EP2337045A1 - Dispositif d'inversion de phases à bagues de contact - Google Patents

Dispositif d'inversion de phases à bagues de contact Download PDF

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EP2337045A1
EP2337045A1 EP10354077A EP10354077A EP2337045A1 EP 2337045 A1 EP2337045 A1 EP 2337045A1 EP 10354077 A EP10354077 A EP 10354077A EP 10354077 A EP10354077 A EP 10354077A EP 2337045 A1 EP2337045 A1 EP 2337045A1
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EP
European Patent Office
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rings
shaft
conductive
ring
terminals
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EP10354077A
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EP2337045B1 (fr
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Grégory Dedina
Arnaud Brozek
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/365—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/005—Inversing contactors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H15/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for actuation in opposite directions, e.g. slide switch
    • H01H15/02—Details
    • H01H15/06—Movable parts; Contacts mounted thereon

Definitions

  • the invention relates to a device for reversing the direction of operation of a three-phase electric motor by reversing the connection between two phases. More generally, the invention relates to a mechanical device for inverting the connection between pairs of conductors.
  • the motors are associated with protection systems that make it possible, for example, to isolate the motor from the network by actuating a cut-off device in the event of detection of a short circuit or overload.
  • Fuses, circuit breakers, overload relays, or devices that jointly offer several types of protection have been developed to be associated with engine starts.
  • the direction of rotation of the motor is determined by the sequence of the phases of the power supply source.
  • the motor must be able to work in both directions, for example for a valve or a pump, a conveyor or an elevator, or another machine tool.
  • devices have been designed to reverse the connection between two of the phases, the third remaining unchanged.
  • a solution is thus the integration of the inversion function in the switching or protection device: two conventional contactors / circuit breakers are associated with the aid of a mechanical lock that locks them one and the other so that the simultaneous activation of both contactors is forbidden: see for example FR 2,756,412 .
  • This solution requires a large number of parts, with doubling of cut-off devices and locking system.
  • the cut-off device which ensures the starting and protection of the motor is kept, simply associated downstream with a phase reversal device (see for example FR 2 586 325 ); it is important then that the inversion device does not prevent the restart after activation of the breaking means and correction of the fault.
  • the three-phase supply circuit 1 L1, L2, L3 of the motor 2 which is provided in the illustrated frame with an upstream cut-off device 4, comprises three connection terminals 6 to which three terminals 8 of the motor 2 come to connect. feeding each of the phases T1, T2, T3.
  • a reversing device 10 is connected to the terminals 6, 8 of each line, and comprises contacts 12, 14 with double or single break which, according to their position, make it possible to cross two of the three phases L1, L2 and T1, T2, one of the L3-T3 phases being retained.
  • the inverter 10 usually comprises auxiliary contacts 16 controlled by the cut-off device 4 present upstream and whose position allows or not the control 18 of the phase inversion, it is of the movement of the contacts 12, 14.
  • the contacts 12, 14 of the reversing device 10 may be provided with silver pellets, and they are conventionally controlled by springs. Moreover, since the high currents, and in particular the short-circuit currents, tend to spread the poles connecting the supply lines L and the transmission lines T, to ensure short-circuit operation, the contacts 12 , 14 are also provided with an electromagnetic device which, under the effect of the passage of the short-circuit current, leads to an increase of the pressure on the phase reversal contacts: see for example FR 2 795 226 . This architecture thus requires a large number of parts and induces, in fact, a high cost.
  • the invention aims to optimize the design of phase inverter devices and in particular to reduce the number of parts to reduce their cost. Despite this simplification in the design, the invention aims to keep the resistance of the inverter to short circuits of 10 kA or 50 kA, and in particular to tolerate short circuit current passages for 2.5 ms.
  • An inverter device thus comprises at least two input terminals and two output terminals which are connected to an inversion assembly; a third input terminal and a third output terminal fixedly connected by a conductor may be present.
  • the inversion assembly includes multi-contact rings for connection to the input and output terminals.
  • a multi-contact ring used in an inversion assembly for a device according to the invention comprises an annular ring with an inner surface and an outer surface that can be connected to an electrical circuit.
  • the inner surface of the ring is provided with slats or other flexible elements biased towards the center of the ring so as to ensure contact with a rod passing through the ring.
  • the electrical conduction is provided between the lamellae and the outer surface and preferably the ring is conductive.
  • the inversion assembly further comprises means for alternately electrically connecting the rings two by two; said means are movable in translation and adapted to urge the inner slats of the rings.
  • the inversion assembly comprises a movable shaft between a group of five multi-contact rings separated by a distance substantially equal to each other, said separation distance being greater than or equal to the thickness of a ring taken along its axis and in respect of isolation distances.
  • the shaft is insulating on its ends, and comprises two conductive parts separated by an insulating part, the length of the conductive parts being greater than or equal to the distance separating the lamellae of two rings, and the sum of the lengths of a conductive part and the insulating portion being substantially equal to the distance separating three rings.
  • the tree is otherwise adapted to be able to move easily between the rings while maintaining a contact between its outer surface and the slats of the rings.
  • the inversion assembly comprises two movable shafts each between a group of three multi-contact rings, separated for each group by a distance substantially equal to one another.
  • the shafts are insulative at their ends, and comprise a conductive portion whose length is substantially identical to the distance between two rings of the group in which the shaft is placed; advantageously, the conductive parts of the two shafts and the distances separating the rings of each group are identical.
  • the shafts are also adapted to be able to move easily between the rings while maintaining contact between their outer surface and the slats of the rings.
  • the rings of the inversion assemblies are identical to each other, and the conductive portions of the shafts are formed by a coating, for example made of copper or bronze, of an insulating shaft which may be made of polytetrafluoroethylene to minimize friction; preferably, the outer surface of the shaft is substantially planar.
  • each shaft between the rings is translational, and the reversing assembly is coupled to actuating means, for example a jack, allowing each shaft to take a first position and a second position separated from the first by a translation equivalent to the separation distance between two rings of the group in which it is placed, and the alternation of the connection between input and output terminals.
  • actuating means for example a jack
  • the actuating means drives the shaft of a first position in which its first conductive portion connects a first end ring to a second adjacent ring, to a second position in which its first conductive portion connects the second ring adjacent to the central ring of the group; the second conductive part undergoes the same movement between the rings on the other side of the central ring.
  • four rings are alternately connected to the input and output terminals of the inverting device by conductors, preferably flexible; the fifth end ring is in turn coupled to the first end ring by a conductive element.
  • the same result is obtained by driving by means of actuating each shaft of a first position in which their conductive part connects a first end ring to the central ring and a second position in which the conductive portion connects the central ring to the second end ring;
  • the first end rings are each connected to an input terminal (respectively output terminal) and the central rings are each connected to an output terminal (respectively input) by advantageously flexible conductors;
  • the second end rings of each group are connected by conductive elements to the first end ring of the other group.
  • the trees are parallel; they can move in the same direction, in which case the conductive elements between the two groups are crossed, or in the opposite direction.
  • the inversion device further comprises means for controlling the actuating means, for example associated with auxiliary contacts that can be coupled to a switchgear.
  • sensors are provided in the inverting device so as to optimize the operation of the control means and the actuating means.
  • a position sensor can determine whether the shaft is in the first or second position; the position sensor may be a direction of rotation sensor if the actuating means drive the shaft in rotation to effect the translation. Load sensors and / or the number of maneuvers can be associated with the reversing device according to the invention.
  • the contacts between the phase conductors L i , T j are formed by means of multi-blade rings, also called multi-contact rings or cylindrical connectors, which allows, without adding additional parts, to ensure a contact pressure during the passage of the current.
  • a ring 110 used in the contact system according to the invention is connected by its outer surface 112 to any type of circuit, and is equipped on its internal face 114 with multiple conductive flexible strips 116, or other spring means, defining a diameter ⁇ 116 less than the internal diameter ⁇ 114 of the ring 110.
  • This configuration makes it possible to connect, with possibility of relative movement, a conductive rod 120 located inside the ring 110, and of diameter ⁇ 120 between the diameters ⁇ 114 and 116 defined by the inner face 114 and the lamellae 116 of the ring 110, and the circuit connected to the outer surface 112 through the lamellae 116 connected thereto; advantageously, the ring 110 is entirely conductive.
  • the number of translational movements between the two elements 110, 120 can be substantial, and can be as high as 1 million maneuvers.
  • the device 100 uses for inversion principle a translational movement of a cylindrical shaft 120 between multi-contact rings 110 i ;
  • the insulating shaft 120 for example made of polytetrafluoroethylene, comprises, for the preferred application, two conductive parts 122 spaced apart from the ends, for example a copper cover, tin-plated or not, or bronze, separated by an insulating part 124; preferably, to avoid wear, the outer surface of the three segments 122 1 , 124, 122 2 is substantially flat.
  • Five rings 110 i of thickness h are aligned along the shaft 120, separated from each other by a distance d; the length l of the conductive portions 122 1 , 122 2 is greater than the distance separating the part of the lamellae 116 defining the diameter less than or equal to that of the shaft ⁇ 120 of two adjacent rings, and preferably corresponds substantially to the distance d + 2h separating the first face of a ring 110 i and the opposite face of the adjacent ring 110 i + 1 , the length l 'of the insulating part 124 is such that the first face of each conducting portion is substantially separated from the distance 2d + 2h separating three rings.
  • the rings 110 are alternately connected to input terminals 106 and output 108 of the inverter 100, with one of the terminals 108 1, connected to two end rings 110 1, 110 5 of the alignment; the two end rings 110 1 , 110 5 are further connected to each other, for example by a rod or a conductive braid 126.
  • the inversion assembly 130 illustrated in the figures 3 clarifies the operating principle.
  • the first conducting portion 122 1 is located between the first end ring 110 1 corresponding to the phase T1 of the motor 2 and the adjacent ring 110 2 corresponding to the phase L1 feeding;
  • the second conductive part 122 2 is located between the central ring 110 3 corresponding to the phase T2 of the motor 2 and the adjacent ring 110 4 corresponding to the supply phase L2.
  • the first conductive part 122 1 is located between the ring 110 2 corresponding to the supply phase L1 and the central ring 110 3 corresponding to the phase T2 of the motor 2; the second conductive part 122 2 is located between the second end ring 110 5 corresponding to the phase T1 of the motor 2 and the adjacent ring 110 4 corresponding to the supply phase L2.
  • the translation of the shaft 120 may be carried out by any means 132 adapted, for example motor or electromagnet type; the actuating means 132 may be bistable, or it may be monostable and combined with a rack system.
  • the drive is performed by an electric jack 132.
  • the inverting assembly 130 is housed in a housing 134, which is preferably similar in shape and size to those of the protection devices 10 of the line 1 and the same mounting system, in particular for a DIN rail.
  • the inversion assembly 130 associated with its actuating means 132, is mounted integral with the housing 134, the shaft 120 being put in place within guiding means 136 allowing a translational movement with less play not soliciting 110 rings unnecessarily.
  • the housing 134 comprises, in a conventional manner, three input terminals 106 and three output terminals 108; an input terminal 106 3 and an output terminal 108 3 are interconnected by a fixed conductor 138, for example a braid or a copper strip.
  • the other terminals 106 1, 106 2 , 108 1 , 108 2 are connected to the rings 110 i of the inverting assembly 130, advantageously by flexible braids 140 so as not to subject the rings 110 to the clamping forces on the terminals 106 , 108 during electrical assembly.
  • the design of the contact according to the invention makes it possible to dispense with any spring, or other, intended to prevent the reopening of the contacts 12, 14 during repulsion due to short-circuit current flow. ; in particular, the cost of the coil or other magnetic circuit disappears.
  • the inverter 100 advantageously comprises an electronic control system 142 for placing the inverting assembly 130 in the first or second position in a controlled manner.
  • the simplicity of the movement involving the phase change allows optimal management of the inversion time, so that the power of the actuating means 132 and their consumption can be rationalized.
  • the upstream lines L may be equipped with load sensors 154. It is also possible to provide the inverter 100 with sensors making it possible to obtain additional information at the level of the shaft 120. cheaper. For example, a sensor 156 can sum the number of inversions, which makes it possible to know the wear of the inversion assembly 130 to ensure preventive maintenance and to limit downtime.
  • the relative position of the shaft 120 can be controlled by position sensors 160; this relative position makes it possible to verify that the command 142 is not erroneous and / or redundant with the last maneuver of the inversion assembly 130, and in particular to serve to fulfill the auxiliary contact function.
  • Six rings 110 ', 110 are set up, in two groups, on two shafts 120', 120" each comprising a conductive portion 122 ', 122 ", advantageously, the shafts 120', 120" are parallel, and the parts conductive 122 ', 122 "are of the same length
  • Two adjacent rings 110' of a first (respectively second) group are connected to the first (respectively second) input and output terminals 106 1 , 108 1 (respectively 106 2 , 108 2 ) and the end rings of each group are connected together
  • the two shafts 120 ', 120 can be moved in the same direction or in the opposite direction depending on the actuating means 132.
  • the connecting conductors 126 'between rings 110', 110 "of each group are crossed, in first position, the first (respectively second) phases are interconnected, and in a second position in which the two shafts 120, 120 "move in the same direction of the same distance, the phases are crossed.
  • the device 100 according to the invention thus makes it possible to perform a reversal function of two phases by a limited number of parts, reducing the cost of mounting the device. Moreover, the design allows the use of certain parts several times, which further reduces the costs of implementation: for example, five identical rings for two-phase inversion.
  • the invention has been described with reference to a device for reversing two phases when starting a three-phase motor, it is not limited thereto: other elements may be concerned by the invention; for example, the design of the device according to the invention is adapted for an inversion of the single-phase current, by eliminating the third phase.
  • the device according to the invention is suitable for electric braking against the current and / or by reversing the direction of operation of three-phase asynchronous motors.
  • the device according to the invention can also be adapted, for example by aligning seven or eight rings and by connecting them in a suitable way, for the passages of the configuration "star" to the configuration "triangle" of startup of the three-phase motors.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Un dispositif inverseur de phase (100) est présenté, dans lequel le nombre de pièces est minimisé. L'inversion est réalisée par un ensemble comprenant un arbre (120) pouvant se déplacer en translation entre des bagues de contact (110). L'arbre (120) comprend des parties conductrices (122) permettant d'assurer la conduction électrique entre deux bagues adjacentes (110 i ) de sorte que dans une première position, la conduction est assurée entre une première (110 1 ) et une deuxième bague (110 2 ), et dans une deuxième position, la conduction est assurée entre une deuxième (110 2 ) et une troisième bague (110 3 ). Les bagues (110) sont alternativement reliées aux bornes d'entrée (L i ) et de sortie (T j ) du dispositif inverseur et les bagues d'extrémité (110 1 , 110 5 ) sont reliées entre elles de sorte qu'entre la première et la deuxième position, il y a inversion des phases.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne un dispositif permettant l'inversion du sens de marche d'un moteur électrique triphasé en inversant la connexion entre deux phases. Plus généralement, l'invention a trait à un dispositif mécanique d'inversion de la connexion entre paires de conducteurs.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Pour respecter leurs limites de fonctionnement, les moteurs sont associés à des systèmes de protection qui permettent, par exemple, d'isoler le moteur du réseau en actionnant un organe de coupure en cas de détection d'un court-circuit ou d'une surcharge. Des fusibles, disjoncteurs, relais de surcharge, ou des appareils offrant conjointement plusieurs types de protection ont ainsi été développés pour être associés aux départs des moteurs.
  • Par ailleurs, dans un moteur électrique triphasé, le sens de rotation du moteur est déterminé par la séquence des phases de la source d'alimentation électrique. Or, dans certaines applications, le moteur doit pouvoir fonctionner dans les deux sens, par exemple pour une vanne ou une pompe, un convoyeur ou un ascenseur, ou autre machine-outil. Pour obtenir le sens souhaité de démarrage du moteur, des dispositifs ont été conçus afin d'inverser la connexion entre deux des phases, la troisième restant inchangée.
  • Une solution est ainsi l'intégration de la fonction d'inversion dans le dispositif de commutation ou de protection : deux contacteurs/disjoncteurs conventionnels sont associés à l'aide d'une condamnation mécanique les verrouillant l'un et l'autre afin que l'activation simultanée des deux contacteurs soit interdite : voir par exemple FR 2 756 412 . Cette solution nécessite cependant un nombre de pièces important, avec doublement des dispositifs de coupure et système de verrouillage.
  • Pour la plupart des utilisations, le dispositif de coupure qui assure le démarrage et la protection du moteur est conservé, simplement associé en aval à un dispositif inverseur de phases (voir par exemple FR 2 586 325 ) ; il importe alors que le dispositif d'inversion n'empêche pas le redémarrage après activation des moyens de coupure et correction du défaut. En référence à la figure 1, le circuit 1 d'alimentation triphasée L1, L2, L3 du moteur 2, qui est muni dans le cadre illustré d'un dispositif de coupure amont 4, comprend trois bornes 6 de raccordement sur lesquels viennent se connecter trois bornes 8 du moteur 2 alimentant chacune des phases T1, T2, T3. Pour permettre une inversion du sens de rotation du moteur 2, un dispositif 10 inverseur se raccorde aux bornes 6, 8 de chaque ligne, et comprend des contacts 12, 14 à double ou simple coupure qui permettent, en fonction de leur position, de croiser deux des trois phases L1, L2 et T1, T2, l'une des phases L3-T3 étant conservée.
  • Pour interdire l'inversion des phases sous charge, l'inverseur 10 comprend usuellement des contacts auxiliaires 16 commandés par le dispositif de coupure 4 présent en amont et dont la position autorise ou non la commande 18 de l'inversion de phase, c'est-à-dire du mouvement des contacts 12, 14.
  • Pour assurer le passage du courant nominal du départ moteur et les tenues aux chocs et vibrations, les contacts 12, 14 du dispositif d'inversion 10 peuvent être munis de pastilles d'argent, et ils sont classiquement asservis par des ressorts. Qui plus est, comme les courants de forte intensité, et notamment les courants de court-circuit, ont tendance à écarter les pôles reliant les lignes d'alimentation L et de transmission T, pour assurer le fonctionnement en court-circuit, les contacts 12, 14 sont également pourvus d'un dispositif électromagnétique qui, sous l'effet du passage du courant de court-circuit entraîne une augmentation de la pression sur les contacts d'inversion de phases : voir par exemple FR 2 795 226 . Cette architecture nécessite ainsi un grand nombre de pièces et induit, de fait, un coût de revient élevé.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Parmi autres avantages, l'invention vise à optimiser la conception de dispositifs inverseurs de phase et notamment à diminuer le nombre de pièces afin de réduire leur coût. En dépit de cette simplification dans la conception, l'invention vise à conserver la tenue de l'inverseur à des courts-circuits de 10 kA, voire 50 kA, et notamment à tolérer des passages de courant de court-circuit pendant 2,5 ms.
  • Un dispositif inverseur selon l'invention comprend ainsi au moins deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie qui sont reliées à un ensemble d'inversion ; une troisième borne d'entrée et une troisième borne de sortie reliées de façon fixe par un conducteur peuvent être présentes.
  • L'ensemble d'inversion comprend des bagues multi-contacts destinées à être raccordées aux bornes d'entrée et de sortie. Une bague multi-contact utilisée dans un ensemble d'inversion pour un dispositif selon l'invention comprend une bague annulaire avec une surface interne et une surface externe qui peut être reliée à un circuit électrique. La surface interne de la bague est munie de lamelles ou autres éléments flexibles sollicités vers le centre de la bague de façon à assurer un contact avec une tige traversant la bague. Par ailleurs, la conduction électrique est assurée entre les lamelles et la surface externe et de préférence, la bague est conductrice.
  • L'ensemble d'inversion comprend en outre des moyens permettant de relier électriquement alternativement les bagues deux à deux ; lesdits moyens sont mobiles en translation et adaptés pour solliciter les lamelles internes des bagues.
  • Selon un premier mode de réalisation, l'ensemble d'inversion comprend un arbre mobile entre un groupe de cinq bagues multi-contacts séparées d'une distance sensiblement égale l'une de l'autre, ladite distance de séparation étant supérieure ou égale à l'épaisseur d'une bague prise selon son axe et dans le respect des distances d'isolement. L'arbre est isolant sur ses extrémités, et comprend deux parties conductrices séparées par une partie isolante, la longueur des parties conductrices étant supérieure ou égale à la distance séparant les lamelles de deux bagues, et la somme des longueurs d'une partie conductrice et de la partie isolante étant sensiblement égale à la distance séparant trois bagues. L'arbre est par ailleurs adapté pour pouvoir bouger aisément entre les bagues tout en conservant un contact entre sa surface externe et les lamelles des bagues.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, l'ensemble d'inversion comprend deux arbres mobiles chacun entre un groupe de trois bagues multi-contacts, séparées pour chaque groupe d'une distance sensiblement égale l'une de l'autre. Les arbres sont isolants sur leurs extrémités, et comprennent une partie conductrice dont la longueur est sensiblement identique à la distance séparant deux bagues du groupe dans lequel l'arbre est placé ; avantageusement, les parties conductrices des deux arbres et les distances séparant les bagues de chaque groupe sont identiques. Les arbres sont par ailleurs adaptés pour pouvoir bouger aisément entre les bagues tout en conservant un contact entre leur surface externe et les lamelles des bagues.
  • Avantageusement, les bagues des ensembles d'inversion sont identiques entre elles, et les parties conductrices des arbres sont formées par un revêtement, par exemple en cuivre ou en bronze, d'un arbre isolant qui peut être en polytétrafluoroéthylène pour minimiser les frictions ; de préférence, la surface externe de l'arbre est sensiblement plane.
  • Le mouvement de chaque arbre entre les bagues est translatif, et l'ensemble d'inversion est couplé à des moyens d'actionnement, par exemple un vérin, permettant à chaque arbre de prendre une première position et une deuxième position séparée de la première par une translation équivalente à la distance de séparation entre deux bagues du groupe dans lequel il est placé, et l'alternance du raccordement entre bornes d'entrée et de sortie.
  • Ainsi, dans le premier mode de réalisation, les moyens d'actionnement entraînent l'arbre d'une première position dans laquelle sa première partie conductrice relie une première bague d'extrémité à une deuxième bague adjacente, à une deuxième position dans laquelle sa première partie conductrice relie la deuxième bague adjacente à la bague centrale du groupe ; la deuxième partie conductrice subit le même déplacement entre les bagues de l'autre côté de la bague centrale. A partir d'une bague d'extrémité, quatre bagues sont reliées alternativement aux bornes d'entrée et de sortie du dispositif d'inversion par des conducteurs, avantageusement souples ; la cinquième bague d'extrémité est quant à elle couplée à la première bague d'extrémité par un élément conducteur. Ainsi, entre la première et la deuxième position de l'arbre, il y a inversion des raccordements entre les bornes d'entrée et de sortie.
  • Dans le deuxième mode de réalisation, le même résultat est obtenu par un entraînement par des moyens d'actionnement de chaque arbre d'une première position dans laquelle leur partie conductrice relie une première bague d'extrémité à la bague centrale et une deuxième position dans laquelle la partie conductrice relie la bague centrale à la deuxième bague d'extrémité ; les premières bagues d'extrémité sont reliées chacune à une borne d'entrée (respectivement de sortie) et les bagues centrales sont reliées chacune à une borne de sortie (respectivement d'entrée) par des conducteurs avantageusement souples ; les deuxième bagues d'extrémité de chaque groupe sont reliées par des éléments conducteurs à la première bague d'extrémité de l'autre groupe. De préférence, les arbres sont parallèles ; ils peuvent bouger dans le même sens, auquel cas les éléments conducteurs entre les deux groupes sont croisés, ou en sens inverse.
  • Avantageusement, le dispositif d'inversion comprend en outre des moyens de commande des moyens d'actionnement, par exemple associés à des contacts auxiliaires pouvant être couplés à un appareillage de coupure. De préférence, des capteurs sont prévus dans le dispositif d'inversion de façon à optimiser le fonctionnement des moyens de commande et des moyens d'actionnement. En particulier, un capteur de position peut déterminer si l'arbre est dans la première ou la deuxième position ; le capteur de position peut être un capteur de sens de rotation si les moyens d'actionnement entraînent l'arbre en rotation pour effectuer la translation. Des capteurs de charge et/ou du nombre de manoeuvres peuvent être associés au dispositif d'inversion selon l'invention.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • 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, déjà décrite, illustre un départ-moteur muni d'un inverseur de phase.
    • La figure 2 montre schématiquement une bague pouvant être utilisée dans un dispositif selon l'invention.
    • Les figures 3A et 3B montrent la première position et la deuxième position d'un ensemble d'inversion pour un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 4 représente un dispositif d'inversion selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 5 montre un autre ensemble d'inversion pour un dispositif selon l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE
  • Dans un dispositif inverseur 100 selon l'invention, les contacts entre les conducteurs de phase Li, Tj sont réalisés par l'intermédiaire de bagues multi-lames, également appelées bagues multi-contacts ou connecteurs cylindriques, ce qui permet, sans ajouter de pièces supplémentaires, d'assurer une pression de contact lors du passage du courant.
  • En particulier, tel qu'illustré en figure 2, une bague 110 utilisée dans le système de contact selon l'invention est raccordée par sa surface externe 112 à tout type de circuit, et est équipée sur sa face interne 114 de multiples lamelles flexibles conductrices 116, ou autres moyens faisant ressort, définissant un diamètre Ø116 inférieur au diamètre interne Ø114 de la bague 110. Cette configuration permet de raccorder, avec possibilité de mouvement relatif, une tige conductrice 120 localisée à l'intérieur de la bague 110, et de diamètre Ø120 compris entre les diamètres Ø114 et Ø116 définis par la face interne 114 et les lamelles 116 de la bague 110, et le circuit raccordé à la surface externe 112 par l'intermédiaire des lamelles 116 qui y sont connectées ; avantageusement, la bague 110 est entièrement conductrice. Selon le choix des matériaux et le guidage du mouvement relatif de la tige 120 et de la bague 110, le nombre de mouvements de translation entre les deux éléments 110, 120 peut être conséquent, et atteindre par exemple 1 million de manoeuvres.
  • Le dispositif 100 selon l'invention utilise pour principe d'inversion un mouvement en translation d'un arbre cylindrique 120 entre des bagues multi-contacts 110i ; l'arbre isolant 120, par exemple en polytétrafluoroéthylène, comprend pour l'application préférée deux parties conductrices 122 distantes des extrémités, par exemple un recouvrement en cuivre, étamé ou non, ou en bronze, séparées par une partie isolante 124 ; de préférence, pour éviter les usures, la surface externe des trois segments 1221, 124, 1222 est sensiblement plane. Cinq bagues 110i d'épaisseur h, de préférence identiques, sont alignées le long de l'arbre 120, séparées l'une de l'autre d'une distance d ; la longueur l des parties conductrices 1221, 1222 est supérieure à la distance séparant la partie des lamelles 116 définissant le diamètre inférieur ou égal à celui de l'arbre Ø120 de deux bagues adjacentes, et de préférence correspond sensiblement à la distance d + 2h séparant la première face d'une bague 110i et la face opposée de la bague adjacente 110i+1;la longueur l' de la partie isolante 124 est telle que la première face de chaque partie conductrice est séparée sensiblement de la distance 2d + 2h séparant trois bagues. Les bagues 110 sont alternativement reliées aux bornes d'entrée 106 et de sortie 108 de l'inverseur 100, avec l'une des bornes 1081, reliée aux deux bagues d'extrémité 1101, 1105 de l'alignement ; les deux bagues d'extrémité 1101, 1105 sont en outre reliées entre elles, par exemple par une tige ou une tresse conductrice 126.
  • L'ensemble d'inversion 130 illustré dans les figures 3 permet de clarifier le principe de fonctionnement. Dans une première position de l'arbre 120 illustrée en figure 3A, la première partie conductrice 1221 est localisée entre la première bague d'extrémité 1101 correspondant à la phase T1 du moteur 2 et la bague adjacente 1102 correspondant à la phase L1 d'alimentation ; la deuxième partie conductrice 1222 est localisée entre la bague centrale 1103 correspondant à la phase T2 du moteur 2 et la bague adjacente 1104 correspondant à la phase L2 d'alimentation. Dans la deuxième position de l'axe 120 illustrée en figure 3B, la première partie conductrice 1221 est localisée entre la bague 1102 correspondant à la phase L1 d'alimentation et la bague centrale 1103 correspondant à la phase T2 du moteur 2 ; la deuxième partie conductrice 1222 est localisée entre la deuxième bague d'extrémité 1105 correspondant à la phase T1 du moteur 2 et la bague adjacente 1104 correspondant à la phase L2 d'alimentation. Ainsi, entre la première et la deuxième position, il y a eu inversion de la connexion entre les phases.
  • La translation de l'arbre 120 peut être réalisée par tout moyen 132 adapté, par exemple de type moteur ou électroaimant ; le moyen d'actionnement 132 peut être bistable, ou il peut être monostable et combiné avec un système crémaillère. En outre, il est possible de réduire au maximum le coefficient de frottement bague 110/arbre 120, ce qui permet d'utiliser un actionneur à faible effort. En particulier, dans un mode de réalisation préféré illustré en figure 4, l'entraînement est réalisé par un vérin électrique 132.
  • Tel qu'illustré en figure 4, l'ensemble d'inversion 130 est logé dans un boîtier 134, qui est de préférence de forme et taille similaires à celles des appareils de protection 10 de la ligne 1 et de même système de montage, notamment pour un rail DIN. L'ensemble d'inversion 130, associé à ses moyens d'actionnement 132, est monté solidaire du boîtier 134, l'arbre 120 étant mis en place au sein de moyens de guidage 136 permettant un déplacement en translation à moindre jeu ne sollicitant pas les bagues 110 de façon inutile. Le boîtier 134 comprend, de façon classique, trois bornes d'entrée 106 et trois bornes de sortie 108 ; une borne d'entrée 1063 et une borne de sortie 1083 sont reliées entre elles par un conducteur fixe 138, par exemple une tresse ou une lamelle de cuivre. Les autres bornes 1061, 1062, 1081, 1082 sont reliées aux bagues 110i de l'ensemble d'inversion 130, avantageusement par des tresses souples 140 pour ne pas soumettre les bagues 110 aux efforts de serrage sur les bornes 106, 108 lors de l'assemblage électrique.
  • La conception du contact selon l'invention, par cylindre 120 et multiples lamelles 116, permet de se dispenser de tout ressort, ou autre, destiné à éviter la réouverture des contacts 12, 14 lors de répulsion due au passage de courant de court-circuit ; en particulier, le coût des bobine ou autre circuit magnétique disparaît. Par ailleurs, le moyen d'actionnement 132 de l'inverseur 100 peut être de taille réduite : il est ainsi possible d'intégrer l'ensemble d'inversion 130 selon l'invention dans un boîtier 134 de largeur L = 45 mm pour des applications jusqu'à 7000 A, voire au moins 10 kA, de court-circuit.
  • L'inverseur 100 selon l'invention comprend avantageusement un système de commande électronique 142 permettant de placer l'ensemble d'inversion 130 dans la première ou la deuxième position de façon contrôlée. La simplicité du mouvement impliquant le changement de phase permet une gestion optimale du temps d'inversion, de sorte que l'alimentation des moyens d'actionnement 132 et leur consommation peuvent être rationnalisées.
  • Afin d'éviter les manoeuvres en charge, les lignes amont L peuvent être dotées de capteurs de charge 154. Il est possible par ailleurs de doter l'inverseur 100 de capteurs permettant l'obtention d'informations supplémentaires au niveau de l'arbre 120 à moindre coût. Par exemple, un capteur 156 peut totaliser le nombre d'inversions, ce qui permet de connaître l'usure de l'ensemble d'inversion 130 pour assurer une maintenance préventive et limiter les temps d'arrêt. La position relative de l'arbre 120 peut être contrôlée par des capteurs de position 160 ; cette position relative permet de vérifier que la commande 142 n'est pas erronée et/ou redondante avec la dernière manoeuvre de l'ensemble d'inversion 130, et notamment servir à remplir la fonction de contact auxiliaire. Ces différents moyens, pris ensemble ou individuellement, permettent une optimisation du système de commande 142 et notamment, par une programmation adéquate d'interdire ou autoriser l'inversion de charge selon les cas.
  • Par ailleurs, en cas d'encombrement trop important, occasionné par exemple par une augmentation des distances d'isolement nécessaire et/ou une largeur h supérieure des bagues 110, il est possible de modifier l'ensemble d'inversion 130 selon l'invention pour une conception « à deux étages » illustrée en figure 5. Six bagues 110', 110" sont mises en place, en deux groupes, sur deux arbres 120', 120" comprenant chacun une partie conductrice 122', 122" ; avantageusement, les arbres 120', 120" sont parallèles, et les parties conductrices 122', 122" ont la même longueur. Deux bagues adjacentes 110' d'un premier (respectivement deuxième) groupe sont raccordées aux premières (respectivement deuxièmes) bornes d'entrée et de sortie 1061, 1081 (respectivement 1062, 1082) et les bagues d'extrémité de chaque groupe sont reliées entre elles. Les deux arbres 120', 120" peuvent être déplacés dans le même sens ou en sens opposé suivant les moyens d'actionnement 132. En particulier, dans le cadre illustré, les conducteurs 126' de liaison entre bagues 110', 110" de chaque groupe sont croisés ; en première position, les premières (respectivement deuxièmes) phases sont reliées entre elles, et dans une deuxième position dans laquelle les deux arbres 120, 120" bougent dans le même sens de la même distance, les phases sont croisées.
  • Le dispositif 100 selon l'invention permet ainsi de réaliser une fonction d'inversion de deux phases par un nombre limité de pièces, diminuant le coût de montage du dispositif. Qui plus est, la conception permet l'utilisation de certaines pièces plusieurs fois, ce qui réduit encore les coûts de réalisation : par exemple, cinq bagues identiques pour l'inversion de deux phases.
  • Bien que l'invention ait été décrite en référence à un dispositif pour inverser deux phases au démarrage d'un moteur triphasé, elle ne s'y limite pas : d'autres éléments peuvent être concernés par l'invention ; par exemple, la conception du dispositif selon l'invention est adaptée pour une inversion du courant monophasé, en supprimant la troisième phase. En particulier, le dispositif selon l'invention est adapté pour les freinages électriques à contre-courant et/ou par inversion du sens de marche des moteurs asynchrones triphasés. Le dispositif selon l'invention peut également être adapté, par exemple en alignant sept ou huit bagues et en les reliant de façon adaptée, pour les passages de la configuration « étoile » à la configuration « triangle » de démarrage des moteurs triphasés.

Claims (10)

  1. Dispositif d'inversion de phase (100) comprenant :
    - une première et une deuxième borne d'entrée (106i) ;
    - une première et une deuxième borne de sortie (108i) ;
    - un ensemble d'inversion comprenant des bagues conductrices (110) comprenant chacune des lamelles de contact (116) flexibles sur sa surface interne (114) et des moyens pour relier entre elles deux à deux les bagues conductrices (110), lesdits moyens (120) étant mobiles en translation au sein des bagues (110) pour alterner les raccordements entre les bagues (110) ;
    - des conducteurs (140) reliant chacune des bornes (106, 108) à une bague (110) ;
    - des moyens d'actionnement (132) pour opérer la translation des moyens (120) reliant les bagues conductrices (110) ;
    - lesdits moyens d'actionnement (132) permettant l'alternance entre le raccordement des premières et deuxième bornes (106i, 108i) et la connexion des premières bornes (106i) avec les deuxièmes bornes (1081).
  2. Dispositif d'inversion de phase (100) selon la revendication 1 dans lequel l'ensemble d'inversion comprend :
    - un arbre (120) comprenant deux parties conductrices (122) de longueur (1) sensiblement identiques séparées par une partie isolante (124) ;
    - cinq bagues conductrices (110) placées autour de l'arbre (120) et adaptées pour que l'arbre (120) soit mobile en translation avec les lamelles (116) en contact avec la surface externe de l'arbre (120) ;
    - un élément conducteur (126) raccordant les deux bagues d'extrémité (1101, 1105) ;
    et dans lequel :
    - les conducteurs (140) relient deux bagues adjacentes (110i, 110i+1) alternativement à une borne d'entrée (106) et une borne de sortie (108) ;
    - les moyens d'actionnement (132) permettant à l'arbre (120) de prendre une première position dans laquelle la première partie conductrice (1221) de l'arbre (120) relie une première bague d'extrémité (1101) et la deuxième bague adjacente (1102), et une deuxième position dans laquelle la première partie conductrice (1221) relie ladite deuxième bague adjacente (1102) et la bague centrale (1103).
  3. Dispositif d'inversion de phase (100) selon la revendication 1 dans lequel l'ensemble d'inversion comprend :
    - un premier et un deuxième arbre isolant (120', 120") comprenant chacun une partie conductrice (122', 122") ;
    - un premier et un deuxième groupes de trois bagues conductrices (110', 110"), les bagues du premier, respectivement deuxième, groupe (110') étant placées autour du premier, respectivement deuxième, arbre (120') de sorte que l'arbre (120') soit mobile en translation avec les lamelles (116) en contact avec la surface externe de l'arbre (120'), les bagues du premier, respectivement deuxième, groupe (110') étant en outre séparées l'une de l'autre d'une distance (d) sensiblement égale à la longueur (1) de la partie conductrice (122', 122") du premier, respectivement deuxième, arbre (120', 120") ;
    - deux éléments conducteurs (126') raccordant les bagues d'extrémité de chaque groupe entre elles ;
    et dans lequel :
    - les conducteurs relient les premières bornes (1061, 1081) à deux bagues (110'i, 110'i+1 adjacentes du premier groupe et les deuxièmes bornes (1062, 1082) à deux bagues adjacentes du deuxième groupe (110"i, 110" i+1) ;
    - les moyens d'actionnement (132) permettent aux arbres (120', 120") de prendre une première position dans laquelle la partie conductrice (122') de chaque arbre (120') relie une bague d'extrémité et la bague centrale, et une deuxième position dans laquelle la partie conductrice relie l'autre bague d'extrémité et la bague centrale.
  4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel les deux arbres (120', 120") sont parallèles et leurs parties conductrices 122', 122") sont de même longueur (1).
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les bagues (110) sont identiques entre elles.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'arbre (120) est isolant et comprend deux anneaux de revêtement formant les parties conductrices (122).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel les conducteurs (140) reliant les bornes (106, 108) aux bagues (110) sont au moins partiellement souples.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant en outre une troisième borne d'entrée (1063) et une troisième borne de sortie (1064) reliées entre elles par un conducteur (138).
  9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant en outre des moyens de commande (142) des moyens d'actionnement (132).
  10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 comprenant en outre des capteurs (156) (160) permettant de déterminer la position de l'arbre (120).
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