EP1134767A1 - Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif Download PDF

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EP1134767A1
EP1134767A1 EP01410015A EP01410015A EP1134767A1 EP 1134767 A1 EP1134767 A1 EP 1134767A1 EP 01410015 A EP01410015 A EP 01410015A EP 01410015 A EP01410015 A EP 01410015A EP 1134767 A1 EP1134767 A1 EP 1134767A1
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magnetic
coil
horn
core
rod
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Jacques Bally Berard
Yannick Gustin
Eric Panaye
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Schneider Electric Industries SAS
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic trip device in particular for a circuit breaker and an electrical protection device comprising such a device.
  • Low voltage circuit breakers generally include, in a manner known per se, magnetic trigger means capable of causing a triggering of the mechanism of the circuit breaker during a sudden rise in current following, for example, a short circuit, and thermal trigger means adapted to cause a trigger of the circuit breaker mechanism in the event of an overload causing a slow rise in current.
  • these magnetic trip means include an induction coil mounted around a striker rod associated with a movable core, the assembly being slidably mounted inside a sheath, the rod sliding inside a fixed core fixed inside the sheath. The rod is supported by one of its ends on the core mobile.
  • a spring mounted around the rod is interposed between the two cores and is suitable for recall the two cores in a separate position, in the release position of the trigger.
  • This device also comprises a carcass mounted around the assembly constituted by the cores and the striker, and electrically connected to the fixed contact of the device, said carcass being able to channel the magnetic field generated by the coil.
  • a magnetic field is generated by the coil.
  • the mobile core moves in direction of the fixed core against the force of the spring and drives its movement the rod, which causes the striker formed at the end of the rod to unlock the circuit breaker mechanism and contact opening.
  • this type of magnetic trigger is particularly bulky, taking into account a on the one hand, the presence of the carcass and, on the other hand, the large number of parts put in artwork. It follows from this large number of parts that the number of constraints of positioning is relatively high.
  • the magnetic threshold is dependent on the value of the air gap between the two fixed and mobile cores and the value of this air gap must therefore be set precisely.
  • the present invention overcomes these drawbacks and proposes a triggering device. magnetic design simple, compact, and whose operation has been made more reliable, as well as an electrical protection device such as a circuit breaker comprising such a device.
  • the present invention relates to a magnetic trip device, in particular for an electrical protection device such as a circuit breaker, capable of driving a triggering of the opening mechanism of the fixed and mobile contacts of the device during a sudden rise in current following for example a short circuit, comprising at at least one core known as a mobile core associated with a rod, the assembly being slidably mounted at inside a sheath, a coil crossed by the current to be monitored and capable of generating, when this current exceeds a certain threshold, a magnetic field likely to generate displacement of the movable core and the rod between a rest position and a position in which a striker end of the rod controls the triggering of the aforementioned mechanism, a means for channeling the magnetic field generated by the coil and an arc horn electrically connected to one of the contacts and capable of guiding the arc during the cut in the direction of the arc extinguishing chamber, this device being characterized in that that the means for channeling the magnetic field consists of the aforementioned arc horn, said horn being
  • this device exclusively comprises a moving core.
  • the above-mentioned rod is integral with the movable core.
  • the present invention also relates to an electrical protection device, in particular a circuit breaker, comprising the preceding characteristics taken alone or in combination.
  • FIG. 3 to 5 we see a low voltage electric circuit breaker D for use to protect an electrical circuit against overloads or short circuits.
  • This circuit breaker D mainly comprises, in a manner known per se, a pair of separable contacts 1,2 respectively fixed and mobile, a control mechanism 3 for opening and contact closure actuated by a lever 4, an electromagnetic trip device 5 intended to trip mechanism 3 of circuit breaker D and thus cause the opening of 1,2 contacts when a short-circuit current appears, and a thermal release 6 (not shown) capable of triggering the mechanism 3 when an overload of current.
  • FIG. 1 we see a magnetic trigger device 5, or trigger, according to the prior art.
  • This device 5 comprises a so-called fixed core 6, fixed in a sleeve 7, a movable core 8 mounted to slide inside said sleeve 7, a rod 9 mounted to slide inside the fixed core 6 parallel to the sliding direction of the movable core 8, a spring 10 interposed between the two cores 6,8 and an induction coil 11 mounted around the sheath 7.
  • This device further comprises a carcass 12 mounted around the sheath 7 so as to channel the magnetic flux generated by the coil 11, as well as an arc horn 13 electrically connected to the fixed contact 1 of the circuit breaker and making it possible to guide the arc in the direction of the extinguishing chamber C during the breaking.
  • the aforementioned rod 9 comprises a first end 9a bearing on the movable core 8 and a second end 9b forming a striker.
  • the coil 11 When the current is above a certain threshold, the coil 11 generates a magnetic field capable of counteracting the force of the spring 10 and of displacing the movable core 8 in the direction of the fixed core 6.
  • This movable core 8 then causes its movement the striker rod, which acts on the trigger bar 14 of the device and causes the mechanism 3 to be unlocked.
  • the flow generated by the coil 11 passes through the carcass 12 (as illustrated by the arrows), and is channeled by said carcass 12 so as to obtain a maximum efficiency of the magnetic field.
  • the magnetic trip device 5 does not include a carcass for channeling the magnetic field. This function is performed by the arcing horn 13 itself secured to the fixed contact which, when the coil 11 generates a magnetic field, is crossed by the corresponding magnetic flux and therefore channels this flux. According to the embodiment described in Figures 2 to 5, the device no longer has a fixed core, where it follows that the magnetic threshold is independent of the air gap between fixed core and movable core unlike what was the case in l prior art.
  • the expression “exclusively a mobile core” must be interpreted as meaning that the device does not have a fixed core.
  • the spring 10 is interposed between a part of the sheath 7 and the movable core 8.
  • the rod 9 is integral with the movable core 8.
  • the arc horn is continuous and extends parallel to the axis of the coil over a certain length, which allows the arc to perform only one switching.
  • the operation of the device is the same as that of the device of the prior art and will therefore not be described again, except that on the one hand, the movable core 8 is no longer attracted by the fixed core 6, l 'magnetic force generated by the coil 11 being sufficient to move the movable contact 8.
  • the breaking capacity is limited to 10 kA.
  • a magnetic tripping device has therefore been produced. simple, economical and compact design taking into account a number of parts used more reduced. It also results from this reduction in the number of parts, a reduction in the number of positioning constraints making the operation of the more reliable device.
  • the magnetic threshold being independent of the air gap, this the latter is no longer to be precisely regulated.
  • the length of the moving core can be reduced taking into account that it no longer cooperates with the carcass.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de déclenchement magnétique (5), en particulier pour un disjoncteur D, comprenant au moins un noyau dit mobile associé à une tige, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau (7), une bobine à induction (11) traversé par le courant à surveiller et apte à générer, lorsque ce courant dépasse un certain seuil, un champs magnétique susceptible d'engendrer le déplacement du noyau mobile et de la tige entre une position de repos et une position dans laquelle une extrémité formant percuteur de la tige commande le déclenchement du mécanisme (3) d'ouverture et de fermeture des contacts (1,2), un moyen pour canaliser le champ magnétique généré par la bobine (11) et une corne d'arc (13) reliée électriquement au contact fixe et apte à guider l'arc pendant la coupure en direction de la chambre d'extinction C. Le moyen pour canaliser le champs magnétique est constitué par la corne d'arc (13) elle-même, ladite corne (13) étant agencée de manière que le flux magnétique généré par la bobine (11) partant du noyau mobile traverse successivement le contact fixe (1) de l'appareil et la corne d'arc (13) avant de rejoindre le noyau mobile. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un dispositif de déclenchement magnétique notamment pour un disjoncteur et un appareil de protection électrique comportant un tel dispositif.
Les disjoncteurs basse tension comprennent généralement, de manière connue en soi, des moyens de déclenchement magnétiques apte à entraíner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, et des moyens de déclenchement thermiques apte à entraíner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur en cas de surcharge entraínant une élévation lente du courant. Selon une réalisation connue décrite dans les documents de brevet FR 2 630 582 et FR 2 368 139, ces moyens de déclenchement magnétiques comprennent une bobine à induction montée autour d'une tige formant percuteur associée à un noyau mobile, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, la tige coulissant à l'intérieur d'un noyau fixe fixé à l'intérieur du fourreau. La tige est en appui, par l'une de ses extrémités, sur le noyau mobile. Un ressort monté autour de la tige, est interposé entre les deux noyaux et est apte à rappeler les deux noyaux dans une position séparée, en position de repos du déclencheur. Ce dispositif comporte en outre une carcasse montée autour de l'ensemble constitué par les noyaux et le percuteur, et reliée électriquement au contact fixe de l'appareil, ladite carcasse étant apte à canaliser le champs magnétique généré par la bobine. En fonctionnement, lors d'une élévation brusque du courant, un champs magnétique est généré par la bobine. Lorsque la valeur du courant dépasse un seuil prédéterminé, le noyau mobile se déplace en direction du noyau fixe à l'encontre de la force du ressort et entraíne dans son mouvement la tige, ce qui provoque le déverrouillage, par le percuteur formé à l'extrémité de la tige, du mécanisme du disjoncteur et l'ouverture des contacts.
Or, ce type de déclencheur magnétique est particulièrement encombrant, compte tenu d'une part, de la présence de la carcasse et, d'autre part, du nombre important de pièces mises en oeuvre. Il résulte de ce nombre important de pièces que le nombre de contraintes de positionnement est relativement élevé. Notamment, le seuil magnétique est dépendant de la valeur de l'entrefer entre les deux noyaux fixe et mobile et la valeur de cet entrefer doit donc être réglée précisément.
La présente invention résout ces inconvénients et propose un dispositif de déclenchement magnétique de conception simple, d'encombrement réduit, et dont le fonctionnement a été rendu plus fiable, ainsi qu'un appareil de protection électrique tel un disjoncteur comportant un tel dispositif.
La présente invention a pour objet un dispositif de déclenchement magnétique, en particulier pour un appareil de protection électrique tel un disjoncteur, apte à entraíner un déclenchement du mécanisme d'ouverture des contacts fixe et mobile de l'appareil lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, comprenant au moins un noyau dit noyau mobile associé à une tige, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, une bobine traversée par le courant à surveiller et apte à générer, lorsque ce courant dépasse un certain seuil, un champs magnétique susceptible d'engendrer le déplacement du noyau mobile et de la tige entre une position de repos et une position dans laquelle une extrémité formant percuteur de la tige commande le déclenchement du mécanisme précité, un moyen pour canaliser le champ magnétique généré par la bobine et une corne d'arc reliée électriquement à l'un des contacts et apte à guider l'arc pendant la coupure en direction de la chambre d'extinction d'arc, ce dispositif étant caractérisé en ce que le moyen pour canaliser le champs magnétique est constitué par la corne d'arc précitée, ladite corne étant agencée de manière que le flux magnétique généré par la bobine partant du noyau mobile traverse successivement le contact fixe de l'appareil et la corne d'arc avant de rejoindre le noyau mobile.
Selon une réalisation particulière de l'invention, ce dispositif comporte exclusivement un noyau mobile.
Selon une autre caractéristique, la tige précitée est solidaire du noyau mobile.
La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique, notamment un disjoncteur, comportant les caractéristiques précédentes prises seules ou en combinaison.
Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels :
  • Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques illustrant respectivement un dispositif de déclenchement magnétique selon l'art antérieur et un dispositif de déclenchement magnétique selon l'invention,
  • La figure 3 est une vue partielle en perspective, illustrant la partie intérieure d'un disjoncteur équipé d'un dispositif de déclenchement magnétique selon l'invention,
  • La figure 4 est une vue en plan de la figure précédente,et
  • La figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure précédente.
    • Sur les figures 3 à 5, on voit un disjoncteur électrique basse tension D destiné à être utilisé afin de protéger un circuit électrique contre les surcharges ou court-circuits. Ce disjoncteur D comprend principalement, de manière connue en soi, une paire de contacts séparables 1,2 respectivement fixe et mobile, un mécanisme de commande 3 d'ouverture et de fermeture des contacts actionné par une manette 4, un déclencheur électromagnétique 5 destiné à déclencher le mécanisme 3 du disjoncteur D et ainsi provoquer l'ouverture des contacts 1,2 lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, et un déclencheur thermique 6 (non représenté) apte à déclencher le mécanisme 3 lors de l'apparition d'une surcharge de courant.
    Sur la figure 1, on voit un dispositif de déclenchement magnétique 5, ou déclencheur, selon l'art antérieur. Ce dispositif 5 comprend un noyau dit fixe 6, fixé dans un fourreau 7, un noyau mobile 8 monté coulissant à l'intérieur dudit fourreau 7, une tige 9 montée coulissante à l'intérieur du noyau fixe 6 parallèlement à la direction de coulissement du noyau mobile 8, un ressort 10 interposé entre les deux noyaux 6,8 et une bobine à induction 11 montée autour du fourreau 7. Ce dispositif comporte en outre une carcasse 12 montée autour du fourreau 7 de manière à canaliser le flux magnétique généré par la bobine 11, ainsi qu'une corne d'arc 13 reliée électriquement au contact fixe 1 du disjoncteur et permettant de guider l'arc en direction de la chambre d'extinction C pendant la coupure. La tige précitée 9 comprend une première extrémité 9a en appui sur le noyau mobile 8 et une seconde extrémité 9b formant percuteur. En fonctionnement, lorsque le courant est supérieur à un certain seuil, la bobine 11 génère un champ magnétique susceptible de contrecarrer la force du ressort 10 et à déplacer le noyau mobile 8 en direction du noyau fixe 6. Ce noyau mobile 8 entraíne alors dans son mouvement la tige formant percuteur, laquelle agit sur la barre de déclenchement 14 de l'appareil et provoque le déverrouillage du mécanisme 3. Le flux généré par la bobine 11 traverse la carcasse 12 (tel qu'illustré par les flèches), et est canalisé par ladite carcasse 12 de manière à obtenir un rendement maximum du champ magnétique. Pendant la coupure, le courant d'arc passe par la corne d'arc 13 et se dirige vers la chambre d'extinction d'arc C. Le pouvoir de coupure associé à un tel dispositif est d'environ 20kA.
    A la différence du dispositif de l'art antérieur, le dispositif de déclenchement magnétique 5 selon l'invention, tel qu'illustré sur les figures 2 à 5, ne comporte pas de carcasse pour canaliser le champ magnétique. Cette fonction est réalisée par la corne d'arc 13 elle-même solidaire du contact fixe laquelle, lorsque la bobine 11 génère un champ magnétique, est traversée par le flux magnétique correspondant et canalise donc ce flux. Selon la réalisation décrite sur les figures 2 à 5, le dispositif ne comporte plus de noyau fixe, d'où il résulte que le seuil magnétique est indépendant de l'entrefer entre noyau fixe et noyau mobile contrairement à ce qui était le cas dans l'art antérieur. Ainsi, l'expression « exclusivement un noyau mobile » doit être interprétée comme signifiant que le dispositif ne comporte pas de noyau fixe. Dans cette réalisation, le ressort 10 est interposé entre une partie du fourreau 7 et le noyau mobile 8. La tige 9 est solidaire du noyau mobile 8.
    On voit sur les figures que la corne d'arc est continue et s'étend parallèlement à l'axe de la bobine sur une certaine longueur, ce qui permet à l'arc de n'effectuer qu'une seule commutation.
    Le fonctionnement du dispositif est le même que celui du dispositif de l'art antérieur et ne sera donc pas décrit de nouveau, à ceci près d'une part, que le noyau mobile 8 n'est plus attiré par le noyau fixe 6, l'effort magnétique généré par la bobine 11 étant suffisant pour déplacer le contact mobile 8. Le pouvoir de coupure est limité à 10 kA.
    On a donc réalisé grâce à l'invention un dispositif de déclenchement magnétique de conception simple, économique et d'encombrement réduit compte tenu d'un nombre de pièces utilisées plus réduit. Il résulte également de cette réduction du nombre de pièces, une réduction du nombre de contraintes de positionnement rendant le fonctionnement du dispositif plus fiable. En particulier, le seuil magnétique étant indépendant de l'entrefer, ce dernier n'est plus à régler précisément. Egalement, la longueur du noyau mobile peut être réduite compte tenu du fait que celui-ci ne coopère plus avec la carcasse.
    Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
    Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

    Claims (4)

    1. Dispositif de déclenchement magnétique, en particulier pour un appareil de protection électrique tel un disjoncteur, apte à entraíner un déclenchement du mécanisme d'ouverture des contacts fixe et mobile de l'appareil lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, comprenant au moins un noyau dit noyau mobile associé à une tige, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, une bobine traversée par le courant à surveiller et apte à générer, lorsque ce courant dépasse un certain seuil, un champs magnétique susceptible d'engendrer le déplacement du noyau mobile et de la tige entre une position de repos et une position dans laquelle une extrémité formant percuteur de la tige commande le déclenchement du mécanisme précité, un moyen pour canaliser le champ magnétique généré par la bobine et une corne d'arc reliée électriquement à l'un des contacts et apte à guider l'arc pendant la coupure en direction de la chambre d'extinction d'arc,
      caractérisé en ce que le moyen pour canaliser le champs magnétique est constitué par la corne d'arc (13) précitée, ladite corne (13) étant reliée électriquement au contact d'arc fixe et comprenant une corne d'arc continue s'étendant parallèlement à l'axe de le bobine, ladite corne étant agencée de manière que le flux magnétique généré par la bobine (11) partant du noyau mobile (8) traverse successivement le contact fixe (1) de l'appareil et la corne d'arc (13) avant de rejoindre le noyau mobile (8), et en ce qu'il comporte exclusivement un noyau mobile.
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige précitée (9) est solidaire du noyau mobile (8).
    3. Appareil de protection électrique comportant un dispositif de déclenchement magnétique selon la revendication 1 ou 2.
    4. Disjoncteur comportant un dispositif de déclenchement magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
    EP20010410015 2000-03-14 2001-02-12 Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif Expired - Lifetime EP1134767B1 (fr)

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    FR0003213 2000-03-14

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    ES (1) ES2321582T3 (fr)
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