EP3349231B1 - Contacteur électromécanique - Google Patents

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EP3349231B1
EP3349231B1 EP17151114.0A EP17151114A EP3349231B1 EP 3349231 B1 EP3349231 B1 EP 3349231B1 EP 17151114 A EP17151114 A EP 17151114A EP 3349231 B1 EP3349231 B1 EP 3349231B1
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EP
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coil
secondary coil
arc
contactor
zone
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EP3349231A1 (fr
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Alain Portier
Omer KARAAGAC
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Publication date
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/44—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/001—Functional circuits, e.g. logic, sequencing, interlocking circuits
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    • H01H2009/0083—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00 using redundant components, e.g. two pressure tubes for pressure switch

Definitions

  • the present invention relates to the field of electromechanical contactors, suitable in particular, but not exclusively, for the protection of high-voltage electrical installations such as, for example, those used in railway transport networks.
  • Known electromechanical contactors usually include at least one fixed pole and at least one movable pole. These poles are in contact to let the current flow and are separated to interrupt it.
  • An electromechanical actuator is usually used to move the moving contact away from the stationary contact. An electric arc is then created between the two contacts, which must be extinguished as efficiently as possible.
  • the known means for extinguishing this electric arc include devices for electromagnetically blowing the arc towards means configured to separate and disperse the arc into a multitude of arcs which end up being extinguished.
  • Electromagnetic blowing results from the effect of the Lorentz force produced by a magnetic field on the arc current, the magnetic field being able to be created by a permanent magnet or by a coil traversed by a current of intensity adapted to the current. desired effect.
  • the existing devices do not make it possible to ensure satisfactory continuity of the blowing effect over the entire spectrum of intensities considered, from very low intensity to higher intensities.
  • the document DE 201 05 432 U1 discloses an electromechanical contactor intended to interrupt or allow a direct current to flow in a circuit, comprising secondary arc blow-out coils (within the meaning of the invention), two blow-out zones, and arc guides.
  • EP 2 230 678 81 discloses an electromechanical contactor intended to interrupt or allow a direct current to flow in a circuit, comprising main and secondary coils (within the meaning of the invention) for arc blowing, two blowing zones, and arc guides.
  • the present invention aims to solve all or part of the drawbacks mentioned above.
  • the invention relates to a contactor according to claim 1.
  • the direction of the current in the at least one secondary coil is determined by the direction of the current in the contactor circuit.
  • the contactor represented on the figure 1 is inserted between terminals 1, 2 of a main circuit supplied with voltages which may be between 0 and 3000 V, preferably between 0 and 1500 V, the dimensions of which allow the contactor to be placed inside a rectangular parallelepiped approximately 350 mm long, by 250 mm wide, and 70 mm thick, according to one embodiment of the invention.
  • the contactor according to the embodiment of the invention described in detail below is symmetrical with respect to a plane of symmetry passing through the axis AA' represented on the figure 1 and perpendicular to the cutting plane of the figure 1 .
  • the description below may not systematically detail the configuration of the contactor on each side of this plane of symmetry, but those skilled in the art will understand that everything that is described on one side of this plan is found identically on the other side.
  • the contactor comprises an electromechanical switching device provided with a movable contact support 3 and a fixed contact support 4, 5 on each side of the aforementioned plane of symmetry.
  • the mobile contact support is a bridge which moves in translation in the direction of the arrow 6 indicated on the figure 1 ; this bridge carries two contact pads 31, 32, which will be called poles 31, 32 in the remainder of the description; the poles 31,32, depending on the position of the movable contact support, make or break contact with two corresponding poles 41, 51 located respectively on the two fixed contact supports.
  • Each fixed contact support 4, 5 is electrically connected to a terminal of the main circuit 1, 2 by a first end. At the other end of each fixed contact support, in its extension, is positioned an electric arc guide 7, 8, made of conductive material.
  • One end of the arc guide 7, 8 is located close to, but not in electrical contact with the second end of the fixed contact support 4, 5, in the extension of which it is located; the other end of the arc guide joins an electric arc extinguishing zone, which notably comprises extinguishing fins 9, 10 made of ferromagnetic material.
  • FIG. 3 illustrates the means which ensure the displacement of the mobile contact support 3, in order on the one hand to close the main circuit by bringing the corresponding poles of the fixed contact support into electrical contact with those of the mobile contact support, on the other hand to open the main circuit separating the corresponding poles of the fixed contact support and those of the movable contact support.
  • the movable contact support 3 is inserted between two substantially parallel walls of a hollow slider 11 of substantially parallelepipedic shape, closed at the top by an upper face transverse to the axis of symmetry of the slider, at the bottom by a lower face transverse to the axis of symmetry of the slider, and at an intermediate level between the top and the bottom, by an intermediate plane transverse 12 to the axis of symmetry of the slider; the mobile contact support 3 rests on this intermediate plane 12, against which it is pressed by the pressure of a spring 16, one end of which rests on the mobile contact support, and the other end of which rests on the upper face of the slider.
  • the slider is secured to a mobile ferromagnetic part 13 fixed to its lower base.
  • This mobile ferromagnetic part 13 cooperates with an induction coil 14, called actuation coil 14, powered by a second circuit independent of the main circuit.
  • An electronic supply board 33 of the actuating coil regulates the voltage and intensity of this supply.
  • This electronic card and the regulation it provides not only make it possible to size the actuation device as precisely as possible, thus considerably reducing the volume and weight of the contactor assembly, but also to directly process the intensity of the current. in this coil to implement a second embodiment of the detector according to the invention which will be described in more detail below.
  • the electronic card 33 can also, as is the case in the embodiment shown in the appended figures, be split into a part 33 more particularly dedicated to the supply of the actuating coil, and a part 33bis, bringing together more specifically the components described in more detail below.
  • This actuating coil when energized, draws part 13 and slider 11 which are integrally movable downwards until the upper head of this movable part 13 comes into contact with a second fixed ferromagnetic part, integral the actuating coil; the lower base of the slider then crushes at least one spring 15 which bears by its upper end on a part of the lower base of the slider, and whose lower end bears against the bottom of the contactor.
  • This downward translation of the slider also drives the movable contact carrier downwards until the poles of the movable contact carrier come into contact with their counterparts on each fixed contact carrier.
  • the at least one spring 15 under the lower base of the slider extends and pushes the slider upwards, together with the spring 16 which simultaneously extends and adds its own pressure on the slider, to that exerted by the at least one spring 15, until the mobile contact support 3 abuts on the intermediate plane 12 of the slider as shown figure 5 ; during this first part of the upward movement of the slider, the poles of the mobile contact support 3 remained in contact with the poles of the fixed contact supports; under the effect of at least one spring 15, the slider then continues its upward movement by driving, in this second part of its upward movement, the movable contact support, the poles of which then only begin to separate from their homologous poles on the two fixed contact supports.
  • the detection of the moment of separation of the fixed and mobile poles is carried out by means of a photoelectric sensor 34 fixed to the power supply board 33bis.
  • This sensor 34 is positioned in such a way as to be able to accommodate and cooperate with the end 35 of a protrusion integral with the slider.
  • the end 35 is inserted inside a suitable recess of the sensor 34, as shown figure 8 , so that the photoelectric cell of the sensor 34 detects the presence of the end of the slider.
  • the upward movement of the slider, as described above, causes this end 35 of the sensor 34 to come out, which the photoelectric cell immediately detects.
  • the precise moment of the separation of the two fixed and mobile poles is detected thanks to a processing of the temporal evolution profile of the current in the actuating coil 14 of the slider 11.
  • the electronic supply board 33 of the actuating coil 14 which ensures the voltage regulation and intensity of this power supply makes it possible to directly process the intensity of the current in this coil to implement this second embodiment of the detector according to the invention.
  • FIG 6 represents the time on the abscissa, and the ordinate U the supply voltage of the actuation coil, and I the intensity of the supply current of the actuation coil.
  • Curve 64, stepping represents the change in voltage U as a function of time; at time T1, the voltage U is canceled in the actuation coil.
  • Curve 61 represents the evolution of the current which crosses the actuating coil from T1; the intensity begins by decreasing, due to the presence of a freewheel diode across the terminals of the actuating coil, to reach a first low point at T2. This low point marks the moment when the magnetic attraction force of the slider towards the actuating coil 14 becomes lower than the thrust force exerted on the slider 11 in the opposite direction by the at least one spring 15 and the spring 16.
  • T2 therefore marks the beginning of the upward movement of the slider, under the effect of the differential between the pressure exerted on the slider upwards by the springs 15 and 16 and the attraction exerted on the slider in the opposite direction by the coil d actuation 14; this movement moves the slider from the position shown on the figure 4 at the position shown on the figure 5 , which it reaches at time T3, then at the position represented on the picture 3 . It is at instant T3 that it is appropriate to trigger the blowing of the secondary coil 19, 20.
  • This instant T3 is offset from T2 by a constant delay linked to the travel time of the slider between the position represented in figure 4 up to that shown in figure 5 ; this constant T3-T2 is determined empirically by calibration tests of the device.
  • An appropriate electronic circuit is arranged on the electronic control-command board of the actuating coil 14 and makes it possible to process the measurement of the intensity of the current by detecting the instant of appearance T2 of the low point of the intensity curve, and to deduce T3 therefrom. Thus it is possible to optimally synchronize the start of the action of blowing the electric arc with the appearance of this electric arc between the fixed and mobile poles.
  • a so-called secondary coil 19, 20 is positioned under each fixed contact piece.
  • the supply of the secondary coils is independent of that of the main coils. It is ensured by a capacitor 38 placed under the card 33bis electronics which controls the supply of at least one secondary coil 19.20.
  • the supply of the load of the capacitor 38 can be carried out by applying to the latter, as well as to the at least one secondary coil 19, 20, a voltage lower than, but derived from that which is applied to the actuating coil 14. This justifies dedicating a distinct part 33bis of the electronic card 33 to this function.
  • capacitor 38 is charged by a voltage derived from that which supplies actuating coil 14 when the latter keeps the contactor closed; this charging is carried out in a very short time, typically less than 1 second, as soon as the contactor is closed.
  • the discharge of the capacitor 38 which will supply the at least one secondary coil 19,20 is triggered by the component 42, called the trigger here, preferably a MOSFET bridge, at the instant which will have been determined as indicated above by the detector 34, after application of an appropriate delay by component 41 to take account, if necessary, of the offset T3-T2 indicated above.
  • the trigger 42 which ensures the triggering of the discharge of the capacitor, also determines the direction of the discharge current according to the direction of the current in the contactor as measured by the device 39.
  • Each secondary coil 19, 20 is associated with a pair of flat ferromagnetic plates 21, 22 which face each other on either side of the coil and which are interconnected by a core 36, 37, also ferromagnetic and located at the inside the coil.
  • There figure 1 represents only one of the two ferromagnetic plates of each pair associated with the coil, as well as the core. The second piece faces the first in a plane parallel to the cutting plane in the figure.
  • These pairs of plates 21,22, associated with each secondary coil will also be called pairs of secondary plates 21,22.
  • This pair of secondary plates 21, 22 is intended, when the secondary coil 19, 20 is energized, to promote the creation of a magnetic field in a direction transverse to the cutting plane of the figure 1 , between the two parts of this pair of secondary plates.
  • This magnetic field is configured to interact with the arcing current created between the separated poles to create a directed force depending on the direction of the current and the direction of the magnetic field induced by the secondary coil.
  • the direction of the magnetic field induced by the secondary coil is itself a function of the direction of the current which crosses this coil.
  • a known electronic device 39 is provided to detect the direction of the current in the main circuit and to accordingly fix the direction of the current which is discharged from the capacitor 38 to cross the secondary coil 19 so that the direction of the magnetic field induced by the secondary coil 19 between the two parts of the pair of secondary plates 21 blows the arc current in the direction 23 of the zone of extinguishing the arc 9.
  • the extension of the zone of influence of the magnetic field produced by a secondary coil stops at the limit of the ferromagnetic part associated with this coil. During its movement towards this limit, the arc lengthens, until it is extinguished if the intensity of the arc current is low.
  • the dimensioning of the at least one secondary coil and of its ferromagnetic core makes it possible to ensure an almost constant field between the plates for a duration of approximately 30 to 70 ms; this duration is consistent with the arc extinction duration for contactors whose circuit has a high time constant, greater than 15 ms.
  • the extension zone of the blowing of the secondary coil is configured so that arcing currents of low intensity, typically less than 1 or even 2 A, are extinguished under the sole effect of the magnetic blowing due to the secondary coil 19, without that it is necessary to blow them up to the zone of the extinguishing fins of the arcs of greater intensity.
  • predetermined threshold of extinction If the intensity of the arcing current is greater than a certain predetermined threshold, which we will call “predetermined threshold of extinction”, the arcing current will not be extinguished before having reached, in the direction 23, the limit of the surface of the ferromagnetic plates 21 associated with the coil 19. In this case, before the arc reaches this limit, the arc current will have begun to supply a main coil 24, 25, which is located from this made in series in the main circuit.
  • This main coil is placed above the movable pole 31, 32 on the movable contact support 3, between this pole 31, 32 and a second arc guide 26, 27 which delimits with the first arc guide 7, 8 the blowing zone towards the extinguishing fins 9, 10 of the high intensity arcs; this main coil 24 is in electrical contact at one of these ends with this second arc guide 26 and at the other end with the second main coil 25 of the contactor, so that the main current arriving through one of the parts of fixed contact 4 jumps towards the first arc guide 7 in the extension of this fixed contact part then, following the electric arc initially blown by the effect of the secondary coil 19 up to the limits of the first plate secondary 21 associated with this secondary coil 19, joins the second arc guide 26 to which the main coil 24 is connected and continues its path towards the second main coil 25 of the second part of the symmetrical contactor of the first.
  • each coil main 24, 25 is associated with a ferromagnetic core and a pair of ferromagnetic plates, called main, 28, 29 to promote the creation of a magnetic field in the same direction as that induced by the secondary coil 19, but in a zone which extends the blast area of the secondary coil.
  • the at least one pair of main plates 28,29 is arranged in the extension of the at least one pair of secondary plates 21,22 associated with the at least one secondary coil, so that the distance between their respective edges is between 2 and 4mm.
  • the at least one main coil 24,25 and their ferromagnetic core is sized to ensure, when it is traversed by a current of intensity at least equal to the "predetermined extinction threshold" mentioned above, a field magnetic between the plates of the at least one pair of plates 28, 29 of sufficient intensity to continue the elongation of the arc beyond the limit of the zone of influence of the at least one secondary coil 19,20 corresponding.
  • the "predetermined extinction threshold” which characterizes the intensity of the arcing current below which the arc lengthens and is extinguished under the effect of the secondary coil alone before having reached the zone of influence of the main coil, varies in the opposite direction to the voltage at the terminals of the contactor: the higher the voltage, the lower the intensity corresponding to this "predetermined extinction threshold”.
  • the “predetermined extinction threshold” chosen for the sizing of the at least one secondary and main coil is that corresponding to the highest voltage allowed at the terminals of the contactor.

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Description

  • La présente invention concerne le domaine des contacteurs électromécaniques, adaptés notamment, mais pas exclusivement, à la protection des installations électriques à hautes tensions telles que, par exemple, celles utilisées dans les réseaux de transports par voies ferrées.
  • Ces réseaux nécessitent l'utilisation de tensions continues comprises habituellement entre 750 et 3000 V. Un contacteur électromécanique est nécessaire pour permettre d'interrompre ou laisser passer le courant. Il est de plus en plus fréquent que le courant soit bidirectionnel, et que son intensité varie de 0 ampères jusqu'à une valeur nominale.
  • Les contacteurs électromécaniques connus comprennent habituellement au moins un pôle fixe et au moins un pôle mobile. Ces pôles sont en contact pour laisser passer le courant et sont séparés pour interrompre celui-ci. Un actionneur électromécanique est habituellement utilisé pour déplacer le contact mobile de manière à le séparer du contact fixe. Un arc électrique se crée alors entre les deux contacts, qui doit être éteint le plus efficacement possible.
  • Les moyens connus pour éteindre cet arc électrique comprennent des dispositifs de soufflage électromagnétique de l'arc vers des moyens configurés pour séparer et disperser l'arc en une multitude d'arcs qui finissent par s'éteindre. Le soufflage électromagnétique résulte de l'effet de la force de Lorentz produite par un champ magnétique sur le courant de l'arc, le champ magnétique pouvant être créé par un aimant permanent ou par une bobine traversée par un courant d'intensité adaptée à l'effet recherché. Pour que l'effet recherché soit obtenu quelque soit la direction du courant dans l'arc électrique, il est notamment connu d'adapter en temps-réel la direction du courant dans la bobine de soufflage à la direction du courant dans l'arc électrique. En revanche, les dispositifs existants ne permettent pas d'assurer une continuité satisfaisante de l'effet de soufflage sur tout le spectre des intensités considérées, de la très basse intensité jusqu'aux intensités plus élevées.
  • Le document DE 201 05 432 U1 divulgue un contacteur électromécanique destiné à interrompre ou à laisser passer un courant continu dans un circuit, comprenant des bobines secondaires (au sens de l'invention) de soufflage d'arc, deux zones de soufflage, et des guides d'arc.
  • Le document EP 2 230 678 81 divulgue un contacteur électromécanique destiné à interrompre ou à laisser passer un courant continu dans un circuit, comprenant des bobines principales et secondaires (au sens de l'invention) de soufflage d'arc, deux zones de soufflage, et des guides d'arc.
  • La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus.
  • A cet effet, l'invention porte sur un contacteur selon la revendication 1.
  • Selon un aspect de l'invention, le sens du courant dans la au moins une bobine secondaire est déterminé par le sens du courant dans le circuit du contacteur.
  • L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en références aux dessins annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de l'invention.
    • Figure 1 est une vue en coupe schématique d'un contacteur selon l'invention.
    • Figure 2 est une vue de dessus du même contacteur.
    • Figure 3 est une vue schématique du coulisseau qui assure le déplacement de le support de contact mobile ; cette vue présente cette partie du dispositif en position circuit ouvert.
    • Figure 4 est une vue schématique du coulisseau qui assure le déplacement du support de contact mobile ; cette vue présente cette partie du dispositif en position circuit complètement fermé, après la mise en compression des pôles.
    • Figure 5 est une vue schématique du coulisseau qui assure le déplacement de le support de contact mobile ; cette vue présente cette partie du dispositif en position circuit fermé au moment précis où les pôles entrent en contact, avant leur mise en compression.
    • Figure 6 représente le profil d'évolution temporelle du courant dans la bobine d'actionnement des pôles mobiles lors de la coupure de son alimentation.
    • Figure 7 est une vue en perspective du coulisseau et du capteur photoélectrique selon un mode de réalisation de l'invention, avec le contacteur en position ouverte.
    • Figure 8 est la même vue que la figure 7, avec ce contacteur en position fermée.
    • Figure 9 est une vue en coupe agrandie autour de la carte de contrôle-commande de la bobine d'actionnement, de la bobine secondaire et du dispositif de détection du sens du courant dans le contacteur.
  • Le contacteur représenté sur la figure 1 est inséré entre les bornes 1, 2 d'un circuit principal alimenté en tensions qui peuvent être comprises entre 0 et 3000 V, de préférence entre 0 et 1500 V, dont les dimensions permettent d'inscrire le contacteur à l'intérieur d'un parallélépipède rectangulaire d'environ 350 mm de longueur, par 250 mm de largeur, et 70 mm d'épaisseur, selon un mode de réalisation de l'invention.
  • Le contacteur selon le mode de réalisation de l'invention décrit en détail ci-dessous est symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par l'axe AA' représenté sur la figure 1 et perpendiculaire au plan de coupe de la figure 1. La description ci-dessous pourra ne pas détailler systématiquement la configuration du contacteur de chaque côté de ce plan de symétrie, mais l'homme du métier comprendra que tout ce qui est décrit d'un côté de ce plan se retrouve identiquement de l'autre côté.
  • Le contacteur comprend un organe de coupure électromécanique muni d'un support de contact mobile 3 et d'un support de contact fixe 4, 5 de chaque côté du plan de symétrie précité.
  • Le support de contact mobile est un pont qui se déplace en translation dans le sens de la flèche 6 indiquée sur la figure 1; ce pont porte deux pastilles de contact 31, 32 , qu'on appellera pôles 31, 32 dans la suite de la description ; les pôles 31,32, selon la position de le support de contact mobile, établissent ou interrompent le contact avec deux pôles correspondants 41, 51 situés respectivement sur les deux supports de contacts fixes. Chaque support de contact fixe 4, 5 est raccordée électriquement à une borne du circuit principal 1, 2 par une première extrémité. A l'autre extrémité de chaque support de contact fixe, dans son prolongement, est positionné un guide d'arc électrique 7, 8, en matériau conducteur. Une extrémité du guide d'arc 7, 8 est située à proximité de, mais pas en contact électrique avec la deuxième extrémité du support de contact fixe 4, 5, dans le prolongement de laquelle elle se trouve ; l'autre extrémité du guide d'arc rejoint une zone d'extinction de l'arc électrique, qui comprend notamment des ailettes d'extinction 9, 10 en matériau ferromagnétique.
  • La figure 3 illustre le moyen qui assure le déplacement du support de contact mobile 3, pour d'une part fermer le circuit principal en mettant en contact électrique les pôles correspondants du support de contact fixe avec ceux du support de contact mobile, d'autre part ouvrir le circuit principal séparant les pôles correspondants du support de contact fixe et ceux du support de contact mobile. Le support de contact mobile 3 est inséré entre deux parois sensiblement parallèles d'un coulisseau 11 creux de forme sensiblement parallélépipédique, fermé en haut par une face supérieure transversale à l'axe de symétrie du coulisseau, en bas par une face inférieure transversale à l'axe de symétrie du coulisseau, et à un niveau intermédiaire entre le haut et le bas, par un plan intermédiaire transversal 12 à l'axe de symétrie du coulisseau ; le support de contact mobile 3 repose sur ce plan intermédiaire 12, sur lequel il est plaqué par la pression d'un ressort 16 dont une première extrémité s'appuie sur le support de contact mobile, et dont l'autre extrémité s'appuie sur la face supérieure du coulisseau.
  • Le coulisseau est solidaire d'une partie ferromagnétique mobile 13 fixée à sa base inférieure. Cette partie ferromagnétique mobile 13 coopère avec une bobine à induction 14, dite bobine d'actionnement 14, alimentée par un deuxième circuit indépendant du circuit principal. Une carte électronique d'alimentation 33 de la bobine d'actionnement assure la régulation en tension et en intensité de cette alimentation. Cette carte électronique et la régulation qu'elle assure, permettent non seulement de dimensionner au plus juste le dispositif d'actionnement en réduisant ainsi considérablement le volume et le poids de l'ensemble du contacteur, mais également de traiter directement l'intensité du courant dans cette bobine pour mettre en oeuvre un deuxième mode de réalisation du détecteur selon l'invention qui sera décrit plus en détail ci-après. La carte électronique 33 peut également, comme c'est le cas dans le mode de réalisation représenté sur les figures annexées, être scindée en une partie 33 plus particulièrement dédiée à l'alimentation de la bobine d'actionnement, et une partie 33bis, rassemblant plus spécialement les composants décrits plus en détails ci-dessous.
  • Cette bobine d'actionnement, lorsqu'elle est alimentée, attire vers le bas la partie 13 et le coulisseau 11 solidairement mobiles jusqu'à ce que la tête supérieure de cette partie mobile 13 vienne au contact d'une seconde partie ferromagnétique fixe, solidaire de la bobine d'actionnement; la base inférieure du coulisseau écrase alors au moins un ressort 15 qui s'appuie par son extrémité supérieure sur une partie de la base inférieure du coulisseau, et dont l'extrémité inférieure est en appui sur le fond du contacteur. Cette translation vers le bas du coulisseau entraine vers le bas également le support de contact mobile jusqu'à ce que les pôles du support de contact mobile entrent en contact avec leurs homologues sur chaque support de contact fixe. Lorsque ce contact est établi le mouvement vers le bas du coulisseau se poursuit de manière à ce que le ressort placé à l'intérieur du coulisseau entre le support de contact mobile et la face supérieure du coulisseau soit suffisamment comprimé pour exercer une pression appropriée sur le support de contact mobile comme indiqué sur la figure 4. Dans cette configuration du contacteur, en position circuit fermé, la position du support de contact mobile relativement au coulisseau est décalée d'une distance d au-dessus de sa position lorsque le contacteur est en configuration circuit ouvert. Cette distance caractérise la course de compression des contacteurs, i.e. la distance que doit effectuer le coulisseau à partir de l'instant où les pôles arrivent en contact et jusqu'à la fermeture complète du contacteur.
  • Lorsque l'alimentation de la bobine d'actionnement 14 est coupée, le au moins un ressort 15 sous la base inférieure du coulisseau se déploie et repousse le coulisseau vers le haut, ainsi que le ressort 16 qui se déploie simultanément et ajoute sa propre pression sur le coulisseau, à celle exercée par le au moins un ressort 15, jusqu'à ce que le support de contact mobile 3 vienne buter sur le plan intermédiaire 12 du coulisseau comme indiqué figure 5; au cours de cette première partie du mouvement vers le haut du coulisseau, les pôles du support de contact mobile 3 sont restés en contact avec les pôles des supports de contact fixes ; sous l'effet du au moins un ressort 15, le coulisseau poursuit ensuite son mouvement vers le haut en entraînant, dans cette deuxième partie de son mouvement vers le haut, le support de contact mobile, dont les pôles commencent alors seulement à se séparer de leurs pôles homologues sur les deux supports de contact fixes.
  • A partir de ce moment, un arc électrique 17, 18 commence à se former entre le pôle de chaque pièce de contact fixe et son pôle correspondant sur le support de contact mobile.
  • C'est à ce moment précisément qu'il convient de déclencher l'action de soufflage de l'arc afin de l'éteindre.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la détection du moment de la séparation des pôles fixes et mobile, est réalisée grâce à un capteur photoélectrique 34 fixé sur la carte d'alimentation 33bis. Ce capteur 34 est positionné de manière à pouvoir accueillir et coopérer avec l'extrémité 35 d'une excroissance solidaire du coulisseau. Lorsque le coulisseau se trouve dans la position représentée schématiquement sur la figure 4, l'extrémité 35 se trouve insérée à l'intérieur d'un renfoncement adapté du capteur 34, comme cela est illustré figure 8, de sorte que la cellule photoélectrique du capteur 34 détecte la présence de l'extrémité du coulisseau. Le mouvement du coulisseau vers le haut, tel que décrit précédemment, a pour effet de faire sortir cette extrémité 35 du capteur 34, ce que la cellule photoélectrique détecte aussitôt. En dimensionnant l'épaisseur de l'extrémité 35 du coulisseau qui coopère avec le capteur, et en calibrant de manière appropriée un délai de retard à partir de la détection par le capteur du début mouvement vers le haut du coulisseau, il est possible d'en déduire précisément le moment où le coulisseau sera dans la position correspondant à la figure 5 et où les pôles fixes et mobiles vont se séparer. Ainsi il est possible de synchroniser de manière optimale le début de l'action de soufflage de l'arc électrique avec l'apparition de cet arc électrique entre les pôles fixes et mobiles.
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le moment précis de la séparation des deux pôles fixes et mobiles est détecté grâce à un traitement du profil d'évolution temporelle du courant dans la bobine d'actionnement 14 du coulisseau 11. Comme cela a déjà été indiqué plus haut, la carte électronique d'alimentation 33 de la bobine d'actionnement 14, qui assure la régulation en tension et en intensité de cette alimentation permet de traiter directement l'intensité du courant dans cette bobine pour mettre en oeuvre ce deuxième mode de réalisation du détecteur selon l'invention. La figure 6 représente en abscisse le temps, et ordonnée U la tension d'alimentation de la bobine d'actionnement, et I l'intensité du courant d'alimentation de la bobine d'actionnement. La courbe 64, en marche d'escalier, représente l'évolution de la tension U en fonction du temps ; à l'instant T1, la tension U est annulée dans la bobine d'actionnement. La courbe 61 représente l'évolution du courant qui traverse la bobine d'actionnement à partir de T1; l'intensité commence par décroître, à cause de la présence d'une diode roue-libre aux bornes de la bobine d'actionnement, pour atteindre un premier point bas à T2. Ce point bas, marque le moment où la force d'attraction magnétique du coulisseau vers la bobine d'actionnement 14 devient inférieure à la force de poussée exercée sur le coulisseau 11 en sens opposé par le au moins un ressort 15 et le ressort 16. T2 marque donc le début du mouvement du coulisseau vers le haut, sous l'effet du différentiel entre la pression exercée sur le coulisseau vers le haut par les ressorts 15 et 16 et l'attraction exercée sur le coulisseau en sens opposé par la bobine d'actionnement 14; ce mouvement déplace le coulisseau de la position représentée sur la figure 4 à la position représentée sur la figure 5, qu'il atteint à l'instant T3, puis à la position représentée sur la figure 3. C'est à l'instant T3 qu'il convient de déclencher le soufflage de la bobine secondaire 19, 20. Cet instant T3 est décalé de T2 d'un retard constant lié au temps de déplacement du coulisseau entre la position représentée à la figure 4 jusqu'à celle représentée à la figure 5 ; cette constante T3-T2 est déterminée de manière empirique par des essais d'étalonnage du dispositif. Un circuit électronique approprié, connu par l'homme du métier, est disposé sur la carte contrôle-commande électronique de la bobine d'actionnement 14 et permet de traiter la mesure de l'intensité du courant en détectant l'instant d'apparition T2 du point bas de la courbe d'intensité, et d'en déduire T3. Ainsi il est possible de synchroniser de manière optimale le début de l'action de soufflage de l'arc électrique avec l'apparition de cet arc électrique entre les pôles fixes et mobiles.
  • Le moment du déclenchement de l'action de soufflage ayant été déterminé, la description va maintenant porter sur les conditions particulières de l'action de soufflage destinée à éteindre l'arc électrique. Une bobine dite secondaire 19, 20 est positionnée sous chaque pièce de contact fixe.
  • L'alimentation des bobines secondaires est indépendante de celle des bobines principales. Elle est assurée par un condensateur 38 placé sous la carte électronique 33bis qui contrôle l'alimentation de la au moins une bobine secondaire 19,20. L'alimentation de la charge du condensateur 38 peut être réalisée en appliquant à ce dernier, ainsi qu'à la au moins une bobine secondaire 19, 20 , une tension inférieure à, mais dérivée de celle qui est appliquée à la bobine d'actionnement 14. Cela justifie de dédier à cette fonction une partie distincte 33bis de la carte électronique 33. Comme cela est représenté sur la figure 10, le condensateur 38 est chargé par une tension dérivée de celle qui alimente la bobine d'actionnement 14 lorsque celle-ci maintient le contacteur fermé ; cette charge est effectuée en un temps très court, typiquement inférieur à 1 seconde, dès la fermeture du contacteur. La décharge du condensateur 38 qui va alimenter la au moins une bobine secondaire 19,20 est déclenchée par le composant 42, appelé ici déclencheur, de préférence un pont MOSFET, à l'instant qui aura été déterminé comme indiqué ci-dessus par le détecteur 34, après application d'un retard approprié par le composant 41 pour tenir compte, le cas échéant, du décalage T3-T2 indiqué plus haut. Le déclencheur 42 qui assure le déclenchement de la décharge du condensateur, détermine également le sens du courant de décharge en fonction du sens du courant dans le contacteur tel que mesuré par le dispositif 39.
  • A chaque bobine secondaire 19, 20 est associée une paire de plaques ferromagnétiques planes 21, 22 qui se font face de part et d'autre de la bobine et qui sont reliées entre elles par un noyau 36, 37, ferromagnétique également et situé à l'intérieur de la bobine. La figure 1 ne représente qu'une des deux plaques ferromagnétiques de chaque paire associée à la bobine, ainsi que le noyau. La deuxième pièce fait face à la première dans un plan parallèle au plan de coupe de la figure. Ces paires de plaques 21,22, associées à chaque bobine secondaire seront également appelées paires de plaques secondaires 21,22. Cette paire de plaques secondaires 21, 22 est destinée, lorsque la bobine secondaire 19, 20 est alimentée, à favoriser la création d'un champ magnétique dans une direction transversale au plan de coupe de la figure 1, entre les deux parties de cette paire de plaques secondaires. Ce champ magnétique est configuré pour interagir avec le courant d'arc créé entre les pôles séparés pour créer une force orientée en fonction du sens du courant et de la direction du champ magnétique induit par la bobine secondaire. La direction du champ magnétique induit par la bobine secondaire est lui-même fonction du sens du courant qui traverse cette bobine. L'objectif étant de souffler l'arc en direction des ailettes d'extinction 9, 10 de l'arc, dans le sens indiqué par la flèche 23 sur la figure 1, un dispositif électronique connu 39 est prévu pour détecter le sens du courant dans le circuit principal et pour fixer en conséquence le sens du courant qui est déchargé du condensateur 38 pour traverser la bobine secondaire 19 de manière à ce que la direction du champ magnétique induit par la bobine secondaire 19 entre les deux parties de la paire de plaques secondaires 21 souffle le courant d'arc dans la direction 23 de la zone d'extinction de l'arc 9.
  • L'extension de la zone d'influence du champ magnétique produit par une bobine secondaire s'arrête à la limite de la pièce ferromagnétique associée à cette bobine. Au cours de son déplacement vers cette limite, l'arc s'allonge, jusqu'à s'éteindre si l'intensité du courant d'arc est faible. Le dimensionnement de la au moins une bobine secondaire et de son noyau ferromagnétique permet d'assurer un champ à peu près constant entre les plaques pendant une durée d'environ 30 à 70 ms ; cette durée est cohérente avec la durée d'extinction des arcs pour des contacteurs dont le circuit est à constante de temps élevée, supérieure à 15 ms.
  • Ainsi la zone d'extension du soufflage de la bobine secondaire est configurée pour que des courants d'arc de faibles intensité, typiquement inférieure à 1 voire 2 A, soient éteints sous le seul effet du soufflage magnétique dû à la bobine secondaire 19, sans qu'il soit besoin de les souffler jusqu'à la zone des ailettes d'extinction des arcs d'intensité plus importante.
  • Si l'intensité du courant d'arc est supérieure à un certain seuil prédéterminé, que nous appellerons « seuil prédéterminé d'extinction », le courant d'arc ne s'éteindra pas avant d'avoir atteint, dans la direction 23, la limite de la surface des plaques ferromagnétiques 21 associées à la bobine 19. Dans ce cas, avant que l'arc n'atteigne cette limite, le courant d'arc aura commencé à alimenter une bobine principale 24, 25, qui se trouve de ce fait en série dans le circuit principal. Cette bobine principale est placée au dessus du pôle mobile 31, 32 sur le support de contact mobile 3, entre ce pôle 31, 32 et un deuxième guide d'arc 26, 27 qui délimite avec le premier guide d'arc 7, 8 la zone de soufflage vers les ailettes d'extinction 9, 10 des arcs de forte intensité ; cette bobine principale 24 est en contact électrique à l'une de ces extrémités avec ce deuxième guide d'arc 26 et à l'autre extrémité avec la deuxième bobine principale 25 du contacteur, de sorte que le courant principal arrivant par une des pièces de contact fixe 4 saute vers le premier guide d'arc 7 dans le prolongement de cette pièce de contact fixe puis, suivant l'arc électrique soufflé dans un premier temps par l'effet de la bobine secondaire 19 jusque vers les limites de la première plaque secondaire 21 associée à cette bobine secondaire 19, rejoint le deuxième guide d'arc 26 auquel est raccordée la bobine principale 24 et poursuit son chemin vers la deuxième bobine principale 25 de la deuxième partie du contacteur symétrique de la première. Comme les bobines secondaires, chaque bobine principale 24, 25 est associée à un noyau ferromagnétique et une paire de plaques ferromagnétiques, dites principales, 28, 29 pour favoriser la création d'un champ magnétique dans la même direction que celui induit par la bobine secondaire 19, mais dans une zone qui prolonge la zone de soufflage de la bobine secondaire. La au moins une paire de plaques principales 28,29 est disposée dans le prolongement de la au moins une paire de plaques secondaires 21,22 associée à la au moins une bobine secondaire, de sorte que la distance entre leurs bordures respectives est comprise entre 2 et 4 mm. Ainsi, les courants de plus forte intensité qui après avoir été soufflés par la bobine secondaire ne se sont pas éteints, sont soufflés par le champ magnétique créé par la bobine principale, dont l'influence s'étend jusqu'à proximité des ailettes d'extinction 9, 10 des arcs de fortes intensités. A cet effet, la au moins une bobine principale 24,25 et leur noyau ferromagnétique est dimensionnée pour assurer, lorsqu'elle est parcourue par un courant d'intensité au moins égale au « seuil prédéterminé d'extinction » mentionné plus haut, un champ magnétique entre les plaques de la au moins une paire de plaques 28, 29 d'intensité suffisante pour poursuivre l'allongement de l'arc au-delà de la limite de la zone d'influence de la au moins une bobine secondaire 19,20 correspondante. Il faut noter que le « seuil prédéterminé d'extinction » qui caractérise l'intensité du courant d'arc en dessous de laquelle l'arc s'allonge et s'éteint sous l'effet de la seule bobine secondaire avant d'avoir atteint la zone d'influence de la bobine principale, varie en sens inverse de la tension aux bornes du contacteur : plus la tension est élevée plus l'intensité correspondant à ce « seuil prédéterminé d'extinction » est faible. Le « seuil prédéterminé d'extinction » choisi pour le dimensionnement des au moins une bobine secondaire et principale est celui correspondant à la tension la plus élevée admise aux bornes du contacteur.
  • La continuité de l'action de soufflage est donc assurée sur l'ensemble du spectre des intensités d'utilisation du contacteur selon l'invention.

Claims (2)

  1. Contacteur électromécanique, destiné à interrompre ou à laisser passer un courant continu dans un circuit, le contacteur électromécanique comprenant au moins un pôle fixe (41, 51) et au moins un pôle mobile (31, 32) et au moins un guide d'arc (7) associé à l'au moins un pôle fixe (41,51) et au moins un guide d'arc (26) associé à l'au moins un pôle mobile (31,32), le contacteur électromécanique comprenant également au moins une bobine secondaire (19, 20) et au moins une bobine principale (24, 25), l'au moins une bobine secondaire étant configurée pour produire un champ magnétique pour souffler au moins un arc électrique (17) généré entre le au moins un pôle fixe (41, 51) et le au moins un pôle mobile (31, 32) dans une première zone d'influence délimitée par au moins une paire de plaques secondaires (21,22), les pôles mobiles (31,32) et fixes (41,51) se trouvant dans la première zone d'influence, l'au moins une bobine principale (24,25) étant configurée pour produire un champ magnétique pour souffler le au moins un arc électrique (17) dans une deuxième zone d'influence délimitée par au moins une paire de plaques principales (28, 29), si le au moins un arc électrique (17) n'a pas été éteint par l'action de la au moins une bobine secondaire (19,20), la deuxième zone d'influence étant adjacente à la première zone d'influence, les au moins un guide d'arc (7, 26) ayant chacun une extrémité dans la première zone d'influence et l'autre extrémité dans la deuxième zone d'influence, dans lequel l'alimentation électrique de la au moins une bobine secondaire (19,20) est indépendante de l'alimentation de la au moins une bobine principale (24,25) qui est mise en série dans le circuit du contacteur par le au moins un arc électrique (17) soufflé par l'action de l'au moins une bobine secondaire (19,20), l'alimentation électrique de l'au moins une bobine secondaire étant assurée par la décharge d'un condensateur (38) chargé par une tension dérivée de la tension appliquée à une bobine d'actionnement (14) de l'ouverture du circuit.
  2. Contacteur électromécanique selon la revendication 1 dans lequel le sens du courant dans la au moins une bobine secondaire (19,20) est déterminé par le sens du courant dans le circuit du contacteur électromécanique.
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