FR2516301A1

FR2516301A1 - BILAMETER DEVICE PLACED IN SERIES WITH A HEATER

Info

Publication number: FR2516301A1
Application number: FR8120921A
Authority: FR
Inventors: Dominique Moreau; Pierre Duchemin; Francis Castel
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1981-11-09
Filing date: 1981-11-09
Publication date: 1983-05-13
Also published as: FR2516301B1; DE3262898D1; EP0080393A1; EP0080393B1

Abstract

LE CHAUFFAGE DE LA BILAME 3 EST EFFECTUE PAR LES PERTES JOULES QUI SONT DEVELOPPEES, D'UNE PART, DANS UNE PORTION DU CORPS DE LA BILAME ET, D'AUTRE PART, DANS UN RUBAN CONDUCTEUR 18 QUI EST APPLIQUE CONTRE LA SURFACE DE CETTE BILAME GRACE A UNE MULTIPLICITE DE PATTES LATERALES RECOURBEES 28. CETTE BILAME EST, EN PARTICULIER, APPLICABLE DANS LES RELAIS THERMIQUES DESTINES A LA PROTECTION CONTRE LES SURCHAGES DE LONGUE DUREE.THE HEATING OF THE BILAME 3 IS CARRIED OUT BY THE JOULE LOSSES THAT ARE DEVELOPED, ON THE ONE HAND, IN A PORTION OF THE BILAME BODY AND, ON THE OTHER HAND, IN A CONDUCTIVE TAPE 18 WHICH IS APPLIED AGAINST THE SURFACE OF THIS BILAME THANKS TO A MULTIPLICITY OF CURVED SIDE LEGS 28. THIS BILAME IS, IN PARTICULAR, APPLICABLE IN THERMAL RELAYS INTENDED FOR PROTECTION AGAINST LONG-TERM OVERLOADING.

Description

DISPOSITIF DE BILAME PLACEE EN SERIE AVEC UNE CHAUFFERETTEBILAMETER DEVICE PLACED IN SERIES WITH A HEATER

L'invention concerne un dispositif de détection de surinten- The invention relates to a device for detecting overinten-

sités de courant, en particulier pour un appareil de protection, comprenant dans un boîtier, d'une part, une bilame ayant une première extrémité fixe encastrée et une seconde extrémité libre qui est apte à actionner, directe- ment ou indirectement, un interrupteur de sécurité fixé dans le boîtier et, d'autre part, une chaufferette électrique isolée qui est placée en bon contact thermique le long de la bilame et dont une extrémité est reliée en un point de la bilame situé entre les extrémités, de façon telle que le current, in particular for a protective device, comprising in a housing, on the one hand, a bimetallic strip having a first fixed fixed end and a second free end which is able to actuate, directly or indirectly, a switch of fixed security in the housing and, on the other hand, an insulated electric heater which is placed in good thermal contact along the bimetal and whose end is connected at a point of the bimetallic strip located between the ends, so that the

courant à surveiller traverse la chaufferette et la bilame. Current to be monitored through the heater and bimetallic.

De tels dispositifs sont largement utilisés dans les appa- Such devices are widely used in

reils de protection, tels que les relais thermiques, dont la protection, such as thermal relays, whose

fonction est d'ouvrir indirectement le circuit d'alimenta- function is to indirectly open the food circuit

tion d'un appareil consommateur à surveiller lorsque les in- consumer device to be monitored when the in-

tensités des courants qui le traversent dépassent, pendant the currents flowing through it exceed, during

un certain temps, une valeur de consigne particulière. a certain time, a particular set value.

Dans les dispositifs connus, on réalise généralement la chaufferette sous la forme d'un bobinage de fil résistant In known devices, the heater is generally made in the form of a winding wire winding

placé autour de la bilame.placed around the bimetallic strip.

Si une telle disposition présente des avantages relativement à la qualité des échanges thermiques entre la chaufferette 2- et la bilame, ainsi qu'une bonne tenue mécanique lors de l'apparition de courants de courtcircuit, on constate que son utilisation dans une large gamme de courants nominaux, If such an arrangement has advantages relative to the quality of the heat exchange between the heater 2- and the bimetallic strip, as well as a good mechanical resistance when short-circuit currents appear, it can be seen that its use in a wide range of nominal currents,

fait apparaître des difficultés lorsque l'appareil de pro- creates difficulties when the apparatus of pro-

tection doit répondre à des besoins industriels particu- liers. Le choix des dimensions que l'on doit donner à une bilame et à la chaufferette bobinée qui la réchauffe, serait aisé si le constructeur ne devait tenir compte que des propriétés des matériaux disponibles et des forces ou déplacements qui doivent être développés ou respectivement effectués, tection must meet particular industrial needs. The choice of the dimensions to be given to a bimetallic strip and the coiled heater that warms it would be easy if the manufacturer had to take into account only the properties of the available materials and the forces or displacements that must be developed or respectively carried out.

lorsqu'une intensité particulière traverse l'appareil. when a particular intensity passes through the device.

En fait, la mise en oeuvre industrielle d'un tel dispositif doit tenir compte, lorsqu'il est destiné à effectuer une protection, d'une part, de la nature des surcharges que subissent les appareils consommateurs et, d'autre part, des conditions d'une fabrication économique d'appareils aptes à In fact, the industrial implementation of such a device must take into account, when it is intended to provide protection, on the one hand, the nature of the overloads that the consumer devices undergo and, on the other hand, conditions for the economical manufacture of devices capable of

satisfaire plusieurs calibres de courants nominaux. satisfy several calibres of nominal currents.

La première condition fait que le dispositif doit présenter un temps de réponse supérieur à une valeur normalisée pour des surcharges de courant de l'ordre de six fois le courant nominal. The first condition is that the device must have a response time greater than a normalized value for current overloads of the order of six times the nominal current.

La seconde condition fait que l'appareil contenant le dispo- The second condition is that the device containing the device

sitif de protection ne doit pas avoir des dimensions trop importantes et qu'un même boîtier d'appareil de protection protective device must not be too large and the same protective device

devra pouvoir contenir des dispositifs de protection diffé- should be able to contain different protective devices

rents pour être utilisés avec des courants d'intensités rents for use with currents of intensities

nominales différentes.different nominal.

D'une façon générale, on constate que, lorsque les dimen- Generally speaking, when the dimensions of

sions d'une bilame sont déterminées par le choix préalable d'un type de boîtier particulier et restent constantes pour of a bimetallic strip are determined by the prior choice of a particular type of case and remain constant

tous les calibres nominaux, la puissance-calorifique néces- all the nominal sizes, the heat output required

saire pour provoquer une déformation donnée reste -3- sensiblement constante Il en résulte que la résistance to cause a given deformation remains -3- substantially constant It follows that the resistance

ohmique totale du dispositif qui comprend celle de la chauf- total ohmic of the device which includes that of the heater

ferette et celle de la portion de bilame montée en série ferret and that of the bimetallic portion mounted in series

doit diminuer lorsque l'intensité nominale augmente. must decrease when the rated current increases.

La diminution de cette résistance totale peut être elle-même The decrease of this total resistance can be itself

obtenue soit par la diminution de la résistance de la chauf- obtained by reducing the resistance of the heater

ferette, soit par celle de la bilame, soit par une diminu- ferret, either by that of the bimetallic strip or by a decrease

tion combinée des deux résistances. combination of the two resistances.

Par ailleurs, la valeur du rapport entre ces deux résistan- Moreover, the value of the relationship between these two

ces influence le temps de réponse; lorsque la puissance dissipée dans la bilame est prépondérante, le temps de réponse est plus court que dans le cas contraire; ce temps de réponse devient également plus court lorsque la chaufferette est bobinée sur toute la longueur de la bilame; un temps de réponse trop court peut provoquer un these influence the response time; when the power dissipated in the bimetallic strip is preponderant, the response time is shorter than in the opposite case; this response time also becomes shorter when the heater is wound over the entire length of the bimetallic strip; too short a response time can cause a

déclenchement prématuré de l'appareil de protection. premature release of the protective device.

Ces constatations conduisent donc à remarquer qu'il est très difficile de conférer à un dispositif de protection à bilame et chaufferette un comportement qui soit toujours adapté à celui de la charge, lorsque l'on souhaite protéger des appareils consommateur d'intensités nominales différentes à l'aide de bilames ayant toujours les mêmes dimensions, ou These findings therefore lead to the observation that it is very difficult to confer on a bimetallic and heater protection device a behavior which is always adapted to that of the load, when it is desired to protect consumer appliances of different nominal intensities at the same time. using bimetallic strips always having the same dimensions, or

des dimensions sensiblement égales. substantially equal dimensions.

On remarque notamment que, lorsque l'intensité nominale augmente, il est difficile de donner à la chaufferette et à la bilame les faibles résistances nécessaires; cette difficulté résulte du fait que, d'une part, la longueur du fil résistant de la chaufferette devient si faible ou que son diamètre devient si important, qu'il n'est plus possible It is particularly noted that, when the nominal intensity increases, it is difficult to give the heater and bimetallic weak resistance required; this difficulty results from the fact that, on the one hand, the length of the resistant wire of the heater becomes so weak or that its diameter becomes so important that it is no longer possible

d'effectuer un bobinage convenable.to carry out a suitable winding.

Les dispositifs à bilame et chaufferette bobinée présentent toutefois l'avantage d'une bonne tenue mécanique lors de l'apparition de courants de court-circuit en raison des faibles efforts électro-dynamiques qui apparaissent entre The bimetallic and coiled heater devices, however, have the advantage of good mechanical strength when short-circuit currents occur because of the low electro-dynamic forces that occur between

la bilame, o la direction du courant circule longitudinale- bimetal, where the direction of the current flows longitudinally

ment et les spires de la chaufferette, o la direction du and the turns of the heater, where the direction of the

courant est perpendiculaire à la précédente. current is perpendicular to the previous one.

L'invention se propose, par suite, de fournir un dispositif à bilame et chaufferette apte à être traversé par un courant nominal important qui soit susceptible de présenter un temps de réponse répondant aux prescriptions et qui bénéficie d'une bonne résistance mécanique, lorsque la bilame qu'il utilise possède des dimensions qui ont été choisies à l'avance pour répondre à des courants nominaux inférieurs, The invention proposes, therefore, to provide a bimetallic device and heater capable of being traversed by a large nominal current which is likely to have a response time meeting the requirements and which has good mechanical strength, when the bimetallic it has dimensions that have been chosen in advance to respond to lower nominal currents,

pour lesquels une chaufferette bobinée donne toute satisfac- for which a coiled heater gives any satisfaction

tion. Selon l'invention, ce résultat est atteint grâce au fait que tion. According to the invention, this result is achieved thanks to the fact that

la chaufferette est constituée par une fine lame d'un maté- the heater consists of a thin blade of material

riau cuivreux, bon conducteur de courant, qui est placée longitudinalement le long d'une portion de première face -20 longitudinale de la bilame, dont elle est séparée par une fine feuille isolante et qui est appliquée sur cette feuille par une multiplicité de pattes latérales déformables qui a copper wire, a good current conductor, which is placed longitudinally along a longitudinal first-longitudinal portion of the bimetallic strip, from which it is separated by a thin insulating sheet and which is applied to this sheet by a multiplicity of lateral tabs; deformable which

contournent les deux chants de la bilame et dont les extré- circumvent the two songs of bimetallic

mités s'appuient sur une seconde face longitudinale opposée mites rely on a second opposite longitudinal face

à la première face.on the first side.

On connaît, par ailleurs, des dispositifs de détection de surintensités de courant faisant appel à une bilame à Furthermore, current overcurrent detection devices using a bimetallic strip are known.

chauffage indirect dans laquelle la chaufferette est consti- indirect heating in which the heater is

tuée par une fine lame de cuivre isolée qui est appliquée sur toute la longueur de la bilame et qui est maintenue en place par une pluralité d'agrafes placées transversalement killed by a thin insulated copper strip which is applied over the entire length of the bimetal and which is held in place by a plurality of transversely placed staples

par rapport à l'axe longitudinal.relative to the longitudinal axis.

Un tel dispositif ne permet pas une adaptation aisée du temps de réponse dans la mesure o l'on ne peut pas alors bénéficier de la rapidité de déformation procurée par une bilame qui s'échauffe directement dans sa masse; par -5- ailleurs, la nécessité de replier la lame de cuivre pour localiser l'entrée et la sortie de courant au voisinage de Such a device does not allow easy adaptation of the response time to the extent that we can not then benefit from the rapidity of deformation provided by a bimetal that heats directly in its mass; elsewhere, the need to fold the copper plate to locate the entry and exit of current in the vicinity of

la racine de la bilame ne procure pas un bon rendement ther- the bimetal root does not provide a good thermal yield.

mique et nécessite l'utilisation de deux pièces de raccorde- and requires the use of two connecting pieces.

ment électrique au lieu d'une. L'invention, ainsi que d'autres mesures qui la complètent, instead of one. The invention, as well as other measures that complement it,

seront mieux comprises à l'aide de la description détaillée will be better understood using the detailed description

ci-après. Au dessin annexé: La figure 1 montre une coupe locale d'un appareil de protection utilisant le dispositif selon l'invention; La figure 2 montre un schéma de principe du raccordement électrique et de la fonction d'un dispositif détecteur selon l'invention; La figure 3 représente une vue avant d'un dispositif détecteur; La figure 4 représente une vue arrière du dispositif de la figure 3; La figure 5 illustre une vue du dispositif détecteur coupé par un plan QQ' de la figure 3; et La figure 6 montre une vue de la chaufferette de below. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a local section of a protection device using the device according to the invention; FIG. 2 shows a schematic diagram of the electrical connection and the function of a detector device according to the invention; Figure 3 shows a front view of a detector device; Figure 4 shows a rear view of the device of Figure 3; FIG. 5 illustrates a view of the detector device cut by a plane QQ 'of FIG. 3; and Figure 6 shows a view of the heater from

l'appareil détecteur avant montage sur la bilame. the detector device before mounting on the bimetallic strip.

Un appareil de protection, visible à la figure 1, comporte un boîtier 1 présentant une multiplicité de logements de longueur donnée m tels que 2, dans chacun desquels est A protection device, visible in FIG. 1, comprises a housing 1 having a multiplicity of dwellings of given length m such that 2, in each of which is

disposé un dispositif détecteur de surintensités de cou- disposed an overcurrent detection device of

rant 3; ce boîtier qui peut contenir d'autres organes a été volontairement limité en dimensions sur la figure Chaque 6 - dispositif tel que 3 est connecté, d'une part, à une borne d'entrée de courant 4 reliée à une phase R d'un réseau d'alimentation et, d'autre part, directement ou non à une rant 3; this housing which can contain other organs has been voluntarily limited in size in the figure Each 6 - device such as 3 is connected, on the one hand, to a current input terminal 4 connected to a phase R of a supply network and, on the other hand, directly or indirectly to a

borne de sortie de courant 5 qui est reliée par un conduc- current output terminal 5 which is connected by a lead

teur à une borne correspondante d'un appareil consommateur to a corresponding terminal of a consumer device

de courant, non représenté.current, not shown.

Le dispositif 3 comprend une bilame 6 ayant une première ex- The device 3 comprises a bimetallic strip 6 having a first

trémité fixe 7 qui est reliée à la borne 4 et qui est rendue solidaire du boîtier par tout moyen approprié par exemple par une vis 8 de façon à constituer un encastrement;'cette bilame possède une seconde extrémité 9 qui est libre et qui fixed end 7 which is connected to the terminal 4 and which is secured to the housing by any appropriate means for example by a screw 8 so as to form a recess, 'this bimetal has a second end 9 which is free and which

coopère avec un dispositif de transmission 10 apte à provo- cooperates with a transmission device 10 suitable for provoking

quer directement ou indirectement l'ouverture d'un inter- directly or indirectly the opening of a

rupteur de sécurité 11 lorsque l'extrémité 9 se déplace d'une certaine quantité Cet interrupteur est, par exemple placé en série avec la bobine 12 d'un électro-aimant appartenant à un contacteur 14 ayant des interrupteurs de puissance 15 placés dans le circuit d'alimentation de l'appareil consommateur de courant 16 (voir également le safety switch 11 when the end 9 moves by a certain amount This switch is, for example placed in series with the coil 12 of an electromagnet belonging to a contactor 14 having power switches 15 placed in the circuit supply of the current-consuming device 16 (see also

schéma de principe à la figure 2). schematic diagram in Figure 2).

Lorsque le même boîtier 1 est utilisé en fabrication pour recevoir divers dispositifs de détection de courant ayant des caractéristiques adaptées à divers calibres de courants nominaux imposés par la puissance consommée par la charge, on est conduit à utiliser des bilames dont la longueur P voisine de m sera toujours sensiblement la même, de façon à When the same housing 1 is used in manufacture to receive various current detection devices having characteristics adapted to various ratings of nominal currents imposed by the power consumed by the load, it is necessary to use bimetallic strips whose length P is close to m will always be substantially the same, so as to

pouvoir utiliser le même point d'encastrement 13 et à pré- to be able to use the same embedding point 13 and to pre-

senter toujours son extrémité libre 9 en regard du disposi- always bear his free end 9 opposite the

tif de transmission 10 qui conserve la même position dans le boîtier. transmission tif 10 which maintains the same position in the housing.

Pour des calibres nominaux de courant inférieurs, une chauf- For lower current ratings, a heater

ferette du type à bobine de fil résistant pourra être asso- type of coil with a strong wire coil may be

ciée à la bilame.at the bimetallic strip.

251630 1251630 1

7 -7 -

Pour un ou plusieurs calibres de courant supérieurs, le dis- For one or more higher current calibres, the

positif 3 fait appel à une chaufferette 17, qui est consti- positive 3 uses a heater 17, which is

tuée par une fine lame conductrice ou ruban 18 réalisée en un matériau cuivreux bon conducteur du courant (voir figures 3 et 4) Cette lame possède une première extrémité 19 qui est électriquement connectée avec la borne 4 et une seconde extrémité 20 qui est reliée à la bilame 6, par exemple par soudure électrique, en un point particulier 21 de celle-ci killed by a thin conductive blade or ribbon 18 made of a good copper-conducting material of the current (see FIGS. 3 and 4). This blade has a first end 19 which is electrically connected with the terminal 4 and a second end 20 which is connected to the bimetallic strip 6, for example by electric welding, at a particular point 21 thereof

situé entre les extrémités 7 et 9. located between the ends 7 and 9.

Entre ses deux extrémités 19, 20, la'lame 18 s'étend longi- Between its two ends 19, 20, the blade 18 extends

tudinalement le long d'une portion 36 de la bilame et s'ap- tudinal along a portion 36 of the bimetallic strip and

plique contre une feuille isolante mince ( 22) qui est elle- against a thin insulation sheet (22) which is itself

même placée contre une première face 23 de la bilame, (voir aussi figure 5) Un bon transfert thermique entre la lame 18 et la face 23, à travers la feuille isolante 22, est procuré grâce à la pression communiquée par deux multiplicités de pattes latérales opposées 24, 25 qui sont placées de part et d'autre de la lame 18 et qui sont recourbées de façon telle, que des extrémités telles que 26, 27 de chacune des even placed against a first face 23 of the bimetallic strip, (see also FIG. 5) A good heat transfer between the strip 18 and the face 23, through the insulating sheet 22, is obtained thanks to the pressure communicated by two multiplicities of lateral flaps opposed 24, 25 which are placed on either side of the blade 18 and which are bent in such a way that ends such as 26, 27 of each of the

pattes telles que 28, 28 ' viennent s'appuyer, par l'intermé- legs 28, 28 'are supported by means of

diaire de la feuille isolante, sur une seconde face 29 oppo- diary of the insulating sheet, on a second face 29 oppo-

sée à la première face 23 La feuille isolante 22 possède une largeur suffisante pour contourner, comme les pattes, les chants opposés 30, 31 de la bilame et pour présenter The insulating sheet 22 has a width sufficient to circumvent, like the tabs, the opposite edges 30, 31 of the bimetal strip and to present

également sous les extrémités des pattes, des portions iso- also under the ends of the legs, iso-

lantes 32, 33 de la feuille 22 La chaufferette 17 est fa- 32, 33 of the sheet 22 The heater 17 is made

briquée à plat, d'une seule pièce, par découpage dans une feuille de métal approprié (voir figure 6), et les pattes sont ensuite recourbées par un outil ou machine étudiés à cut in a single piece, by cutting into a suitable sheet of metal (see Figure 6), and the legs are then bent by a tool or machine studied to

cet effet.this effect.

On remarquera aux figures 1 et 3 que, la première extrémité 19 de la lame comporte un prolongement latéral 34 qui n'est It will be noted in FIGS. 1 and 3 that the first end 19 of the blade has a lateral extension 34 which is not

pas placé en regard de la bilame, cette disposition permet- placed against the bimetallic strip, this provision allows

tant de mettre la lame à l'abri des déformations qui pour- to protect the blade from deformities that

raient apparaître lorsque l'on réalise, par exemple par sou- would appear when one realizes, for example by

dure, la connection électrique entre la chaufferette et un 8 - hard, the electrical connection between the heater and an 8 -

conducteur 35 allant vers la borne 4. conductor 35 going to terminal 4.

Le choix du nombre de pattes et de leur largeur dépend, d'une part des caractéristiques mécaniques du matériau utilisé pour la lame 18, des efforts qu'il est nécessaire de communiquer à cette lame pour la faire bien plaquer contre la feuille isolante et pour lui permettre de supporter les The choice of the number of legs and their width depends, on the one hand, on the mechanical characteristics of the material used for the blade 18, on the forces that it is necessary to communicate to this blade in order to press it against the insulating sheet and to allow him to bear the

efforts électro-dynamiques qui apparaissent lors de courts- electrodynamic efforts that appear during short-term

circuits et, d'autre part, de précautions prises pour éviter que l'association mécanique de la chaufferette avec la bilame ne communique à celle-ci une rigidité parasite Les matériaux utilisés pour la chaufferette seront, par exemple, circuits and, on the other hand, precautions taken to prevent the mechanical combination of the heater with the bimetallic does not communicate it parasitic stiffness The materials used for the heater will, for example,

le cuivre ou un laiton approprié.copper or a suitable brass.

Pour adapter les caractéristiques du dispositif, on peut faire appel, soit à une bilame comprenant un couple de métaux ayant des coefficients de dilatation très différents, tels que l'invar et un alliage Fe Ni Cr, soit à une bilame comprenant outre un couple de métaux ayant des coefficients de dilatation très différents tels que ceux mentionnés, une couche intermédiaire de cuivre ou de nickel, lorsqu'il est nécessaire de diminuer la résistance To adapt the characteristics of the device, it is possible to use either a bimetal comprising a pair of metals having very different expansion coefficients, such as invar and an Fe Ni Cr alloy, or a bimetal comprising in addition a pair of metals having very different expansion coefficients such as those mentioned, an intermediate layer of copper or nickel, when it is necessary to reduce the resistance

électrique propre de la bilame.clean electric bimetallic.

Claims

Patent claims.

1 device for detecting current overcurrents, in particular for a protection device, comprising in a housing, on the one hand, a bimetallic strip having a first fixed fixed end and a second free end which is able to actuate directly or indirectly a switch of

fixed in the housing and, on the other hand, a heater

insulated electric rette which is placed in good thermal contact

along the bimetallic strip and one end of which is connected to a point on the bimetallic strip located between the ends,

such that the current to be monitored crosses the heater

and the bimetallic strip, characterized in that the heater is constituted by a thin blade (18) of a good conducting copper material which is placed longitudinally along a portion (36) of the first longitudinal face (23) of the bimetallic strip (6) from which it is separated by a thin insulating sheet (22) and which is applied to this sheet by a multiplicity (24, 25) of opposite deformable side tabs (28, 28 '), which bypass the two edges ( 30, 31) of the bimetallic strip and whose ends (26, 27) bear, via folded portions (32, 33) of the insulating sheet, on a second longitudinal face (29) opposite to

the first face.

2 Overcurrent detection device according to claim

cation 1, characterized in that the bimetal (6) comprises, besides two metals having very different expansion coefficients,

a layer of copper or nickel.