FR2669769A1

FR2669769A1 - Thermal element for overload relay

Info

Publication number: FR2669769A1
Application number: FR9014854A
Authority: FR
Inventors: Le Gougne Philippe; Noirot Frederic
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-05-29
Anticipated expiration: 2010-11-28
Also published as: FR2669769B1

Abstract

The thermal element according to the invention comprises a bimetallic element (6) in thermal contact with electrical heating means (7) carrying an electrical current which it is desired to monitor. The element (6) is in the form of a tab, while the heating means (7) are represented by a metal strip folded into a zigzag with the interposition of interleaved insulating sheets (12 to 15). At least one of these sheets is pierced, the geometry, the number and/or the arrangement of the piercings (A1, A2, A3) being defined on the basis of the properties sought for the thermal element. The invention makes it possible to change from one class of thermal element to another, without having to make structural modifications.

Description

ELEMENT THERMIOUE POUR RELAIS DE SURCHARGE. THERMAL ELEMENT FOR OVERLOAD RELAYS.

La présente invention concerne un élément thermique pour relais de surcharge du type comprenant un élément bimétallique en contact thermique avec des moyens de chauffage électriques parcourus par un courant électrique dont on veut assurer la surveillance.The present invention relates to a thermal element for overload relay of the type comprising a bimetallic element in thermal contact with electric heating means traversed by an electric current which one wants to ensure monitoring.

On sait que les relais de ce genre sont fréquemment insérés dans une ligne électrique alimentant une charge de manière à détecter une élévation anormale de l'intensité du courant qui est absorbé par la charge.It is known that relays of this kind are frequently inserted into an electrical line supplying a load so as to detect an abnormal rise in the intensity of the current which is absorbed by the load.

Dans ce cas, les moyens de chauffage sont placés en série avec la charge et l'élément bimétallique est disposé de manière à agir, lorsqu'il s'est déformé sous l'action de la chaleur dégagée par les moyens de chauffage, sur un déclencheur qui provoque l'ouverture brutale d'un interrupteur de commande de l'alimentation de la charge.In this case, the heating means are placed in series with the load and the bimetallic element is arranged so as to act, when it is deformed under the action of the heat given off by the heating means, on a trigger that suddenly opens a load supply control switch.

Bien entendu, les relais thermiques de ce genre peuvent être intégrés dans un produit complet, par exemple disjoncteurs thermiques ou magnétothermiques, des contacteurs disjoncteurs thermiques ou magnétothermiques ou, au contraire, consister en des produits spécifiques. Of course, thermal relays of this kind can be integrated into a complete product, for example thermal or magnetothermal circuit breakers, contactors thermal or magnetothermal circuit breakers or, on the contrary, consist of specific products.

L'invention concerne plus particulièrement un relais thermique dans lequel l'élément bimétallique présente au moins partiellement la forme d'une languette plate, tandis que l'élément chauffant comprend une résistance chauffante réalisée à l'aide d'une bande métallique repliée sur elle-même, par exemple en accordéon, de manière à constituer une structure plate lamellaire qui est maintenue appliquée contre la languette.The invention relates more particularly to a thermal relay in which the bimetallic element has at least partially the shape of a flat tongue, while the heating element comprises a heating resistor produced using a metal strip folded over it -same, for example in accordion, so as to constitute a flat lamellar structure which is kept applied against the tongue.

L'isolation électrique entre les lames de cette structure, ainsi qu'entre celle-ci et la languette bimétallique, est assurée par des feuilles isolantes intercalaires.The electrical insulation between the blades of this structure, as well as between the latter and the bimetallic tongue, is ensured by insulating interlayer sheets.

Ces différents composants sont habituellement conçus de manière à ce que le transfert thermique entre l'élément chauffant et la languette bimétallique s'effectue avec une inertie thermique déterminée afin que la languette, en se déformant, n'atteigne le seuil de déclenchement que lorsque la surcharge se prolonge au-delà d'une période de temps déterminée, pendant laquelle l'intensité du courant s'élève au-delà d'une valeur déterminée définie par les normes.These various components are usually designed so that the heat transfer between the heating element and the bimetallic strip takes place with a determined thermal inertia so that the tongue, when deformed, does not reach the triggering threshold until the overload extends beyond a specified period of time, during which the current intensity rises above a determined value defined by the standards.

Il s'agit notamment de faire en sorte que le déclenchement n'intervienne pas pour des surcharges "normales" de courte durée telles que celles qui se produisent lors du démarrage d'un moteur électrique ou de l'allumage de lampes fluorescentes.This is particularly to ensure that the trigger does not occur for short-term "normal" overloads such as those that occur when starting an electric motor or switching on fluorescent lamps.

En fait, selon les normes internationales, les relais de surcharge font l'objet d'un classement dans lequel chaque classe possède un couple de valeurs caractéristiques/seuil d'intensité/temps de déclenchement.In fact, according to international standards, the overload relays are subject to a classification in which each class has a pair of characteristic values / intensity threshold / tripping time.

Ainsi, par exemple, un relais thermique de protection moteur, inclus dans la classe 10, ne devra pas déclencher en moins de trois secondes pour un courant de 7,2 fois un courant dit "de réglage", mais devra déclencher au maximum en dix secondes pour ce même courant.Thus, for example, a motor protection thermal relay, included in class 10, must not trip in less than three seconds for a current of 7.2 times a so-called "setting" current, but must trip a maximum of ten seconds for this same current.

Bien entendu, ces résultats sont habituellement obtenus en jouant à la fois sur la forme, les dimensions et le choix des matériaux constitutifs de l'élément thermique.Of course, these results are usually obtained by playing on both the shape, the dimensions and the choice of materials constituting the thermal element.

Ceci conduit à concevoir, à réaliser puis à avoir en stock une multiplicité de pièces différentes (un jeu par classe) si l'on désire couvrir toute la gamme d'éléments thermiques.This leads to designing, producing and then having in stock a multiplicity of different parts (one set per class) if one wishes to cover the whole range of thermal elements.

L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient.The invention therefore more particularly aims to eliminate this drawback.

A cet effet, elle se base sur la constatation qu'en utilisant une même structure, il est possible de passer d'une classe à l'autre en modifiant seulement les propriétés de conductibilité thermique de l'isolant électrique utilisé.To this end, it is based on the observation that by using the same structure, it is possible to pass from one class to another by only modifying the thermal conductivity properties of the electrical insulator used.

Or, compte tenu de la nature de l'isolant utilisé (en général du mica ou analogue), la seule modification envisageable de prime abord consiste à faire varier l'épaisseur de la lame isolante.However, given the nature of the insulation used (in general mica or the like), the only modification that can be considered at first glance is to vary the thickness of the insulating strip.

On constate, en pratique, que cette variation d'épaisseur engendre une modification des propriétés mécaniques des moyens de chauffage de l'élément thermique et, en conséquence, des caractéristiques de déformation du bilame en fonction de la température.It is observed, in practice, that this variation in thickness generates a modification of the mechanical properties of the heating means of the thermal element and, consequently, of the deformation characteristics of the bimetallic strip as a function of the temperature.

On est donc amené à modifier les dimensions du bilame et, en conséquence, on se trouve sujet aux mêmes inconvénients que précédemment.It is therefore necessary to modify the dimensions of the bimetallic strip and, consequently, we are subject to the same drawbacks as above.

En outre, les possibilités d'augmentation de l'épaisseur des couches isolantes sont relativement limitées si l'on veut que le volume de l'élément thermique demeure raisonnable.In addition, the possibilities of increasing the thickness of the insulating layers are relatively limited if it is desired that the volume of the thermal element remains reasonable.

L'invention propose donc une solution particulièrement avantageuse à ce problème, qui permet d'ajuster les propriétés thermiques des moyens de chauffage, sans modifier la nature de l'isolant électrique utilisé, ni même son épaisseur.The invention therefore provides a particularly advantageous solution to this problem, which makes it possible to adjust the thermal properties of the heating means, without modifying the nature of the electrical insulation used, or even its thickness.

Pour parvenir à ce résultat, le relais thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins l'une des feuilles isolantes intercalaires est ajourée, et en ce que la géométrie, le nombre et/ou la disposition des ajours, sont déterminés en fonction des propriétés recherchées de l'élément thermique.To achieve this result, the thermal relay according to the invention is characterized in that at least one of the insulating intermediate sheets is perforated, and in that the geometry, the number and / or the arrangement of the openings, are determined depending on the desired properties of the thermal element.

Avantageusement, ladite feuille isolante est formée d'au moins deux couches superposées présentant des ajours en coïncidence ou décalés les uns par rapport aux autres, les ajours de l'une des deux couches pouvant présenter des formes différentes de celles de l'autre couche.Advantageously, said insulating sheet is formed of at least two superposed layers having openings in coincidence or offset with respect to each other, the openings of one of the two layers may have shapes different from those of the other layer.

L'avantage de cette solution consiste notamment en ce qu'en plus d'un réglage plus fin de la conductibilité thermique, elle diminue la résistance mécanique à la flexion de l'ensemble, grâce à la possibilité de glissement de l'une des deux couches sur l'autre.The advantage of this solution consists in particular in that in addition to a finer adjustment of the thermal conductivity, it reduces the mechanical resistance to bending of the assembly, thanks to the possibility of sliding of one of the two layers on top of each other.

Cette diminution de résistance mécanique à la flexion permet donc de réduire d'une façon significative les dimensions du bilame.This reduction in mechanical resistance to bending therefore makes it possible to significantly reduce the dimensions of the bimetallic strip.

Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 est une vue schématique, en pers
pective éclatée, d'un élément thermique selon
l'invention ; invention
Les figures 2 et 3 sont des vues, respective
ment de dessus et de côté, de l'élément ther
mique représenté figure 1
La figure 4 est une vue en perspective par
tielle schématique montrant une variante
d'exécution d'une plaquette isolante utilisable
dans l'élément thermique représenté figures 1 à
3.An embodiment of the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a schematic view, in pers
exploded pective, of a thermal element according
the invention; invention
Figures 2 and 3 are views, respectively
top and side, of the element ther
mique shown in figure 1
Figure 4 is a perspective view through
schematic diagram showing a variant
execution of a usable insulating plate
in the thermal element shown in Figures 1 to
3.

Dans l'exemple représenté sur ces dessins, l'élément thermique 1 est monté sur un élément de support 2 formé par emboutissage et pliage d'une bande métallique, selon une configuration sensiblement en Z dans laquelle les deux ailes parallèles 3, 4 du Z s'étendent dans deux plans perpendiculaires entre eux et à la fois perpendiculaires au plan de la partie centrale 5.In the example shown in these drawings, the thermal element 1 is mounted on a support element 2 formed by stamping and bending of a metal strip, in a substantially Z configuration in which the two parallel wings 3, 4 of the Z extend in two planes perpendicular to each other and both perpendicular to the plane of the central part 5.

L'élément bimétallique 6 présente la forme d'une languette sensiblement rectangulaire dont une extrémité est fixée à plat, par exemple par soudure, sur l'aile 3 du support 2. Cet élément 6 s'étend du même côté que l'aile centrale 5, parallèlement à celle-ci.The bimetallic element 6 has the shape of a substantially rectangular tongue, one end of which is fixed flat, for example by welding, on the wing 3 of the support 2. This element 6 extends on the same side as the central wing 5, parallel to it.

Les moyens de chauffage de l'élément bimétallique 6 consistent ici en une résistance chauffante formée par une bande métallique 7 repliée en accordéon, dont une extrémité 8 est fixée sur l'élément 6, au niveau de la zone de fixation de ce dernier sur le support 2, et dont l'autre extrémité présente une portion repliée 9 sur laquelle est soudé un conducteur électrique 10.The heating means of the bimetallic element 6 here consist of a heating resistor formed by a metal strip 7 folded in an accordion, one end 8 of which is fixed to the element 6, at the level of the zone for fixing the latter to the support 2, and the other end of which has a folded portion 9 onto which an electrical conductor 10 is welded.

Lorsqu'elle est maintenu serrée, cette bande métallique 7 occupe un volume plat sensiblement parallélépipédique dont les faces principales ont une surface légèrement inférieure à celle de l'élément 6.When kept tight, this metal strip 7 occupies a substantially parallelepipedal flat volume, the main faces of which have a surface slightly smaller than that of the element 6.

L'isolation électrique et thermique entre les plages planes P1, P2, P3 formées par la bande 7, et entre la plage P3 et l'élément bimétallique 6, est assurée au moyen de plaquettes intercalaires 12, 13, 14, 15 en matière isolante telle que, par exemple, du mica.The electrical and thermal insulation between the flat areas P1, P2, P3 formed by the strip 7, and between the area P3 and the bimetallic element 6, is ensured by means of insulating plates 12, 13, 14, 15 made of insulating material. such as, for example, mica.

L'ensemble comprenant l'élément bimétallique 6 et la bande repliée en accordéon 7, ainsi que les plaquettes intercalaires 12 à 15, est maintenu serré grâce à des frettes métalliques 16, 17 isolées, chacune, par au moins une gaine isolante 18, 19. Ce serrage confère au sousensemble ainsi obtenu l'intimité thermique qui lui est nécessaire ainsi que la tenue aux efforts électrodynamiques, en cas de passage de courants élevés tels que des courants de court-circuit.The assembly comprising the bimetallic element 6 and the strip folded in accordion 7, as well as the intermediate plates 12 to 15, is held tight by means of insulated metal frets 16, 17, each by at least one insulating sheath 18, 19 This tightening gives the subassembly thus obtained the thermal intimacy which it needs as well as the resistance to electrodynamic forces, in the event of the passage of high currents such as short-circuit currents.

Tel que précédemment décrit, l'élément thermique 1 fonctionne comme suit
Le circuit électrique constitué successivement par l'élément conducteur 10, la bande 7 et le support 2, est monté en série sur une ligne de courant dont on veut détecter les courants de surcharge, cette ligne incluant, par exemple, un interrupteur commandé par un déclencheur disposé de manière à pouvoir être commandé par l'élément bimétallique 6.As previously described, the thermal element 1 operates as follows
The electrical circuit successively constituted by the conductive element 10, the strip 7 and the support 2, is mounted in series on a current line whose overload currents are to be detected, this line including, for example, a switch controlled by a trigger arranged so that it can be controlled by the bimetallic element 6.

Lorsque se produit une surcharge, la bande 7 qui se comporte, pour des intensités élevées, comme une résistance chauffante, provoque une élévation de température de l'élément bimétallique 6. En s'échauffant, ce dernier se déforme jusqu'à ce qu'il vienne agir sur le déclencheur pour commander l'ouverture brutale de l'interrupteur. En fait, ce déclenchement ne doit intervenir que lorsque l'intensité du courant s'est maintenue au-dessus d'un seuil déterminé, pendant une durée minimum prédéterminée, ces deux paramètres définissant la classe de l'élément thermique 1.When an overload occurs, the strip 7 which behaves, for high intensities, like a heating resistor, causes a rise in temperature of the bimetallic element 6. By heating, the latter deforms until he comes to act on the trigger to order the abrupt opening of the switch. In fact, this triggering should only take place when the intensity of the current has been maintained above a determined threshold, for a predetermined minimum duration, these two parameters defining the class of the thermal element 1.

Comme précédemment mentionné, l'invention propose une solution avantageuse permettant de passer d'une classe à une autre, sans modifier notablement la structure précédemment décrite, grâce à l'emploi de plaquettes isolantes ajourées.As previously mentioned, the invention proposes an advantageous solution making it possible to move from one class to another, without notably modifying the structure described above, by virtue of the use of perforated insulating plates.

Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les plaquettes isolantes 12 à 15 comprennent chacune trois ajours rectangulaires A1, A2, A3.In the example shown in FIG. 1, the insulating plates 12 to 15 each include three rectangular openings A1, A2, A3.

Ces ajours délimitent, entre les plages P1, P2, P3 de la bande 7 et entre celle-ci et l'élément 6, des espaces libres à forte résistance thermique dans lesquels la transmission de chaleur s'effectue par un processus complexe de convexion rayonnement.These openings delimit, between the areas P1, P2, P3 of the strip 7 and between the strip and the element 6, free spaces with high thermal resistance in which the heat transmission takes place by a complex process of radiation convection. .

I1 devient donc possible d'utiliser des plaquettes isolantes 12 à 15 d'épaisseur beaucoup plus faible que s'il s'agissait de plaquettes pleines, et donc de réduire les dimensions de l'ensemble de l'élément thermique 1. It therefore becomes possible to use insulating plates 12 to 15 of much smaller thickness than if they were solid plates, and therefore to reduce the dimensions of the entire thermal element 1.

Cette réduction d'épaisseur contribue à diminuer l'effort résistant qui s'oppose aux déformations de l'élément bimétallique 6, de sorte que la réponse de ce dernier est plus précise et peut être plus aisément modélisée.This reduction in thickness contributes to reducing the resistant force which opposes the deformations of the bimetallic element 6, so that the response of the latter is more precise and can be more easily modeled.

Grâce à ces dispositions, il devient possible de passer d'une classe à l'autre en modifiant seulement la forme et/ou la disposition et/ou la répartition des ajours, et ce, sans modifier la structure, l'épaisseur et les propriétés mécaniques de l'élément thermique 1.Thanks to these provisions, it becomes possible to pass from one class to another by modifying only the shape and / or the arrangement and / or the distribution of the openings, and this, without modifying the structure, the thickness and the properties. of the thermal element 1.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux dispositions précédemment décrites. Of course, the invention is not limited to the arrangements described above.

Ainsi, notamment, les plaquettes isolantes 6 utilisées dans un même élément thermique 1 peuvent présenter des formes et des épaisseurs différentes, les ajours prévus sur une partie ou sur la totalité de ces plaquettes pouvant présenter des formes, des superficies et/ou des dispositions différentes.Thus, in particular, the insulating plates 6 used in the same thermal element 1 can have different shapes and thicknesses, the openings provided on part or all of these plates can have different shapes, surfaces and / or arrangements .

Par ailleurs, chacune des plaquettes peut comprendre plusieurs couches 20, 21 appliquées l'une contre l'autre, et comprenant des ajours 22, 23 pouvant présenter des formes différentes, disposés ou non en coïncidence.Furthermore, each of the wafers may comprise several layers 20, 21 applied one against the other, and comprising openings 22, 23 which may have different shapes, arranged or not in coincidence.

Une telle disposition, qui se trouve illustrée sur la figure 4, permet de réduire davantage les efforts mécaniques résistants qui s' opposent aux déformations de l'élément bimétallique 6 et d'augmenter les possibilités de réglage du transfert thermique entre l'élément chauffant (bande 7) et l'élément bimétallique 6.Such an arrangement, which is illustrated in FIG. 4, makes it possible to further reduce the resistant mechanical forces which oppose the deformations of the bimetallic element 6 and to increase the possibilities of adjusting the heat transfer between the heating element ( band 7) and the bimetallic element 6.

De même, dans le but de réduire encore plus les susdits efforts résistants, la bande métallique 7 formant l'élément chauffant pourra comprendre plusieurs couches superposées pouvant glisser les unes sur les autres. Likewise, with the aim of further reducing the above-mentioned resistance forces, the metal strip 7 forming the heating element may comprise several superimposed layers which can slide over one another.

Claims

1. Thermal element for overload relay or the like, of the type comprising a bimetallic element (6) in thermal contact with electric heating means (7) traversed by an electric current which we want to ensure monitoring, the bimetallic element (6 ) having the shape of a tongue and the heating element consisting of a heating resistor produced using a metal strip folded back on itself, for example in accordion, so as to constitute a flat lamellar structure which is kept pressed against the tongue, the electrical insulation between the blades of this structure as well as between the structure and the bimetallic element being provided by intermediate insulating sheets (12 to 15), characterized in that at least one of said insulating sheets dividers (12 to 15) is perforated, and in that the geometry, the number and / or the arrangement of the perforations (Al, A2, A3) are determined according to the props desired rieties of the thermal element.

2. Thermal element according to claim 1, characterized in that it comprises several perforated intermediate sheets (12 to 15), the openings (A1, A2, A3) of these sheets being or not coincidentally.

3. Thermal element according to claim 1, characterized in that the said insulating sheet is formed of at least two superimposed layers (20, 21) having openings (22, 23) arranged in coincidence or offset with respect to each other .

4. Thermal element according to claim 3, characterized in that the openings (22) of one of the two layers (20) have different shapes from those (23) of the other layer (21).

5. Thermal element according to one of the preceding claims, characterized in that the aforesaid metal strip (7) is formed in several layers which can slide over one another.