EP2124238B1 - Dispositif de contact pour contacteur de forte puissance résistive - Google Patents
Dispositif de contact pour contacteur de forte puissance résistive Download PDFInfo
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- EP2124238B1 EP2124238B1 EP09354016A EP09354016A EP2124238B1 EP 2124238 B1 EP2124238 B1 EP 2124238B1 EP 09354016 A EP09354016 A EP 09354016A EP 09354016 A EP09354016 A EP 09354016A EP 2124238 B1 EP2124238 B1 EP 2124238B1
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- H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H9/40—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
Definitions
- the invention relates to contact systems of electrical switching and switching devices, in particular contactors.
- the invention relates more particularly to the contact device extending between the connection range and the fixed contact area of such devices, particularly in the case of use for high power resistive loads.
- a contactor is an electrically or pneumatically controlled switching device whose function is similar to that of an electromechanical relay, namely to establish or interrupt the current flow.
- This electrotechnical apparatus with high breaking capacity is used in particular to power industrial motors with power exceeding 0.5 kW, and supports a current greater than the relay.
- Standardized job categories depending on the nature of the receiver and the conditions under which the closures and openings are made, set the current values that the contactor must withstand.
- the AC3 category concerns high power consumers, including elevator-type cage motors, whose cut is engine launched.
- AC1 contactors beyond 1500 A are typically derived from the so-called “contactor on bar” technology, very bulky and made to measure, so expensive.
- the document DE 100 28 076 describes such a contact device for an electrical contactor.
- the contact device according to the invention is defined by the features of claim 1.
- the invention aims to overcome the disadvantages of existing fixed contact devices, in particular for high power applications with resistive loads.
- contacts whose geometry is optimized to reduce overheating and costs have been developed, to offer a range of contactors whose operating range is increased while maintaining an acceptable size.
- the invention finds a particularly advantageous application for contactors with a current greater than 1000 A or 1500 A in category AC1, particularly concerning resistive heating, lighting, wind turbine generators, etc.
- the invention thus relates to a contact device comprising a substantially flat, preferably rectangular and pierced connection pad for the connection of power supply bars, said strip being extended by several conductors, preferably U-shaped, which have fixed contact areas.
- the final architecture of the contactor facilitates the visualization of the connections of the phases, which are each associated with a single input device, respectively output, and therefore only include a connection pad at the input, respectively at the output: branching errors are avoided.
- the contact device according to the invention is made of copper, which can be unprotected, tinned or silvered, and the contact areas comprise supports on which silver alloy pellets are brazed.
- the thickness of the conductors is in particular given by the intensity of the current to which the contact device will be subjected, in particular more than 1000 A or 1300 A, in particular more than 1700 A, 2100 A, or even 2300 A; the orientation with respect to the contact areas and the size of the connection area are optimized to minimize thermal heating, and also to facilitate the connection of the bars.
- the connecting surface of the bars is thus identical to that of the connection pads, in order to maximize the assembled copper masses and thus better dissipate the heat; for example, for the powers such as 2100 A, the standards impose four power bars of determined section, and the connection pads are adapted there, four holes including being pierced for the coupling.
- the contact device comprises a superposition of a number of pieces equal to the number of conductors.
- Each piece of the contact device is derived from a sheet of metal which is then folded to its final shape, and comprises one of the conductors secured to a connection portion whose shape is substantially equal to the connection range of the device ; in fact, the connecting parts of each part of the contact device are superimposed in their main plane, directly or with a conductive interface product filling any surface imperfections, to form the connection area, which makes more than 8 mm thick.
- the connecting device comprises two symmetrical parts, preferably from the same metal blank and / or having undergone the same folds.
- each piece of the device is made of copper of substantially constant thickness, and comprises a rectangular connecting portion, one side of which is extended by a flat branch of a conductor, offset orthogonally with respect to the rectangular portion of half of its thickness, then by a folded portion to a second parallel conductor branch and comprising a contact support arrangement on its surface opposite to the first branch.
- each conductor may comprise orifices for securing the parts of the contact device in a housing, the conductors then being advantageously parallel to one another.
- the connecting portions of each piece also comprise orifices which are superimposed during the assembly of the devices according to the invention, so that the connection of the supply bars ensures the tightening of the connection parts one on the other and optimizes the electrical conduction; for the contact to be homogeneous, it is advantageous to have four bolts on the connecting surface.
- the invention in another aspect, relates to a switchgear device comprising a pair of similar contact devices whose contact areas are arranged facing each other in a housing, the connection pads being located on the outside of said housing.
- a movable contact bridge associated with an actuator may take a closed position in which it provides electrical conduction between the two connection pads, and an open position in which it is remote from the contact devices.
- the switchgear is a three-phase contactor comprising three pairs of contact devices, juxtaposed in the plane of the connection pads, associated with a mobile contact bridge device simultaneously ensuring the opening and closing between the three phases.
- the invention finds a particular and preferred application in a contactor 1 with a molded case 2 used in three-phase supply: for each of the phases, the contactor 1 comprises a conduction circuit as schematically illustrated in FIG. figure 1 , the circuits being juxtaposed normally to the drawn plane (of the sheet), for example within the same housing 2 arranged.
- connection pads 4 protrude from the housing 2 of the contactor 1 and are intended to be connected to a power supply busbar 6.
- the connection pads 4 are extended inside the housing 2 by conductors 8 comprising two fixed contact areas 10 separated from each other; the contact areas 10 may, depending on the use, either be manufactured unitarily with the conductor 8 itself, or be reported, with for example a brazing of pellets on a support arranged in the conductor 8.
- Two contacts 12 coupled by a conductor 14 are located facing the fixed contacts 10 and form a movable contact bridge 16.
- the movable contact bridge 16 is moved by an actuating device 18 between a closed position in which it provides the electrical connection between the fixed contacts 10, and an open position in which the current does not flow between the connection pads 4.
- a first branch 8a of the lead 8 carrying the contact 10 is substantially parallel to a second branch 8b located at the bottom of the housing 2; the second branch 8b extends towards the pad 4 which is here parallel with the first branch 8a, but other orientations of the connecting strip 4 may also be provided.
- the fixed contact device 20 comprising the connection pad 4 and the conductor 8 is usually made of copper, which leads from about 4.5 to 5 A / mm 2 ; the copper may especially be crude, tinned or silver.
- the fixed contact device 20 comprises a plurality of conductors 8 i , here three, which are provided with as many contact zones 10.
- the conductors 8 are advantageously of identical section and similar shape in order to optimize the costs of industrialization.
- Each of the conductors 8, whose section is determined by the current flowing therethrough, is connected to the connection area 4, the size of which also meets certain criteria.
- the orientation, the dimensions, and in particular the volume of the connection pad 4 are limited by the ease of connection of a busbar 6, but especially by thermal stresses.
- the heating of the contact devices 20 can become important with the power; as the temperature of the connection pads 4, directly accessible to the public since external to the housing 2, is limited by the standards, the range 4 is of consistent size.
- the contact device 20 thus comprises a bulky connection area 4, usually made of copper, extended by a plurality of conductors 8 spaced apart from one another, also made of copper, each of the conductors 8 forming a U with a branch 8b extending the range 4 and a parallel branch 8a having a support area of the contact 10; conventionally, the contact carrier is an arrangement in the branch 8 has a chip, such as silver alloy, the size is optimized for the contactor life 1.
- a unitary unit block is removed, for reasons of industrialization cost in particular.
- One of the conventional manufacturing options is the screw / bolt connection of the conductors 8 to the connection pad 4 as described in the document US 3,402,274 .
- This solution in addition to the multiplication of assembly steps, has the disadvantage of a heating at each bolting by creating a contact resistance, and thus the loss of electrical conduction.
- the folded technology is preferred: inexpensive, it is optimized industrially and is commonly applied for the manufacture of contact conductors switching devices and / or switching. It appears however that the industrial limit of this manufacture is a thickness of 7 mm of copper: beyond, the reliability and the realization of the drivers 8 can not be guaranteed. Thus, a direct application of this folded technology to the high power ranges can not be envisaged: an unacceptable congestion would then be generated for the connection pads 4, whose thickness would be limited by that of the conductors 8 while its volume is determined by normative constraints.
- the connecting pad 4 is made in several parts 24 i , each of the parts 24 i having a thickness less than the folding limit (for example: 7 mm for Cu) and being extended by one of the conductors 8 i of contact.
- the contact surface between the different parts 24 i of the connection pad 4 is maximum, with superposition between them, so that the electrical resistance generated by their connection is minimized and the heating of the range 4, the dissipated heat being maximum.
- each of the connecting portions 24 i is of the same thickness, identical to that of the conductors 8, although, as illustrated in Figure 2A other options are possible.
- the contact device 20 is obtained by superposition of the different parts 20 i ; the contacts 10 are advantageously located on the same plane, and bends 26 on the conductors 8 i make it possible to "catch up" with the offset generated by the superposition of the connecting portions 24 1 , 24 2 , 24 3 .
- the fastening of the parts 20 i of the contact device 20 for a maximum contact surface can be obtained by any suitable clamping means.
- the viscous product for example a paste
- the viscous product fills the interstices that would form on the surfaces in contact to fill the cavities and thus to reduce the contact resistance between the two connection parts 24 i, 24 i + 1 and improve the thermal conductivity.
- This option can also prevent internal oxidation of the connection range 4.
- a screw is set up at their level, with formation of at least one orifice 28 i ; advantageously, the power bars 6 on the connection pad 4 will be coupled by the same means 28.
- the size of the orifice 28 is determined by the necessary clamping force, which depends directly on the size of the bolt that will be used; it is also possible to increase the number of orifices 28.
- the contact device 30 comprises two symmetrical parts 30 1 , 30 2 , made by the same means in order to optimize the industrial investment. Illustrated in figures 3 , it is particularly suitable for contactors 1 to three phases of 1700 or 2100 A AC1, range for which the dimensions will be given for information only - the person skilled in the art will adapt the criteria according to the envisaged use, for example 1000 or 1300 or 2500 A, according to the operating constraints, according to the available space, ...
- the contact device 30 comprises two conductors 32 1, 32 2, including copper and section 25 to 35 mm (e.g. 30 mm) 5-7 mm; the conductors 32 i extend on one side the connection pad 34 which is parallelepipedal in shape, in particular rectangle, with sides of 70 to 85 or 100 mm and twice the thickness of the conductors 32.
- the connection pad 34 is divided into the direction of its thickness in two parts 34 1 , 34 2 equal; the two pieces 30 1 , 30 2 base, from the cut, are stackable one on the other: see Figures 3A and 3B .
- the two conductors 32 i are in the extension of two opposite sides of said range 34, so that the side cut of the copper is straight over the entire length and optimized.
- a machining 36 i can be performed at the end of the conductor 32 i opposite to the connecting portion 34 i , to prepare the surface for the contact.
- Orifices 38 i are arranged in the connecting portions 34 i to ensure their tightening one on the other; four orifices 38 with a diameter of 10 to 20 mm, in particular 14 mm, are preferred, this choice optimizing the clamping force to ensure good contact which reduces heating.
- Each piece 30 i is then folded to obtain its final shape: according to the preferred embodiment, two folds are made.
- One of the bends 40 relates to the U-shape of the conductor 32 i : the first branch 32 has the end of the conductor 32 supporting the contact is folded to be parallel to the second branch 32 b of the conductor 32 integral with the connection pad 34.
- another folding 42 is made in order to shift orthogonally to the plane of the track 34 the second part 32 b of each conductor 32 of the half of its thickness, preferably at the connecting portion 34 i.
- the two offsets are opposite each other for the two parts 30 1 , 30 2 of the contact device.
- the contact device is thus made with a cutting tool and two folding tools.
- Other options are possible, with for example a part comprising only the fold 40 in U, and the other part comprising the fold 40 in U associated with a deflection 42 to make up the difference in thickness; in this case, two different cuts are necessary for the devices 30 of consequent size because of the range of the contactor 1.
- the parts 30 i of the contact device 30 are provided with suitable pads 44, in particular by brazing, and then placed one on the other in the housing 2 of the contactor 1. It is advantageous to keep the orifices 38 connection 34 free to easily join the power bars 46.
- any suitable means can be used; in particular, second legs 32 b of the conductors can be drilled to couple the parts 30 1, 30 2 of 30 individually contact device to the housing 2 through the holes 48.
- the device 30 itself is finalized once the contactor 1 mounted: the clamping between the connection parts 34 i will, in most cases, be completed only when the contactor 1 is mounted in the electrical distribution system by the connection of the bars 46.
- the busbars 46 are connected directly to the connection pads 34.
- the standard requires four brass bars 100 x 5 mm: each of the bars 46 can be secured to a or several orifices 38 in the range 34.
- the dimensions of the The preferred embodiment according to the invention is furthermore such that the busbar assembly 46 / contact device 30 rests on a maximum surface, and therefore a mass, which further improves the heat dissipation; in particular the copper surface of the busbar 46 is thus substantially equal to the double surface of the connection pad 34.
- the design according to the invention thus makes it possible to reduce the heating of the connection pads 4, 34, of a fixed contact device 20, 30, in particular for use in resistive load of a switch 1. It is then possible to reduce the size of the contactor 1, which is even more significant in the case where three devices 20, 30 are juxtaposed for a three-phase use. Despite the compactness, at least two contacts 10, 44 per phase are made, obeying neither the reliability of the contactor 1 nor the thermal resistance at the contact pads 44; moreover, the combination of the ranges 4, 34 of the plurality of contacts 10, 44 in parallel of the same phase avoids wiring errors on the busbars 6, 46 and makes mounting easier. The removal of the bolted connections further reduces the internal heating of the housing 2. Finally, the parts 20 i , 30 i are designed to limit the industrial investment, and thus reduce costs. Proper cutting of the parts 30 i of the device can also allow minimization of raw material losses, and thus a decrease in copper uses.
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Description
- L'invention concerne les systèmes de contact des appareils de coupure et commutation électriques, en particulier les contacteurs. L'invention se rapporte plus particulièrement au dispositif de contact s'étendant entre la plage de raccordement et la zone de contact fixe de tels appareils, notamment dans le cas d'utilisation pour des charges résistives de forte puissance.
- Un contacteur est un dispositif de commutation à commande électrique ou pneumatique dont la fonction est similaire à celle d'un relai électromécanique, à savoir établir ou interrompre le passage du courant. Cet appareil électrotechnique à pouvoir de coupure important est notamment utilisé afin d'alimenter des moteurs industriels de puissance dépassant 0,5 kW, et supporte un courant supérieur au relai. Des catégories d'emploi normalisées, dépendant de la nature du récepteur et des conditions dans lesquelles s'effectuent les fermetures et ouvertures, fixent les valeurs de courant que le contacteur doit supporter. Par exemple, la catégorie AC3 concerne des consommateurs de fortes puissances, notamment les moteurs à cage de type ascenseurs, dont la coupure s'effectue moteur lancé. En particulier, des contacteurs commerciaux y établissent un courant de démarrage de cinq à sept fois le courant nominal du moteur et coupent à l'ouverture le courant nominal absorbé par le moteur ; à cet instant, la tension aux bornes des pôles du contacteur est de l'ordre de 20 % de la tension du réseau et la coupure reste facile.
- D'autres appareillages ont un régime différent, moins saccadé, avec par exemple des cycles d'ouverture/fermeture supérieurs, comme pour le chauffage. Notamment, les appareillages à courant alternatif dont le facteur de puissance, ou cos ϕ, est au moins égal à 0,95 se voient appliquer la catégorie dite AC1. Les contraintes sur les contacteurs pour ces usages résistifs sont différentes : en particulier pour les fortes puissances, l'échauffement thermique peut devenir important. De fait, les contacteurs AC1 au-delà de 1500 A sont classiquement issus de la technologie dite « contacteur sur barreau », très encombrants et fabriqués sur mesure, donc onéreux.
- Le document
DE 100 28 076 décrit un tel dispositif de contact pour un contacteur électrique. - Le développement de certains domaines, notamment la production d'énergie éolienne ou la sortie d'onduleurs, requiert cependant des contacteurs AC1 de puissance de plus en plus élevée, et d'encombrement et de coût inférieurs, de type « à boîtier moulé ». Or certains facteurs ne peuvent être ignorés : la section et donc la masse des contacts dépendent ainsi directement du courant qui doit y circuler ; par ailleurs, les plages de raccordement vers le système d'alimentation doivent avoir une taille minimale pour respecter les normes sur la température qu'elles atteignent suite à l'échauffement résistif.
- Le dispositif de contact selon l'invention est défini par les caractéristiques de la revendication 1.
- Parmi autres avantages, l'invention vise à pallier des inconvénients des dispositifs de contact fixe existants, en particulier pour des applications de forte puissance à des charges résistives. Notamment, des contacts dont la géométrie est optimisée pour réduire les échauffements et les coûts ont été développés, afin d'offrir une gamme de contacteurs dont le domaine de fonctionnement est augmenté tout en conservant un encombrement acceptable. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les contacteurs d'intensité supérieure à 1000 A ou 1500 A en catégorie AC1, concernant notamment les chauffages résistifs, les éclairages, les générateurs d'éoliennes, etc.
- Sous un aspect, l'invention concerne ainsi un dispositif de contact comprenant une plage de raccordement sensiblement plane, de préférence rectangulaire et percée pour la connexion de barres d'alimentation électrique, ladite plage se prolongeant par plusieurs conducteurs, de préférence repliés en U, qui comportent des zones de contact fixe. Ainsi, l'architecture finale du contacteur facilite la visualisation des branchements des phases, qui sont chacune associées à un seul dispositif d'entrée, respectivement de sortie, et donc ne comprennent qu'une plage de raccordement à l'entrée, respectivement à la sortie : les erreurs de branchement sont évitées.
- De préférence, le dispositif de contact selon l'invention est réalisé en cuivre, qui peut être sans protection, étamé ou argenté, et les zones de contact comprennent des supports sur lesquels sont brasées des pastilles en alliage d'argent. L'épaisseur des conducteurs est notamment donnée par l'intensité du courant à laquelle le dispositif de contact sera soumis, en particulier plus de 1000 A ou 1300 A, notamment plus de 1700 A, 2100 A, voire 2300 A; l'orientation par rapport aux zones de contact et la taille de la plage de raccordement sont optimisées pour minimiser l'échauffement thermique, et également faciliter la connexion des barres. Avantageusement, la surface de connexion des barres est ainsi identique à celle des plages de raccordement, afin de maximiser les masses de cuivre assemblées et donc mieux dissiper la chaleur ; par exemple, pour les puissances telles que 2100 A, les normes imposent quatre barres d'alimentation de section déterminée, et les plages de raccordement y sont adaptées, quatre orifices notamment y étant percés pour le couplage.
- Selon l'invention, le dispositif de contact comprend une superposition d'un nombre de pièces égal au nombre de conducteurs. Chaque pièce du dispositif de contact est issue d'une tôle de métal qui est ensuite pliée pour sa forme finale, et comprend l'un des conducteurs solidaire d'une partie de raccordement dont la forme est sensiblement égale à la plage de raccordement du dispositif ; de fait, les parties de raccordement de chaque pièce du dispositif de contact sont superposées selon leur plan principal, directement ou avec un produit d'interface conducteur comblant les éventuelles imperfections de surface, pour former la plage de raccordement, qui fait notamment plus de 8 mm d'épaisseur.
- Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de raccordement comprend deux pièces symétriques, avantageusement issues de la même découpe de métal et/ou ayant subi les mêmes pliages. Notamment, chaque pièce du dispositif est fabriquée en cuivre d'épaisseur sensiblement constante, et comprend une partie rectangulaire de raccordement dont un des côtés est prolongé par une branche plane d'un conducteur, décalée orthogonalement par rapport à la partie rectangulaire de la moitié de son épaisseur, puis par une portion repliée vers une deuxième branche de conducteur parallèle et comprenant un aménagement support de contact sur sa surface opposée à la première branche.
- La première branche de chaque conducteur peut comprendre des orifices de solidarisation des pièces du dispositif de contact dans un boîtier, les conducteurs étant alors avantageusement parallèles les uns aux autres. Les parties de raccordement de chaque pièce comprennent également des orifices qui se superposent lors de l'assemblage des dispositifs selon l'invention, de sorte que la connexion des barres d'alimentation assure le serrage des parties de raccordement l'une sur l'autre et optimise la conduction électrique ; pour que le contact soit homogène, il est avantageux de disposer de quatre boulons sur la surface de raccordement.
- Sous un autre aspect, l'invention concerne un appareillage de commutation comprenant une paire de dispositifs de contact similaires dont les zones de contact sont disposées l'une face à l'autre dans un boîtier, les plages de raccordement étant localisées à l'extérieur dudit boîtier. Un pont de contacts mobiles associé à un actionneur peut prendre une position fermée dans laquelle il assure la conduction électrique entre les deux plages de raccordement, et une position ouverte dans laquelle il est éloigné des dispositifs de contact. Dans un mode de réalisation préféré, l'appareillage de commutation est un contacteur triphasé comprenant trois paires de dispositifs de contact, juxtaposées dans le plan des plages de raccordement, associés à un dispositif de pont de contacts mobiles assurant simultanément l'ouverture et la fermeture entre les trois phases.
- D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs, représentés dans les figures annexées.
- La
figure 1 illustre une coupe d'un contacteur sur lequel le dispositif de contact selon l'invention peut être monté. - Les
figures 2A et 2B représentent un mode de réalisation d'un dispositif de contact selon l'invention. - Les
figures 3A, 3B, 3C montrent une pièce et un dispositif de contacts selon un mode de réalisation préféré selon l'invention, ainsi que son raccordement. - L'invention trouve une application particulière et préférée dans un contacteur 1 à boîtier moulé 2 utilisé en alimentation triphasée : pour chacune des phases, le contacteur 1 comprend un circuit de conduction tel qu'illustré schématiquement en
figure 1 , les circuits étant juxtaposés normalement au plan dessiné (de la feuille), par exemple au sein du même boîtier 2 aménagé. - En particulier, selon une construction classique, pour chaque phase d'alimentation, deux plages de raccordement 4 font saillie du boîtier 2 du contacteur 1 et sont destinées à être raccordées à un jeu de barres d'alimentation 6. Les plages de raccordement 4 sont prolongées à l'intérieur du boîtier 2 par des conducteurs 8 comprenant deux zones de contact fixes 10 séparées l'une de l'autre ; les zones de contact 10 peuvent, selon les usages, soit être fabriquées de façon unitaire avec le conducteur 8 lui-même, soit être rapportées, avec par exemple un brasage de pastilles sur un support aménagé dans le conducteur 8. Deux contacts 12 couplés par un conducteur 14 sont localisés face aux contacts fixes 10 et forment un pont de contact mobile 16. Le pont de contact mobile 16 est déplacé par un dispositif d'actionnement 18 entre une position de fermeture dans laquelle il assure la connexion électrique entre les contacts fixes 10, et une position d'ouverture dans laquelle le courant ne circule pas entre les plages de raccordement 4.
- Pour des raisons électrodynamiques, il est de plus usuel que le conducteur 8 forme un U au niveau du contact fixe 10, tel qu'illustré : une première branche 8a du conducteur 8 portant le contact 10 est sensiblement parallèle à une deuxième branche 8b localisée au fond du boîtier 2 ; la deuxième branche 8b se prolonge vers la plage 4 qui est ici parallèle à la première branche 8a, mais d'autres orientations de la plage de raccordement 4 peuvent également être prévues. Le dispositif de contact fixe 20 comprenant la plage de raccordement 4 et le conducteur 8 est usuellement réalisé en cuivre, qui conduit de l'ordre de 4,5 à 5 A/mm2 ; le cuivre peut notamment être brut, étamé ou argenté.
- Outre la juxtaposition des dispositifs de contacts 20 au sein du boîtier 2 pour les contacteurs 1 fonctionnant en alimentation multi-phases, pour les applications de forte puissance, il est classique que la conduction soit assurée simultanément sur une pluralité de contacts fixes 10, à des fins d'optimisation. En effet, la résistance de contact est diminuée d'autant, et donc les échauffements restreints. Il est possible de multiplier alors le nombre de plages de raccordement 4 qui prolongeraient ainsi chacune l'un des conducteurs 8, au détriment de la facilité de mise en place par l'opérateur, les barres 6 de chaque phase devant dès lors être connectées sur plusieurs plages 4 ; selon l'invention, chaque phase n'est associée qu'à deux plages de raccordement 4 auxquelles sont couplés les différents conducteurs 8 du circuit de conduction.
- Ainsi, en particulier pour les contacteurs 1 de calibre élevé, notamment supérieur à 1000 A, et tel qu'illustré en
figure 2A , le dispositif de contact fixe 20 comprend une pluralité de conducteurs 8i, ici trois, qui sont munis d'autant de zones de contact 10. Contrairement à l'illustration, les conducteurs 8 sont avantageusement de section identique et de forme similaire afin d'optimiser les coûts d'industrialisation. Chacun des conducteurs 8, dont la section est déterminée par le courant y circulant, est relié à la plage de raccordement 4, dont la taille répond également à certains critères. En particulier, l'orientation, les dimensions, et notamment le volume de la plage de raccordement 4 sont limités par la facilité de connexion d'un jeu de barres 6, mais surtout par des contraintes thermiques. De fait, pour les contacteurs 1 pour charge résistive, l'échauffement des dispositifs de contact 20 peut devenir important avec la puissance ; comme la température des plages de raccordement 4, directement accessibles au public puisque externes au boîtier 2, est limitée par les normes, la plage 4 est de taille conséquente. - Le dispositif de contact 20 comprend ainsi une plage de raccordement 4 volumineuse, usuellement en cuivre, prolongée par une pluralité de conducteurs 8 espacés l'un de l'autre, également en cuivre, chacun des conducteurs 8 formant un U avec une branche 8b prolongeant la plage 4 et une branche parallèle 8a comportant une zone support du contact 10 ; classiquement, le support de contact est un aménagement au sein de la branche 8a pour une pastille, par exemple en alliage argenté, dont la taille est optimisée pour la durée de vie du contacteur 1. Pour fabriquer un dispositif de ce type, tout forgeage, usinage, ou moulage, d'un monobloc unitaire est écarté, pour des raisons de coût d'industrialisation notamment. L'une des options classiques de fabrication est la liaison par vis/boulon des conducteurs 8 sur la plage de raccordement 4 tel que décrit dans le document
US 3 402 274 . Cette solution, outre la multiplication des étapes d'assemblage, présente l'inconvénient d'un échauffement au niveau de chaque boulonnage par création d'une résistance de contact, et donc la perte de conduction électrique. - Selon l'invention, la technologie pliée est privilégiée : peu onéreuse, elle est optimisée industriellement et s'applique de façon courante pour la fabrication des conducteurs de contact d'appareils de coupure et/ou de commutation. Il apparaît cependant que la limite industrielle de cette fabrication est une épaisseur de 7 mm de cuivre : au-delà, la fiabilité et la réalisation des conducteurs 8 ne peuvent être garanties. Ainsi, une application directe de cette technologie pliée aux gammes de puissance élevée ne peut être envisagée : un encombrement inacceptable serait alors généré pour les plages de raccordement 4, dont l'épaisseur serait limitée par celle des conducteurs 8 alors que son volume est déterminé par des contraintes normatives.
- Selon l'invention et tel que schématisé en
figures 2A et 2B , la plage de raccordement 4 est réalisée en plusieurs parties 24i, chacune des parties 24i étant d'épaisseur inférieure à la limite de pliage (par exemple : 7 mm pour Cu) et étant prolongée par l'un des conducteurs 8i de contact. De préférence, la surface de contact entre les différentes parties 24i de la plage de raccordement 4 est maximale, avec superposition entre elles, de sorte que la résistance électrique générée par leur liaison est minimisée ainsi que l'échauffement de la plage 4, la chaleur dissipée étant maximale. En particulier, dans le mode de réalisation desfigures 2 , trois pièces unitaires 20i en cuivre plié constituent le dispositif de contact 20, chacune des pièces comprenant un conducteur 8i support de contact 10i et une partie de raccordement 24i correspondant à une tranche de la plage de raccordement 4. De préférence, chacune des parties de raccordement 24i est de même épaisseur, identique à celle des conducteurs 8, même si, tel qu'illustré enfigure 2A , d'autres options sont possibles. - Le dispositif de contact 20 est obtenu par superposition des différentes pièces 20i ; les contacts 10 sont avantageusement localisés sur le même plan, et des pliages 26 sur les conducteurs 8i permettent de « rattraper » le décalage généré par la superposition des parties de raccordement 241, 242, 243. La solidarisation des pièces 20i du dispositif de contact 20 pour une surface de contact maximale peut être obtenue par tout moyen de serrage approprié. Pour supprimer les effets négatifs des éventuelles déformations des parties de raccordement 24i lors de leur serrage, il est possible de disposer un produit conducteur à l'interface : lors du couplage, le produit visqueux, par exemple une pâte, remplit les interstices qui se formeraient sur les surfaces en contact afin de combler les cavités et ainsi de réduire la résistance de contact entre deux parties de raccordement 24i, 24i+1 et améliorer la conductibilité thermique. Cette option peut également éviter toute oxydation interne de la plage de raccordement 4.
- De préférence, pour coupler les parties de raccordement 24i, un vissage est mis en place à leur niveau, avec formation d'au moins un orifice 28i ; avantageusement, les barres d'alimentation 6 sur la plage de raccordement 4 seront couplées par les mêmes moyens 28. La taille de l'orifice 28 est déterminée par la force de serrage nécessaire, qui dépend directement de la taille du boulon qui sera utilisé ; il est possible en outre d'augmenter le nombre d'orifices 28.
- Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif de contact 30 selon l'invention comprend deux pièces symétriques 301, 302, réalisées par les mêmes moyens afin d'optimiser l'investissement industriel. Illustré en
figures 3 , il est particulièrement approprié pour des contacteurs 1 à trois phases de 1700 ou 2100 A AC1, gamme pour lesquelles les dimensions seront données à titre indicatif - l'homme du métier adaptera les critères selon l'utilisation envisagée, par exemple 1000 ou 1300 ou 2500 A, selon les contraintes de fonctionnement, selon l'encombrement disponible,... - En particulier, le dispositif de contact 30 comprend deux conducteurs 321, 322, notamment en cuivre et de section de 25 à 35 mm (par exemple 30 mm) sur 5 à 7 mm ; les conducteurs 32i prolongent sur un côté la plage de raccordement 34 qui est de forme parallélépipédique, notamment rectangle, de côtés de 70 à 85 ou 100 mm et d'épaisseur double de celle des conducteurs 32. La plage de raccordement 34 est divisée dans le sens de son épaisseur en deux parties 341, 342 égales ; les deux pièces 301, 302 de base, issues de la découpe, sont superposables l'une sur l'autre : voir
figures 3A et 3B . De préférence, les deux conducteurs 32i sont dans le prolongement de deux côtés opposés de ladite plage 34, de sorte que la découpe latérale du cuivre est droite sur toute la longueur et optimisée. - Un usinage 36i peut être effectué au niveau de l'extrémité du conducteur 32i opposée à la partie de raccordement 34i, afin de préparer la surface pour le contact. Des orifices 38i sont aménagés dans les parties de raccordement 34i afin d'assurer leur serrage l'une sur l'autre ; quatre orifices 38 de diamètre 10 à 20 mm, notamment 14 mm, sont préférés, ce choix optimisant la force de serrage pour assurer un bon contact qui réduit l'échauffement.
- Chaque pièce 30i est ensuite pliée pour obtenir sa forme définitive : selon le mode de réalisation préféré, deux pliages sont réalisés. L'un des pliages 40 concerne la forme en U du conducteur 32i: la première branche 32a d'extrémité du conducteur 32 supportant le contact est repliée pour être parallèle à la deuxième branche 32b du conducteur 32 solidaire de la plage de raccordement 34. Pour en outre obtenir deux supports de contact 36i localisés dans un même plan parallèle à la plage de raccordement 34 malgré le point de départ différent généré par la superposition des parties de raccordement 34i, un autre pliage 42 est réalisé afin de décaler orthogonalement au plan de la plage 34 la deuxième branche 32b de chaque conducteur 32 de la moitié de son épaisseur, de préférence au niveau de la partie de raccordement 34i. Les deux décalages sont opposés l'un à l'autre pour les deux pièces 301, 302 du dispositif de contact.
- Selon le mode de réalisation des
figures 3 , le dispositif de contact est ainsi réalisé avec un outil de découpe et deux outils de pliage. D'autres options (non illustrées) sont possibles, avec par exemple une pièce ne comprenant que le pliage 40 en U, et l'autre pièce comprenant le pliage 40 en U associé à un dévoyage 42 permettant de rattraper l'écart en épaisseur ; deux découpes différentes sont dans ce cas nécessaires pour les dispositifs 30 de taille conséquente en raison de la gamme du contacteur 1. - Les pièces 30i du dispositif de contact 30 sont dotées de pastilles adaptées 44, notamment par brasage, puis mises en place l'une sur l'autre dans le boîtier 2 du contacteur 1. Il est avantageux de conserver les orifices 38 des plages de raccordement 34 libres afin d'y solidariser aisément les barres d'alimentation 46. Pour maintenir le dispositif de contact 30 en position dans le contacteur 1, tout moyen approprié peut être utilisé ; notamment, les deuxièmes branches 32b des conducteurs peuvent être percées afin de coupler les pièces 301, 302 du dispositif de contact 30 individuellement au boîtier 2 par les trous 48. Le dispositif 30 lui-même n'est finalisé qu'une fois le contacteur 1 monté : le serrage entre les parties de raccordement 34i ne sera, dans la plupart des cas, achevé que lors du montage du contacteur 1 dans le système de distribution électrique par la connexion des barres 46.
- Les jeux de barres 46 sont connectés directement sur les plages de raccordement 34. En particulier, dans le cas d'un contacteur à 2100 A, la norme exige quatre barres cuivrées de 100 x 5 mm : chacune des barres 46 peut être solidarisée sur un ou plusieurs orifices 38 de la plage 34. Selon les options, il est possible de placer des barres 46 au niveau de chaque surface de la plage de raccordement (
figure 3C ), mais également entre ses deux pièces de raccordement 341, 342, « en sandwich » : cette variante non illustrée peut améliorer la conductibilité thermique et/ou électrique et réduire encore les échauffements au niveau des plages de raccordement 34. Les dimensions du mode de réalisation préféré selon l'invention sont en outre telles que l'assemblage jeu de barres 46/dispositif de contact 30 repose sur une surface, et donc une masse, maximales, ce qui améliore encore la dissipation de chaleur ; notamment la surface de cuivre du jeu de barres 46 est ainsi sensiblement égale à la double surface de la plage de raccordement 34. - La conception selon l'invention permet ainsi de réduire l'échauffement des plages de raccordement 4, 34, d'un dispositif de contact fixe 20, 30, en particulier pour un usage en charge résistive d'un contacteur 1. Il est alors possible de diminuer l'encombrement du contacteur 1, ce qui est d'autant plus appréciable dans le cas où trois dispositifs 20, 30 sont juxtaposés pour un usage triphasé. Malgré la compacité, au moins deux contacts 10, 44 par phase sont réalisés, n'obérant ni la fiabilité du contacteur 1, ni la tenue thermique au niveau des pastilles de contact 44 ; qui plus est, la réunion des plages 4, 34 de la pluralité de contacts 10, 44 en parallèle d'une même phase évite les erreurs de câblage sur les jeux de barres 6, 46 et rend le montage plus simple. La suppression des liaisons boulonnées réduit en outre les échauffements internes au boîtier 2. Enfin, les pièces 20i, 30i sont conçues pour limiter l'investissement industriel, et donc réduire les coûts. Une découpe appropriée des pièces 30i du dispositif peut également permettre une minimisation des pertes de matériau brut, et donc une diminution des utilisations de cuivre.
- Bien que l'invention ait été décrite en référence à un contacteur triphasé à doubles contacts de puissance élevée pour charge résistive, elle ne s'y limite pas et peut être utilisée sur des appareils destinés à des usages AC3 ou autres. De même, si la conception des dispositifs de contacts fixes selon l'invention trouve des avantages principaux pour des contacteurs de plus de 1000 ou 1300 A, notamment 1700, 2100 ou 2500 A, notamment en aval de générateurs éoliens, la solution selon l'invention peut être adoptée pour des puissances inférieures. Enfin, les caractéristiques des différents modes de réalisation décrits peuvent être combinées entre elles de façon différente.
Claims (11)
- Dispositif de contact (20, 30) pour un contacteur électrique (1) comprenant :- une plage de raccordement (4, 34) sensiblement plane ayant une épaisseur de plage et destinée à la connexion de barres (6, 46) d'alimentation du contacteur (1) ;- au moins deux conducteurs (8, 32) s'étendant longitudinalement depuis une extrémité solidarisée à la plage de raccordement (4, 34) vers un support de contact fixe (10, 36i) ;- des supports fixes (10,36i) destinés à coopérer chacun avec un contact mobile (12) du contacteur (1) ;caractérisé en ce que le dispositif de contact (20, 30) est composé d'au moins deux pièces (201, 202, 301, 302) et dans lequel :- chaque pièce (20i, 30i) est unitaire, réalisée en métal conducteur plié ;- chaque pièce (20i, 30i) comprend un des conducteurs (8i, 32i) et une partie de raccordement (24i, 34i) ;- chaque partie de raccordement (24i, 34i) est de forme identique et d'épaisseur inférieure à la plage de raccordement (4, 34) du dispositif (20, 30), de sorte que la superposition desdits parties (24i, 34i) forme la plage de raccordement (4, 34).
- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'épaisseur de la plage de raccordement (4, 34) est supérieure à 8 mm.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les supports de contact (10i, 36i) de chacun des conducteurs (8i, 32i) sont localisés dans un même plan parallèle à la plage de raccordement (4, 34) et décalé par rapport à elle.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 composé de deux pièces (301, 302) et dans lequel la plage de raccordement (34) est rectangulaire, un de ses côtés étant prolongé sur ses deux bords par les deux conducteurs (32).
- Dispositif selon la revendication 4 dans lequel les deux pièces (301, 302) sont issues de la même découpe de métal qui est pliée pour former chacune desdits pièces.
- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5 dans lequel chacun des conducteurs (32i) est en forme de U avec deux branches parallèles (32a, 32b), les premières branches (32a) comprenant les supports de contact (36) étant localisées dans un même plan parallèle à la plage de raccordement (34), les deuxièmes branches (32b) étant parallèles aux premières branches (32a) et décalées par rapport à leur partie de raccordement (34i) respective.
- Dispositif selon la revendication 6 dans lequel les pliages des deux pièces (301, 302) pour former les conducteurs (321, 322) sont identiques.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la plage de raccordement (34) comprend quatre orifices (38) de serrage des parties de raccordement (34i) l'une sur l'autre.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant en outre une pastille de contact (44) en alliage d'argent brasée sur le support de contact (36i) de chaque conducteur (32i).
- Contacteur électrique (1) comprenant un boîtier (2) dans lequel est partiellement positionnée au moins une paire de dispositifs de contact (20, 30) selon l'une des revendications 1 à 9 et dans lequel est localisé un pont de contact mobile (16) pouvant établir la connexion entre les contacts fixes (10, 44) de chaque paire de dispositifs de contact (20, 30).
- Contacteur selon la revendication 10 comprenant trois paires de dispositifs de contact (30) similaires entre eux, les dispositifs de contact (30) étant juxtaposés selon le plan de leurs plages de raccordement (34).
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