.
- a strong magnetic leakage field is created around the electromagnetic trip device, which causes the arc to blow in a direction different from that of propagation towards the arc extinguishing chamber.
- the initial arc is then drawn towards the housing compartment of the mechanism.
- the risk of strikes between poles can compromise breaking performance.
- the magnetic shielding effect is not perfect, and there remains the risk of a leakage magnetic field in the presence of a short circuit in a low-caliber circuit breaker.
- the object of the invention is to improve the structure of an electromagnetic trip device to allow the correct operation of a low-caliber circuit breaker.
- the trigger according to the invention is characterized in that the cylinder head comprises a second ferromagnetic part fixed to the first part of conjugate shape to form a total shielding member, closed on each side, and arranged around the coil and core assembly for delay the magnetic saturation of said electromagnet in the event of detection of a short-circuit current by the electromagnetic trip device, that the base of the first ferromagnetic part has two lateral and parallel flanges, staggered along the axial direction of the coil extending perpendicularly to the walls of the housing, and that the second ferromagnetic part is formed by a sheet bent in a U having a plate parallel to the arc horn of the first part, and two transverse wings pressed against the opposite internal walls of the housing, the assembly of the two parts of the cylinder head forming a straight parallelepiped enveloping said bobi born.
- the addition to the yoke of the second ferromagnetic part causes a decrease in the return reluctance of the magnetic flux, resulting in a shift of the magnetic saturation point.
- the magnetic field lines remain fully channeled in the iron of the magnetic circuit, which eliminates any leakage magnetic field outside the trigger.
- a pole of a miniature electric circuit breaker 10 for low ratings, in particular less than a few amps, comprises a molded insulating housing 12 enclosing an arc quenching chamber 14, a fixed contact 16, a movable contact 18 carried by a contact arm 20 actuated by a control mechanism 22, an electromagnetic trip device 24 with striker 26 sensitive to short-circuit currents, a thermal trip device 28 sensitive to overload currents, and a lever 30 for manual control.
- control mechanism 22 is described in detail in the patent French FR-2,616,583 of the applicant, but it is understood that any other type of mechanism can be used.
- the mechanism 22 is controlled manually by the lever 30, and automatically by the two triggers 28,24.
- the arc quenching chamber 14 is formed by a stack of metal deionization separators framed in the height direction in FIG. 1, by an upper arc horn 32 and a lower arc horn 34.
- the front part of the lower bow horn 34 is arranged in a loop 36 whose end 38 opposite the chamber 14, serves as a support member for the foot 41 of the bimetallic strip 40 of the thermal trip device 28.
- a heating element 42 is wound around the bimetallic strip 40 to allow the detection of overload currents of low intensities, for example less than or equal to 2 amperes.
- the foot 41 of the bimetallic strip 40 is electrically connected to one of the terminals (not shown) by a conductor 44, and the opposite end of the driver 42 is electrically connected to the contact arm 20 by a flexible braid 46.
- the electromagnetic trip device 24 occupies the entire width of the housing 12 above the chamber 14, and comprises an electromagnet with movable core 48 and with adjustable triggering threshold, as described by way of example in document EP-A -378.030 of the applicant.
- a coil 50 of excitation of cylindrical shape is mounted coaxially on a tubular insulating sleeve 52, inside of which moves in translation the movable core 48 cooperating with a fixed core 54.
- a trigger rod 56 passes through an axial bore 58 of the fixed core 54, and is coupled, for example by snap-fastening, to a stud 57 of the movable core 48.
- the end of the rod 56 situated opposite the stud 57 is shaped as a striker 26 intended to cooperate with the trigger lever of the mechanism 22 to ensure the unlocking of the latching, and the automatic opening of the contacts 16, 18 of the pole.
- the two 48,54 cores are made of material ferromagnetic, especially steel.
- excitation coil 50 and cores 48, 54 is positioned inside a cylinder head 60 made of ferromagnetic material, ensuring total shielding of the electromagnetic trip device 24.
- the cylinder head 60 is constituted by the assembly of two parts 62, 64 conjugated in a U shape.
- the first lower part 62 serves to support the assembly of coil 50 and cores 48, 54, and comprises two lateral flanges 66, 68 and parallel, secured to a base merged with the upper arc horn 32 of the arc extinguishing chamber 14.
- the lateral flanges 66, 68 are staggered along the axial direction of the sheath 52, extending perpendicularly to the arc horn 32.
- a portion of the junction between the horn 32 and the flange 68 carries a protruding rim 70, to which the fixed contact 16 can be fixed by welding.
- the fixed core 54 is secured to the flange 68 located on the side of the rim 70, while the movable core 48 moves in translation to the right of the opposite flange 66.
- One end 72 of the coil 50 is welded to the flange 68 in electrical connection with the fixed contact 16.
- the other end 74 of the coil 50 is electrically connected to a terminal (not shown) of the housing 12, located at the opposite of that associated with the conductor 44 for connecting the thermal release 28.
- the second upper part 64 of the cylinder head 60 comprises a U-shaped sheet having a plate 76 extending parallel to the arc horn 32 with the interposition of the coil 50.
- the plate 76 is extended by two transverse wings 78.80 plated respectively against the opposite internal walls of the housing 12, and abutting at their ends with the opposite longitudinal faces of the arcing horn 32.
- the width of the wings 78.80 and of the plate 76 of the second part 84 corresponds to l 'axial gap separating the two flanges 66,68 of the first part 62.
- the addition of the second part 64 on the first part 62 complementary makes it possible to obtain a ferromagnetic cylinder head 60 closed on each side, allowing total shielding of the electromagnetic trip device 24.
- the presence of the second part 64 in the yoke 60 allows an increase in the return section of the magnetic circuit, resulting in a decrease in the return reluctance of the magnetic flux. This results in a delay in the saturation point of the magnetic circuit of the trigger 24 when a short-circuit current appears in the pole.
- the entire magnetic field thus remains channeled in the iron of the magnetic circuit until the arc is blown towards the extinguishing chamber 14 by the action of the return gases.
- the absence of a leakage magnetic field outside the electromagnetic trip device 24 prevents any deviation of the arc blowing direction, in particular towards the compartment of the mechanism. On multi-pole devices, any ignition between adjacent poles is thus excluded.
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Description
- L'invention est relative à un déclencheur électromagnétique, notamment pour un disjoncteur électrique miniature à bas calibres, ayant un électro-aimant à percuteur comportant:
- une bobine d'excitation agencée coaxialement sur un fourreau isolant tubulaire, à l'intérieur duquel est monté à coulissement un noyau ferromagnétique mobile coopérant avec un noyau ferromagnétique fixe avec interposition d'un entrefer,
- une tige de déclenchement ayant une extrémité solidarisée au noyau mobile, et une extrémité opposée équipée dudit percuteur,
- et une culasse de retour du flux magnétique, comprenant une première pièce ferromagnétique servant de moyen de support à l'ensemble bobine et noyaux, la base de la première pièce étant conformée en une corne de guidage d'arc, associée à la chambre d'extinction d'arc adjacente.
- Un disjoncteur miniature de bas calibres,par exemple inférieurs à 3A, comporte un déclencheur thermique à bilame associée à un chauffeur, et un déclencheur électromagnétique à bobine comprenant plusieurs dizaines de spires. En cas d'apparition d'un courant de court-circuit, le disjoncteur se comporte comme un appareil limiteur, grâce à l'impédance du pôle due à la présence du chauffeur et de la bobine. Cette impédance peut atteindre quelques ohms, qui assure une limitation du courant de court-circuit à une valeur approximative de 100A. Cet effet de limitation du courant s'effectue au détriment du soufflage de l'arc initial vers la chambre d'extinction d'arc. Il en résulte une stagnation de l'arc sur les contacts. D'autre part, le nombre élevé d'ampère-tours de la bobine risque de provoquer une saturation magnétique de l'électro-aimant, malgré la présence de la première pièce ferromagnétique de la culasse.
- Un champ magnétique de fuite important est crée autour du déclencheur électromagnétique, ce qui provoque un soufflage de l'arc vers une direction différente de celle de propagation vers la chambre d'extinction d'arc. L'arc initial est alors entraîné vers le compartiment de logement du mécanisme. Sur des disjoncteurs multipolaires, le risqua d'amorçages entre pôles peut compromettre les performances de coupure.
- Les déclencheurs électromagnétiques décrits dans les documents DE-A-2.138.381 et FR-A-2.592.738, comportent chacun une culasse en deux parties, mais n'entourent que partiellement la bobine. L'effet de blindage magnétique n'est pas parfait, et il subsiste le risque d'un champ magnétique de fuite en présence d'un court-circuit dans un disjoncteur à bas calibres.
- L'objet de l'invention consiste à améliorer la structure d'un déclencheur électromagnétique pour permettre le fonctionnement correct d'un disjoncteur à bas calibres.
- Le déclencheur selon l'invention est caractérisé en ce que la culasse comporte une deuxième pièce ferromagnétique fixée sur la première pièce de forme conjuguée pour former un organe de blindage total, fermé de chaque côté, et agencé autour de l'ensemble bobine et noyaux pour retarder la saturation magnétique dudit électro-aimant en cas de détection d'un courant de court-circuit par le déclencheur électromagnétique, que la base de la première pièce ferromagnétique comporte deux flasques latéraux et parallèles, échelonnés le long de la direction axiale de la bobine en s'étendant perpendiculairement aux parois du boîtier, et que la deuxième pièce ferromagnétique est formée par une tôle pliée en U ayant une plaque parallèle à la corne d'arc de la première pièce, et deux ailes transversales plaquées contre les parois internes opposées du boîtier, l'assemblage des deux pièces de la culasse formant un parallélépipède droit enveloppant ladite bobine.
- L'adjonction sur la culasse de la deuxième pièce ferromagnétique provoque une diminution de la réluctance de retour du flux magnétique, entraînant un décalage du point de saturation magnétique. Les lignes de champ magnétique restent entièrement canalisées dans le fer du circuit magnétique, ce qui supprime tout champ magnétique de fuite à l'extérieur du déclencheur.
- Cet état magnétique non saturé de l'électro-aimant subsiste lors de la propagation normale de l'arc vers la chambre de coupure, dans laquelle s'opère l'extinction de l'arc par l'effet de désionisation des séparateurs.
- D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en élévation partiellement arrachée d'un disjoncteur, équipé d'un déclencheur selon l'invention;
- la figure 2 montre une vue éclatée en perspective du déclencheur électromagnétique;
- la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1.
- Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur 10 électrique miniature pour bas calibres, notamment inférieurs à quelques ampères, comporte un boîtier 12 isolant moulé renfermant une chambre 14 d'extinction d'arc, un contact fixe 16, un contact mobile 18 porté par un bras de contact 20 actionné par un mécanisme 22 de commande, un déclencheur électromagnétique 24 à percuteur 26 sensible à des courants de court-circuit, un déclencheur thermique 28 sensible à des courants de surcharge, et une manette 30 de commande manuelle.
- Le mécanisme 22 de commande est décrit en détail dans le brevet français FR-2.616.583 de la demanderesse, mais il est entendu que tout autre type de mécanisme peut être utilisé.Le mécanisme 22 est piloté manuellememt par la manette 30, et automatiquement par les deux déclencheurs 28,24.
- La chambre 14 d'extinction d'arc est formée par un empilage de séparateurs métalliques de désionisation encadré dans le sens de la hauteur sur la figure 1, par une corne d'arc supérieure 32 et une corne d'arc inférieure 34.
- La partie antérieure de la corne d'arc inférieure 34 est agencée selon une boucle 36 dont l'extrémité 38 à l'opposé de la chambre 14, sert d'organe de support au pied 41 de la bilame 40 du déclencheur thermique 28. Un élément chauffeur 42 est enroulé autour de la bilame 40 pour permettre la détection de courants de surcharge de faibles intensités, par exemple inférieures ou égales à 2 Ampères. Le pied 41 de le bilame 40 est relié électriquement à l'une des bornes (non représentée) par un conducteur 44, et l'extrémité opposée du chauffeur 42 est connectée électriquement au bras de contact 20 par une tresse 46 souple.
- Le déclencheur électromagnétique 24 occupe toute la largeur du boîtier 12 au-dessus de la chambre 14, et comporte un électro-aimant à noyau mobile 48 et à seuil de déclenchement réglable, tel que décrit à titre d'exemple dans le document EP-A-378.030 de la demanderesse.Une bobine 50 d'excitation de forme cylindrique est montée coaxialement sur un fourreau 52 isolant tubulaire, à l'intérieur duquel se déplace à translation le noyau mobile 48 coopérant avec un noyau fixe 54. Une tige de déclenchement 56 traverse un alésage 58 axial de noyau fixe 54, et est accouplé, par exemple par encliquetage, à un téton 57 du noyau mobile 48. L'extrémité de la tige 56 située à l'opposé du téton 57 est conformée en percuteur 26 destiné à coopérer avec le levier de déclenchement du mécanisme 22 pour assurer le déverrouillage de l'accrochage, et l'ouverture automatique des contacts 16,18 du pôle. Les deux noyaux 48,54 sont réalisés en matériau ferromagnétique, notamment de l'acier.
- L'ensemble bobine 50 d'excitation et noyaux 48,54 est positionné à l'intérieur d'une culasse 60 en matériau ferromagnétique, assurant un blindage total du déclencheur électromagnétique 24.
- La culasse 60 est constituée par l'assemblage de deux pièces 62,64 conjuguées en forme de U. La première pièce inférieure 62 sert de support à l'ensemble bobine 50 et noyaux 48,54, et comporte deux flasques 66,68 latéraux et parallèles, solidarisés à une base confondue avec la corne d'arc supérieure 32 de la chambre d'extinction d'arc 14. Les flasques 66,68 latéraux sont échelonnés le long de la direction axiale du fourreau 52, en s'étendant perpendiculairement à la corne d'arc 32. Une portion de la jonction entre la corne 32 et le flasque 68 porte un rebord 70 saillant, auquel peut être fixé par soudage le contact fixe 16. Le noyau fixe 54 est solidarisé au flasque 68 situé du côté du rebord 70, tandis que le noyau mobile 48 se déplace à translation au droit du flasque 66 opposé. L'une des extrémités 72 de la bobine 50, est soudée au flasque 68 en liaison électrique avec le contact fixe 16. L'autre extrémité 74 de la bobine 50 est connectée électriquement à une borne (non représentée) du boîtier 12, située à l'opposé de celle associée au conducteur 44 de branchement du déclencheur thermique 28.
- La deuxième pièce 64 supérieure de la culasse 60 comporte une tôle pliée en U ayant une plaque 76 s'étendant parallèlement à la corne d'arc 32 avec interposition de la bobine 50. La plaque 76 est prolongée par deux ailes 78,80 transversales plaquées respectivement contre les parois internes opposées du boîtier 12, et venant en aboutement par leurs extrémités avec les faces longitudinales opposées de la corne d'arc 32. La largeur des ailes 78,80 et de la plaque 76 de la deuxième pièce 84 correspond à l'intervalle axial séparant les deux flasques 66,68 de la première pièce 62.
- L'adjonction de la deuxième pièce 64 sur le première pièce 62 complémentaire permet d'obtenir une culasse 60 ferromagnétique fermée de chaque côté, autorisant un blindage total du déclencheur électromagnétique 24.
- La présence de la deuxième pièce 64 dans la culasse 60 permet une augmentation de la section de retour du circuit magnétique, entraînant une diminution de la réluctance de retour du flux magnétique. Il en découle un retard du point de saturation du circuit magnétique du déclencheur 24 lors de l'apparition d'un courant de court-circuit dans le pôle. Tout le champ magnétique reste ainsi canalisé dans le fer du circuit magnétique jusqu'au soufflage de l'arc vers la chambre d'extinction 14 par l'action des gaz de retour. L'absence de champ magnétique de fuite à l'extérieur du déclencheur électromagnétique 24 évite toute déviation du sens de soufflage de l'arc, notamment vers le compartiment du mécanisme. Sur des appareils multipolaires, tout amorçage entre pôles accolés est ainsi exclu.
- Il est évident que la forme et la constitution de la culasse 60 de blindage peuvent être modifiées sans sortir du cadre de l'invention telle que revendiquée.
Claims (3)
- Déclencheur électromagnétique (24), notamment pour un disjoncteur (10) électrique miniature à bas calibres, ayant un électro-aimant à percuteur (26) comportant:- une bobine (50) d'excitation agencée coaxialement sur un fourreau (52) isolant tubulaire, à l'intérieur duquel est monté à coulissement un noyau ferromagnétique mobile (48) coopérant avec un noyau ferromagnétique fixe (54) avec interposition d'un entrefer,- une tige de déclenchement (56) ayant une extrémité solidarisée au noyau mobile (48), et une extrémité opposée équipée dudit percuteur (26),- et une culasse (60) de retour du flux magnétique, comprenant une première pièce (62) ferromagnétique servant de moyen de support à l'ensemble bobine (50) et noyaux(48,54), la base de la première pièce (62) étant conformée en une corne (32) de guidage d'arc, associée à la chambre d'extinction d'arc (14) adjacente,caractérisé en ce que la culasse (60) comporte une deuxième pièce (64) ferromagnétique fixée sur la première pièce (62) de forme conjuguée pour former un organe de blindage total, fermé de chaque côté,et agencé autour de l'ensemble bobine (50) et noyaux (48,54) pour retarder la saturation magnétique dudit électro-aimant en cas de détection d'un courant de court-circuit par le déclencheur électromagnétique (24); que la base de la première pièce (62) ferromagnétique comporte deux flasques (66,68) latéraux et parallèles, échelonnés le long de la direction axiale de la bobine (50) en s'étendant perpendiculairement aux parois du boîtier (12), et que la deuxième pièce (64) ferromagnétique est formée par une tôle pliée en U ayant une plaque (76) parallèle à la corne d'arc (32) de la première pièce (32), et deux ailes (78,80) transversales plaquées contre les parois internes opposées du boîtier (12), l'assemblage des deux pièces (62,64) de la culasse (60) formant un parallélépipède droit enveloppant ladite bobine (50).
- Déclencheur électromagnétique selon la revendication 1,caractérisé en ce que la largeur des ailes (78,80) et de la plaque (76) de la deuxième pièce (64) correspond à l'intervalle axial séparant les deux flasques (66,68) de la première pièce (62).
- Déclencheur électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bobine (50) est connectée électriquement en série avec un déclencheur thermique (28) à bilame (40) entourée par un chauffeur (42).
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