EP0841675A1 - Déclencheur électromagnétique réglable et disjoncteur comportant un tel déclencheur - Google Patents

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EP0841675A1
EP0841675A1 EP97410125A EP97410125A EP0841675A1 EP 0841675 A1 EP0841675 A1 EP 0841675A1 EP 97410125 A EP97410125 A EP 97410125A EP 97410125 A EP97410125 A EP 97410125A EP 0841675 A1 EP0841675 A1 EP 0841675A1
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EP
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magnetic
air gap
circuit
magnetic circuit
trip device
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Marc Serpinet
Laurent Previeux
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Schneider Electric Industries SAS
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Schneider Electric SE
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/74—Means for adjusting the conditions under which the device will function to provide protection
    • H01H71/7463—Adjusting only the electromagnetic mechanism

Definitions

  • Electromagnetic trip devices comprise, in a known manner, a fixed magnetic circuit and a movable magnetic member arranged at a predetermined air gap distance from said fixed magnetic circuit.
  • the magnetic circuit and the movable member are associated with an electrical conductor of a network to be protected traversed by a current.
  • the electric current flowing in the conductor generates a magnetic flux in the magnetic circuit and in the moving part. If the current exceeds a predetermined value, a magnetic field attracts the movable member to the magnetic circuit.
  • the predetermined current value depends on the initial gap distance between the movable member and the magnetic circuit and on the tension of the return spring.
  • the trip unit actuates the opening of contacts when the movable member is attracted.
  • the circuit breakers include adjustment members connected to a trigger adjustment device.
  • adjustment devices act on the air gap distance between the movable member and the magnetic circuit, or on the force of a return spring of the movable member.
  • the object of the invention is an electromagnetic trip device comprising a precise adjustment device and which can be easily adaptable.
  • the adjustment means comprise a magnetic shunt with an air gap disposed between a first and a second fixed part, the adjustment of the current threshold varying the air gap distance of said magnetic shunt.
  • the magnetic shunt is arranged in bypass, between the first and the second fixed parts, relative to the movable member.
  • the movable magnetic member is a pallet arranged opposite the fixed parts of the magnetic circuit.
  • the movable magnetic member is a core sliding with respect to the first fixed part of the magnetic circuit, said core having a gap of great distance relative to the second fixed part of the magnetic circuit when it is in a first open position and a small or zero air gap with respect to said second fixed part when it is in a second closed position.
  • the magnetic circuit has distributed air gaps.
  • a circuit breaker according to the invention comprises main contacts, an opening mechanism associated with the main contacts, adjusting members, and at least one trip device associated with at least one main conductor, the adjusting members being connected to the adjusting means of said trigger, and the movable magnetic member being connected to the opening mechanism.
  • a circuit breaker according to the invention comprises a processing unit, a trip relay connected to the opening mechanism, at least one sensor connected to the processing unit providing a value representative of a current in the main circuit and second adjustment means connected to the processing unit.
  • the senor is a sensor sensitive to a magnetic quantity placed in an air gap of the magnetic circuit.
  • the known type circuit breaker shown in the diagram in Figure 1 has contacts 1 controlled by an opening and closing mechanism 2.
  • the contacts 1, connected to conductors 3 supplying a network 4 to be protected are used in particular to interrupt a current I in said conductors when an electrical fault appears.
  • the electrical faults due to short circuits are detected by electromagnetic trip devices 5 associated with the conductors 3.
  • the trip devices 5 have a movable member 6 connected by a mechanical link 7 to the opening mechanism 2.
  • the circuit breaker comprises an adjustment member 8 for adjusting the threshold of tripping for a predetermined current value IS.
  • the regulating member can act directly on the trigger or on the mechanical link 7.
  • FIG. 2 shows an electromagnetic trip device 5 comprising a fixed magnetic circuit 9 and a movable member 6 held in an open position by a return spring 10.
  • the magnetic circuit 9 has a first and a second fixed part 9a and 9b respectively.
  • the mobile member 6 is in the form of a pallet articulated around an axis 11.
  • An air gap 12 is located between the second fixed part 9b of the magnetic circuit and the mobile member 6. The distance from the air gap 12 is maximum when the pallet 6 is in the open position.
  • the adjusting member 8 presses on the pallet 6 to adjust the maximum distance of the air gap and determine the triggering threshold.
  • this adjustment mode is not very precise over a large operating range.
  • a trigger according to a first embodiment of the invention, shown in Figure 3, allows more precise threshold adjustment.
  • the release includes a variable shunt and air gap adjustment device.
  • the shunt is arranged in derivation with respect to the movable member between the first and the second fixed parts 9a and 9b.
  • a shunt 13 slides in contact with the first fixed part 9a and forms with respect to the second fixed part 9b an adjustable air gap 14.
  • the regulating member 8 acts on the shunt 13 to vary the air gap 14.
  • the magnetic flux generated by the current of the conductor 3 passes through the magnetic circuit and mainly by the movable member through the air gap 12.
  • a small part of the flux being deflected by the shunt 13 and the air gap 14, the current threshold IS is minimum.
  • the threshold depends on the air gap distance 12. Said maximum distance in the open position of the movable member is limited by a stop 15 and the return spring 10.
  • the value of the triggering threshold current IS must be higher if the air gap derives a greater proportion of magnetic flux.
  • Figure 4 shows a trigger according to a preferred embodiment of the invention.
  • the movable member is a sliding core 16.
  • the core 16 slides with respect to the first fixed part 9a of the magnetic circuit and forms with respect to the second fixed part 9b an air gap 12.
  • a stop 17 retains the core in an open position at a predetermined maximum air gap distance 12 when 'a spring 18 pushes said core towards the first fixed part 9a.
  • the magnetic flux generated in the magnetic circuit is distributed between the sliding core 16 and the shunt 13 arranged in parallel. If the air gap 14 decreases following an action on the adjustment member, the triggering threshold increases since a smaller proportion of the magnetic flux passes through the core 16.
  • This adjustment mode consisting in varying the trigger threshold by modifying the proportion of derivative magnetic flux with respect to the movable member, allows great ease of adjustment even for very large deviations from the current threshold.
  • This arrangement also allows an easy change of the operating caliber.
  • the fixed magnetic circuit may include one or more air gaps distributed to reduce the flux.
  • the movable member and its air gap, the shunt and its the air gap and the adjusting member may remain identical depending on the rating of the trip device. Only the fixed part of the magnetic circuit can include air gaps to change the size.
  • a trip device comprising distributed air gaps is shown in the diagram of a circuit breaker in FIG. 5.
  • the magnetic circuit 9 comprises two additional air gaps 19a and 19b to increase the size of the circuit breaker.
  • the movable member is shown, in its second closed position, attracted towards the fixed part 9b to actuate the opening mechanism 2.
  • the circuit breaker of FIG. 5 comprises an electromagnetic trip device 5 according to an embodiment of the invention, a processing unit 19, a relay 20 and a sensor 21 connected to the processing unit.
  • the processing unit used in conjunction with the electromagnetic trip unit, allows other types of network protection, for example thermal or earth fault protection,
  • the sensor 21 provides the processing unit with a signal representative of the current flowing in the conductor 3.
  • This sensor disposed in an air gap 18a of the magnetic circuit is preferably a sensor sensitive to a magnetic quantity, for example, Hall effect or magnetoresistance.
  • the processing unit receives signals from the sensor and provides a triggering order to relay 20 if thresholds are exceeded for predetermined durations.
  • the thresholds of the processing unit are provided by second adjustment means 22.
  • the relay 20 actuates the mechanism 2 for opening the contacts when it receives a trip order from the unit 12.
  • electromagnetic trip devices comprising shunt adjustment devices can be used in conjunction with thermal trip devices.
  • the shunt adjustment devices for trip devices according to the invention can have very diverse shapes, for example, they can partially coat the movable member in the form of a sliding core.
  • the conductor 3 is represented by a bar. However, it is possible for low current triggers to have a conductor 3 forming several turns wound on the magnetic circuit or on the whole of the adjustment device and of the movable member.
  • the movable member is a sliding core or an articulated pallet. But it is also possible to use other forms of movable members.

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Abstract

Le déclencheur comporte un circuit magnétique (9) ayant une première et une seconde parties fixes (9a, 9b), un organe mobile (16) et un dispositif de réglage. Le dispositif de réglage comporte un shunt (13) et un entrefer (14) disposés entre la première et la seconde parties fixes en dérivation par rapport à l'organe mobile (16). Le seuil de déclenchement du déclencheur est modifié en faisant varier la distance d'entrefer (14) entre le shunt et la seconde partie fixe.
Dans un disjoncteur, l'organe mobile (16) agit sur un mécanisme d'ouverture et un organe de réglage (8) agit sur le dispositif de réglage en faisant varier la distance d'entrefer. Un capteur (21) associé au circuit magnétique fournit un signal de mesure à une unité de traitement (22).

Description

  • L'invention concerne un déclencheur électromagnétique réglable comportant :
    • un circuit magnétique fixe destiné à être associé à un conducteur électrique,
    • un organe magnétique mobile maintenu par rapport au circuit magnétique à une distance maximale d'entrefer prédéfinie,
    • des moyens de réglage pour faire varier un seuil de courant du conducteur pour lequel l'organe mobile passe d'une première position de fonctionnement ouverte à une seconde position de déclenchement fermée.
  • Des déclencheurs électromagnétiques comportent de manière connue un circuit magnétique fixe et un organe magnétique mobile disposés à une distance d'entrefer prédéterminée par rapport audit circuit magnétique fixe. Le circuit magnétique et l'organe mobile sont associés à un conducteur électrique d'un réseau à protéger parcouru par un courant. Le courant électrique circulant dans le conducteur génère dans le circuit magnétique et dans l'organe mobile un flux magnétique. Si le courant dépasse une valeur prédéterminée, un champ magnétique attire l'organe mobile vers le circuit magnétique. La valeur de courant prédéterminée dépend de la distance d'entrefer initiale entre l'organe mobile et le circuit magnétique et de la tension du ressort de rappel.
  • Dans un disjoncteur, le déclencheur actionne l'ouverture de contacts lorsque l'organe mobile est attiré. Pour régler le seuil de la valeur de courant prédéterminée, les disjoncteurs comportent des organes de réglage reliés à un dispositif de réglage du déclencheur.
  • De manière connue, des dispositifs de réglages agissent sur la distance d'entrefer entre l'organe mobile et le circuit magnétique, ou sur la force d'un ressort de rappel de l'organe mobile.
  • Cependant, ces dispositifs de réglage ne sont pas très précis et ne permettent pas un réglage sensiblement linéaire sur une grande étendue de seuil de déclenchement.
  • De plus, ces dispositifs ne peuvent pas avoir de formes facilement adaptables à différents calibres du disjoncteur, ni être facilement associés à des capteurs pour d'autres fonctions de protection.
  • L'invention a pour but un déclencheur électromagnétique comportant un dispositif de réglage précis et pouvant être facilement adaptable.
  • Dans un déclencheur selon l'invention, les moyens de réglage comportent un shunt magnétique à entrefer disposé entre une première et une seconde parties fixes, le réglage du seuil de courant faisant varier la distance d'entrefer dudit shunt magnétique.
  • De préférence, le shunt magnétique est disposé en dérivation, entre la première et la seconde parties fixes, par rapport à l'organe mobile.
  • Selon un mode particulier de réalisation, l'organe magnétique mobile est une palette disposée en face des parties fixes du circuit magnétique.
  • Selon un mode préférentiel de réalisation, l'organe magnétique mobile est un noyau coulissant par rapport à la première partie fixe du circuit magnétique, ledit noyau ayant un entrefer de distance élevée par rapport à la seconde partie fixe du circuit magnétique lorsqu'il est dans une première position ouverte et un entrefer faible ou nul par rapport à ladite seconde partie fixe lorsqu'il est dans une seconde position fermée.
  • Pour de forts courants du conducteur électrique, le circuit magnétique comporte des entrefers répartis.
  • Un disjoncteur selon l'invention comporte des contacts principaux, un mécanisme d'ouverture associé aux contacts principaux, des organes de réglage, et au moins un déclencheur associé à au moins un conducteur principal, les organes de réglage étant reliés aux moyens de réglage dudit déclencheur, et l'organe magnétique mobile étant relié au mécanisme d'ouverture.
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, un disjoncteur selon l'invention comporte une unité de traitement, un relais de déclenchement relié au mécanisme d'ouverture, au moins un capteur connecté à l'unité de traitement fournissant une valeur représentative d'un courant dans le circuit principal et des seconds moyens de réglage connectés à l'unité de traitement.
  • De préférence, le capteur est un capteur sensible à une grandeur magnétique disposé dans un entrefer du circuit magnétique.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
    • La figure 1 représente le schéma d'un disjoncteur de type connu,
    • La figure 2 représente le schéma d'un déclencheur électromagnétique de type connu,
    • La figure 3 représente le schéma d'un déclencheur électromagnétique selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • La figure 4 représente le schéma d'un déclencheur électromagnétique selon un second mode de réalisation de l'invention,
    • La figure 5 représente le schéma d'un disjoncteur comportant un déclencheur électromagnétique selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
  • Le disjoncteur de type connu représenté sur le schéma de la figure 1 comporte des contacts 1 commandés par un mécanisme 2 d'ouverture et de fermeture. Les contacts 1, connectés à des conducteurs 3 alimentant un réseau 4 à protéger sont utilisés notamment pour interrompre un courant I dans lesdits conducteurs lorsqu'un défaut électrique apparaît.
  • Dans le disjoncteur de la figure 1, les défauts électriques dûs à des courts-circuits sont détectés par des déclencheurs électromagnétiques 5 associés aux conducteurs 3. Les déclencheurs 5 ont un organe mobile 6 relié par une liaison mécanique 7 au mécanisme 2 d'ouverture. Le disjoncteur comporte un organe de réglage 8 pour ajuster le seuil de déclenchement pour une valeur prédéterminée IS de courant. L'organe de réglage peut agir directement sur le déclencheur ou sur la liaison mécanique 7.
  • Si un courant I du disjoncteur dépasse la valeur de seuil IS, l'organe mobile du déclencheur concerné est activé et la liaison mécanique 7 agit sur le mécanisme d'ouverture 2 pour provoquer l'ouverture des contacts 1.
  • La figure 2 montre un déclencheur électromagnétique 5 comportant un circuit magnétique 9 fixe et un organe mobile 6 maintenu dans une position ouverte par un ressort de rappel 10. Le circuit magnétique 9 a une première et une seconde partie fixes respectivement 9a et 9b. L'organe mobile 6 est en forme de palette articulée autour d'un axe 11. Un entrefer 12 est situé entre la seconde partie fixe 9b du circuit magnétique et l'organe mobile 6. La distance de l'entrefer 12 est maximale lorsque la palette 6 est en position ouverte. L'organe de réglage 8 appuie sur la palette 6 pour régler la distance maximale de l'entrefer et déterminer le seuil de déclenchement. Cependant, ce mode de réglage n'est pas très précis sur une grande étendue de fonctionnement.
  • Un déclencheur selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, permet un réglage de seuil plus précis. Le déclencheur comporte un dispositif de réglage à shunt et entrefer variable. Le shunt est disposé en dérivation par rapport à l'organe mobile entre la première et la seconde parties fixes 9a et 9b.
  • Dans le déclencheur de la figure 3, un shunt 13 coulisse en contact avec la première partie fixe 9a et forme par rapport à la seconde partie fixe 9b un entrefer 14 réglable. L'organe de réglage 8 agit sur le shunt 13 pour faire varier l'entrefer 14.
  • Si l'entrefer 14 a une distance élevée, le flux magnétique généré par le courant du conducteur 3 passe par le circuit magnétique et principalement par l'organe mobile à travers l'entrefer 12. Une faible partie du flux étant déviée par le shunt 13 et l'entrefer 14, le seuil de courant IS est minimum. Le seuil dépend de la distance d'entrefer 12. Ladite distance maximale dans la position ouverte de l'organe mobile est limitée par une butée 15 et le ressort de rappel 10.
  • Lorsque l'organe de réglage 8 positionne le shunt 13 à une distance d'entrefer 14 faible, une grande partie du flux magnétique généré dans le circuit 9 fixe est déviée par ledit shunt. Le flux magnétique passant par l'organe mobile est réduit. Cette réduction, de la proportion de flux magnétique passant par l'organe mobile 6 par rapport au flux du circuit magnétique 9 ou du shunt 13, a pour effet de relever le seuil de déclenchement du déclencheur.
  • Puisque l'organe mobile est attiré vers le circuit magnétique pour une valeur prédéterminée de champ magnétique de l'entrefer 12, la valeur du courant de seuil IS de déclenchement doit être plus élevée si l'entrefer dérive une proportion plus importante de flux magnétique.
  • Un tel réglage qui n'a pas d'effet mécanique direct sur l'organe mobile permet une grande précision de déclenchement sur une gamme étendue de réglage.
  • La figure 4 montre un déclencheur selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Dans ce cas, l'organe mobile est un noyau 16 coulissant. Le noyau 16 coulisse par rapport à la première partie fixe 9a du circuit magnétique et forme par rapport à la seconde partie fixe 9b un entrefer 12. Une butée 17 retient le noyau dans une position ouverte à une distance d'entrefer 12 maximale prédéterminée, lorsqu'un ressort 18 repousse ledit noyau vers la première partie fixe 9a.
  • Le flux magnétique généré dans le circuit magnétique est réparti entre le noyau coulissant 16 et le shunt 13 disposés en parallèle. Si l'entrefer 14 diminue à la suite d'une action sur l'organe de réglage, le seuil de déclenchement augmente puisqu'une proportion moins importante du flux magnétique passe par le noyau 16.
  • Ce mode de réglage, consistant à faire varier le seuil de déclenchement en modifiant la proportion de flux magnétique dérivé par rapport à l'organe mobile, permet une grande facilité de réglage même pour des écarts très importants de seuil de courant. Cette disposition permet aussi un changement facile du calibre de fonctionnement. Par exemple, pour de forts courants, le circuit magnétique fixe peut comporter un ou plusieurs entrefers répartis pour diminuer le flux. Ainsi, l'organe mobile et son entrefer, le shunt et son entrefer et l'organe de réglage peuvent rester identiques selon le calibre du déclencheur. Seule la partie fixe du circuit magnétique peut comporter des entrefers pour changer de calibre.
  • Un déclencheur comportant des entrefers répartis est représenté sur le schéma d'un disjoncteur de la figure 5. Sur ce schéma, le circuit magnétique 9 comporte deux entrefers 19a et 19b supplémentaires pour augmenter le calibre du disjoncteur. L'organe mobile est représenté, dans sa seconde position fermée, attiré vers la partie fixe 9b pour actionner le mécanisme 2 d'ouverture.
  • Puisque les entrefers 18a et 18b diminuent le flux magnétique, il faut un courant I plus élevé pour atteindre le niveau de flux permettant un déclenchement. Le seuil de courant IS est par conséquent plus élevé sans que l'organe et le shunt changent de dimensions ou d'entrefers.
  • Le disjoncteur de la figure 5 comporte un déclencheur électromagnétique 5 selon un mode de réalisation de l'invention, une unité de traitement 19, un relais 20 et un capteur 21 connectés à l'unité de traitement. L'unité de traitement, utilisée conjointement avec le déclencheur électromagnétique, permet d'autres types de protection du réseau, par exemple des protections thermiques ou de défaut terre,
  • Le capteur 21 fournit à l'unité de traitement un signal représentatif du courant circulant dans le conducteur 3. Ce capteur disposé dans un entrefer 18a du circuit magnétique est, de préférence, un capteur sensible à une grandeur magnétique, par exemple, à effet Hall ou magnétorésistance.
  • L'unité de traitement reçoit des signaux du capteur et fournit un ordre de déclenchement au relais 20 si des seuils sont dépassés pendant des durées prédéterminées. Les seuils de l'unité de traitement sont fournis par des seconds moyens de réglage 22. Le relais 20 actionne le mécanisme 2 d'ouverture des contacts lorsqu'il reçoit un ordre de déclenchement venant de l'unité 12.
  • Dans d'autres disjoncteurs selon l'invention, des déclencheurs électromagnétiques comportant des dispositifs de réglage à shunt peuvent être utilisés conjointement avec des déclencheurs thermiques.
  • Les dispositifs de réglage à shunt pour des déclencheurs selon l'invention peuvent avoir des formes très diverses, par exemple, ils peuvent enrober en partie l'organe mobile en forme de noyau coulissant.
  • Dans les figures, le conducteur 3 est représenté par une barre. Cependant, il est possible pour des déclencheurs à faible courant d'avoir un conducteur 3 formant plusieurs spires enroulées sur le circuit magnétique ou sur l'ensemble du dispositif de réglage et de l'organe mobile.
  • Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, l'organe mobile est un noyau coulissant ou une palette articulée. Mais il est également possible d'utiliser d'autres formes d'organes mobiles.

Claims (6)

  1. Déclencheur électromagnétique réglable comportant :
    - un circuit magnétique (9) fixe destiné à être associé à un conducteur électrique (3),
    - un organe magnétique (6, 16) mobile maintenu par rapport au circuit magnétique (3) à une distance maximale d'entrefer (12) prédéfinie,
    - des moyens de réglage pour faire varier un seuil (Is) de courant du conducteur (3) pour lequel l'organe (6, 16) mobile passe d'une première position de fonctionnement ouverte à une seconde position de déclenchement fermée,
    lesdits moyens de réglage comportant un shunt (13) magnétique à entrefer (14) disposé entre une première et une seconde parties fixes (9a, 9b), le réglage du seuil (Is) de courant faisant varier la distance d'entrefer (14) dudit shunt (13) magnétique,
    déclencheur caractérisé en ce que l'organe magnétique mobile est un noyau (13) coulissant par rapport à la première partie fixe (9a) du circuit magnétique, ledit noyau ayant un entrefer (13) de distance élevée par rapport à la seconde partie fixe (9b) du circuit magnétique lorsqu'il est dans une première position ouverte et un entrefer faible ou nul par rapport à ladite seconde partie fixe lorsqu'il est dans une seconde position fermée.
  2. Déclencheur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le shunt magnétique est disposé en dérivation, entre la première et la seconde parties fixes (9a, 9b), par rapport à l'organe mobile (6, 16).
  3. Déclencheur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le circuit magnétique (9, 9a, 9b) comporte des entrefers (18a, 18b) répartis.
  4. Disjoncteur comportant des contacts (1) principaux, un mécanisme (2) d'ouverture associé aux contacts principaux et des organes (8) de réglage, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un déclencheur selon les revendications 1 à 3 associé à au moins un conducteur principal, les organes (8) de réglage étant reliés aux moyens de réglage (13, 14) dudit déclencheur, et l'organe magnétique (6, 16) mobile étant relié au mécanisme d'ouverture.
  5. Disjoncteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement (20), un relais (20) de déclenchement relié au mécanisme (2) d'ouverture, au moins un capteur (21) connecté à l'unité de traitement fournissant une valeur représentative d'un courant dans le circuit principal et des seconds moyens de réglage (22) connectés à l'unité de traitement.
  6. Disjoncteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le capteur (21) est un capteur sensible à une grandeur magnétique disposé dans un entrefer (18a) du circuit magnétique.
EP97410125A 1996-11-07 1997-10-27 Déclencheur électromagnétique réglable et disjoncteur comportant un tel déclencheur Expired - Lifetime EP0841675B1 (fr)

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