FR2790593A1 - MAGNETIC ACTUATOR WITH A PALLET IN PARTICULAR FOR A CIRCUIT BREAKER AND CIRCUIT BREAKER PROVIDED WITH SUCH AN ACTUATOR - Google Patents
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Abstract
Description
ACTIONNEUR MAGNETIQUE A PALETTE, EN PARTICULIER POURMAGNETIC PALLET ACTUATOR, PARTICULARLY FOR
DISJONCTEUR, ET DISJONCTEUR EQUIPE D'UN TEL ACTIONNEUR CIRCUIT BREAKER, AND CIRCUIT BREAKER PROVIDED WITH SUCH AN ACTUATOR
L'invention concerne un actionneur magnétique, notamment pour ouvrir les contacts d'un appareil de coupure tel un disjoncteur et/ou déclencher ledit disjoncteur en cas de défaut électrique, cet actionneur comprenant un circuit magnétique formé par une culasse ferromagnétique, ladite culasse comprenant une première et une seconde branche sensiblement parallèles entre elles reliées par une pièce de base transversale, une palette mobile montée articulée par l'une de ses extrémités sur l'extrémité libre de la première branche et coopérant par son autre extrémité avec l'extrémité libre de la seconde branche, un moyen de production d'un champs magnétique apte à déplacer la palette en rotation entre une position ouverte de repos de la palette correspondant au fonctionnement normal de l'appareil et une position active correspondant à l'apparition d'un défaut électrique dans l'appareil, dans laquelle l'extrémité libre de la palette est maintenue en position de The invention relates to a magnetic actuator, in particular for opening the contacts of a breaking device such as a circuit breaker and / or tripping said circuit breaker in the event of an electrical fault, this actuator comprising a magnetic circuit formed by a ferromagnetic yoke, said yoke comprising a first and second branches substantially parallel to each other connected by a transverse base part, a movable pallet mounted articulated by one of its ends on the free end of the first branch and cooperating at its other end with the free end of the second branch, a means of producing a magnetic field capable of moving the rotating pallet between an open resting position of the pallet corresponding to the normal operation of the device and an active position corresponding to the appearance of a fault in the appliance, in which the free end of the pallet is kept in the position of
réluctance minimale par rapport à l'extrémité libre de la seconde branche. minimum reluctance with respect to the free end of the second branch.
Dans les actionneurs connus du genre précédemment mentionné, la culasse est en forme de U et comprend deux branches de même longueur, tandis que la palette est formée par une plaque de section rectangulaire. Dans ce type d'actionneur, l'effort d'attraction généré par la bobine en cas de défaut électrique est minimum en début de fermeture de la palette, et croît au fur et à mesure que la palette se ferme. Il en résulte que la vitesse initiale de la palette est réduite, et en conséquence que le temps de réaction du disjoncteur suite à un In known actuators of the aforementioned type, the cylinder head is U-shaped and comprises two branches of the same length, while the pallet is formed by a plate of rectangular section. In this type of actuator, the attraction force generated by the coil in the event of an electrical fault is minimum at the start of closing the pallet, and increases as the pallet closes. As a result, the initial speed of the pallet is reduced, and consequently that the reaction time of the circuit breaker following a
défaut électrique est relativement élevé. electrical fault is relatively high.
La présente invention a pour but de réaliser un actionneur ainsi qu'un disjoncteur l'incorporant, présentant un temps de réaction réduit en cas d'apparition d'un défaut électrique. A cet effet, la présente invention a pour objet un actionneur magnétique, cet actionneur étant caractérisé en ce que la palette précitée est conformée en L et comprend un premier bras articulé sur la première branche de la culasse et un second bras sensiblement perpendiculaire au premier bras, et coopérant avec la seconde branche de la culasse, la seconde branche et le second bras comportant chacun à leur extrémité libre une partie biseautée, les deux parties biseautées étant de forme complémentaire et aptes à être amenées dans une position dans laquelle lesdites parties biseautées sont en regard l'une par rapport à The present invention aims to provide an actuator and a circuit breaker incorporating it, having a reduced reaction time in the event of an electrical fault. To this end, the subject of the present invention is a magnetic actuator, this actuator being characterized in that the aforementioned pallet is shaped in L and comprises a first arm articulated on the first branch of the cylinder head and a second arm substantially perpendicular to the first arm , and cooperating with the second branch of the cylinder head, the second branch and the second arm each comprising at their free end a bevelled part, the two bevelled parts being of complementary shape and capable of being brought into a position in which said bevelled parts are opposite one with respect to
l'autre et sensiblement parallèles entre elles, en position de fermeture de la palette. the other and substantially parallel to each other, in the closed position of the pallet.
Selon une réalisation particulière de l'invention, l'entrefer entre les parties biseautées et les parties biseautées elles-mêmes sont agencées par rapport à l'axe de rotation, de telle façon According to a particular embodiment of the invention, the gap between the beveled parts and the beveled parts themselves are arranged relative to the axis of rotation, in such a way
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que le couple associé à l'effort d'attraction de la palette sur la culasse soit maximum en position ouverte de la palette et diminue lorsque la palette passe de la position ouverte à la that the torque associated with the force of attraction of the pallet on the cylinder head is maximum in the open position of the pallet and decreases when the pallet passes from the open position to the
position fermée.closed position.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description suivante Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the following description
de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels: -Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques de face, illustrant un actionneur selon l'invention, respectivement dans une position ouverte et dans une position fermée, - La figure 2a est une vue similaire aux figures 1 et 2, mais illustrant l'art antérieur, - les figures 3 et 4 sont deux représentations graphiques illustrant l'évolution des couples développés par les différents entrefers, respectivement dans le cas d'un actionneur selon l'invention, et dans le cas d'un actionneur selon l'art antérieur, et - la figure 5 est une vue similaire à la figure 2, mais représentant la force exercée par of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples, and represented in the appended drawings in which: FIGS. 1 and 2 are two schematic front views, illustrating an actuator according to the invention, respectively in an open position and in a closed position, - Figure 2a is a view similar to Figures 1 and 2, but illustrating the prior art, - Figures 3 and 4 are two graphic representations illustrating the evolution of the couples developed by the different air gaps, respectively in the case of an actuator according to the invention, and in the case of an actuator according to the prior art, and - Figure 5 is a view similar to Figure 2, but showing the force exerted by
l'entrefer principal, par rapport à l'axe de rotation de la palette. the main air gap, relative to the axis of rotation of the pallet.
Sur les figures 1,2 et 5, on voit un actionneur A destiné à être utilisé dans un appareil de protection électrique tel un disjoncteur. Ce disjoncteur (non représenté) est destiné à être placé dans un circuit électrique comportant des appareils électriques, afin de protéger lesdits Figures 1, 2 and 5 show an actuator A for use in an electrical protection device such as a circuit breaker. This circuit breaker (not shown) is intended to be placed in an electrical circuit comprising electrical devices, in order to protect said circuits.
appareils en cas de surintensité ou de court-circuit. devices in case of overcurrent or short circuit.
Cet actionneur A est formé principalement par une culasse ferromagnétique 1 qui se compose de deux branches latérales 2,3 reliées par une pièce de base 4. Le circuit magnétique ainsi formé est fermé par une palette 5 susceptible de pivoter autour d'un axe de rotation X entre une position ouverte (fig. 1) et une position fermée (fig.2). A cet effet, et de manière connue en soi, la palette 5 présente une première extrémité 5a montée articulée sur l'extrémité libre 2a de l'une 2, dite première, des branches 2,3 de la culasse 1, et une seconde extrémité 5b apte à être amenée en regard avec l'extrémité libre 3a de la seconde branche 3 de la culasse 1 afin de fermer le circuit magnétique La palette 5 est rappelée en position ouverte par un ressort de rappel, non représenté. Cette position ouverte correspond à un état de fonctionnement normal du disjoncteur. Cet actionneur A comporte également une bobine 6 traversé par le courant qui doit être surveillé, et apte à générer lors de l'apparition d'un défaut électrique dans le circuit, un flux magnétique susceptible d'engendrer une force d'attraction magnétique entre la seconde extrémité 5b de la palette et l'extrémité libre 3a de la seconde branche 3. Lorsque cette force d'attraction F est This actuator A is formed mainly by a ferromagnetic yoke 1 which consists of two lateral branches 2,3 connected by a base part 4. The magnetic circuit thus formed is closed by a pallet 5 capable of pivoting around an axis of rotation X between an open position (fig. 1) and a closed position (fig. 2). To this end, and in a manner known per se, the pallet 5 has a first end 5a mounted articulated on the free end 2a of one 2, called the first, of the branches 2,3 of the cylinder head 1, and a second end 5b able to be brought opposite with the free end 3a of the second branch 3 of the yoke 1 in order to close the magnetic circuit The pallet 5 is returned to the open position by a return spring, not shown. This open position corresponds to a normal operating state of the circuit breaker. This actuator A also includes a coil 6 crossed by the current which must be monitored, and capable of generating, when an electrical fault occurs in the circuit, a magnetic flux capable of generating a magnetic attraction force between the second end 5b of the pallet and the free end 3a of the second branch 3. When this force of attraction F is
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supérieure à la force de rappel du ressort précité, la palette 5 pivote dans le sens de la fermeture jusqu'à ce que son extrémité libre 5b entre en contact avec l'extrémité libre 3a de la seconde branche 3, ce qui provoque le déclenchement du disjoncteur et/o l'ouverture greater than the return force of the aforementioned spring, the pallet 5 pivots in the closing direction until its free end 5b comes into contact with the free end 3a of the second branch 3, which causes the triggering of the circuit breaker and / or opening
des contacts dudit disjoncteur.contacts of said circuit breaker.
Conformément à l'invention, la palette 5 est conformée en L et comporte un premier bras 7 monté articulé par l'une 7a de ses extrémités, sur l'extrémité libre 2a de la première branche 2, et un second bras 8 s'étendant sensiblement perpendiculairement au premier bras 7 et comportant une extrémité libre 8a (5b) destinée à coopérer avec l'extrémité libre 3a de la seconde branche 3. On voit également sur ces figures, que ces deux extrémités 8a,3a Io comportent chacune une partie biseautée a, b et une partie non biseautée c, d. Les parties non biseautées c, d sont respectivement parallèles, au premier bras 7, pour ce qui concerne la palette 5, et parallèle à la partie de base 4, pour ce qui concerne la seconde branche 3 de la culasse 1. Ces deux parties biseautées a, b forment un angle par rapport respectivement au second bras 8 et à la seconde branche 3 d'environ 45 et sont agencées de telle manière qu'en position fermée de la palette 5, elles se trouvent en regard l'une par rapport à l'autre en s'étendant parallèlement l'une par rapport à l'autre. On note également que la longueur du premier bras 7 étant inférieure à la longueur de la partie de base 4, la palette 5 et la culasse 1 se trouvent décalées parallèlement à la direction longitudinale de la partie de base 4. En se reportant plus particulièrement à la figure 5, on voit que la position de l'entrefer e entre les deux extrémités 5b et 3a respectivement de la palette 5 et de la seconde branche 3, ainsi que l'agencement des parties biseautées a,b, ont été choisies de manière que, au voisinage de la position fermée de la palette 5, le couple exercé au niveau de l'entrefer e par la force F d'attraction, par rapport à l'axe de rotation, soit nul. On voit en effet sur cette figure, que la flèche F représentant la force, passe par l'axe d'articulation X de la According to the invention, the pallet 5 is L-shaped and has a first arm 7 mounted articulated by one 7a of its ends, on the free end 2a of the first branch 2, and a second arm 8 extending substantially perpendicular to the first arm 7 and having a free end 8a (5b) intended to cooperate with the free end 3a of the second branch 3. It can also be seen in these figures, that these two ends 8a, 3a Io each have a bevelled part a, b and a non-bevelled part c, d. The non-bevelled parts c, d are respectively parallel, to the first arm 7, as regards the pallet 5, and parallel to the base part 4, as regards the second branch 3 of the cylinder head 1. These two bevelled parts a, b form an angle with respect to the second arm 8 and the second branch 3, respectively, of approximately 45 and are arranged in such a way that in the closed position of the pallet 5, they lie opposite one with respect to the other by extending parallel to each other. It is also noted that the length of the first arm 7 being less than the length of the base part 4, the pallet 5 and the yoke 1 are offset parallel to the longitudinal direction of the base part 4. With particular reference to FIG. 5, it can be seen that the position of the air gap e between the two ends 5b and 3a respectively of the pallet 5 and of the second branch 3, as well as the arrangement of the bevelled parts a, b, have been chosen so that, in the vicinity of the closed position of the pallet 5, the torque exerted at the air gap e by the force F of attraction, relative to the axis of rotation, is zero. We can see in this figure, that the arrow F representing the force, passes through the axis of articulation X of the
palette 5, d'o il résulte un couple nul. pallet 5, from which there results a zero torque.
On voit également sur les figures 1,2 et 5, que l'entrefer e entre les deux extrémités libres b,3a se trouve à l'intérieur de la bobine 6, et en particulier au milieu de sa longueur. Le fonctionnement de l'actionneur A selon l'invention va être décrit brièvement en référence aux figures: Sur la figure 1, la palette 5 est ouverte, ce qui correspond à un état normal du disjoncteur et du circuit à protéger. Lors de l'apparition d'un défaut électrique tel une surintensité dans le circuit, un flux magnétique est généré par la bobine 6. Si la force d'attraction engendrée par ce flux est suffisante pour contrecarrer la force de rappel du ressort, un effort sera généré sur l'extrémité libre 5b de la palette 5 tendant à la rapprocher de la culasse 1. Le couple généré est très important lorsque l'entrefer e est maximum, comme ceci est illustré sur la It can also be seen in FIGS. 1, 2 and 5 that the air gap e between the two free ends b, 3a is located inside the coil 6, and in particular in the middle of its length. The operation of the actuator A according to the invention will be described briefly with reference to the figures: In FIG. 1, the pallet 5 is open, which corresponds to a normal state of the circuit breaker and of the circuit to be protected. During the appearance of an electrical fault such as an overcurrent in the circuit, a magnetic flux is generated by the coil 6. If the attraction force generated by this flux is sufficient to counteract the return force of the spring, an effort will be generated on the free end 5b of the pallet 5 tending to bring it closer to the cylinder head 1. The torque generated is very large when the air gap e is maximum, as illustrated on the
figure 3, d'o il résulte que la vitesse de déplacement en début d'ouverture est maximale. Figure 3, from which it follows that the speed of movement at the start of opening is maximum.
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La figure 3 illustre trois courbes u,v,w représentant l'évolution en fonction de la valeur de l'entrefer respectivement, du couple généré par l'entrefer principal situé entre les extrémités libres 5b,3a de la palette et de la seconde branche (courbe u), du couple généré par l'entrefer secondaire au niveau de l'axe d'articulation X (courbe v) et de la somme de ces deux couples (courbe w). La valeur de l'entrefer e est représentée en abscisse x sur la courbe et varie de 0 à 4 mm, tandis que la valeur des efforts développés est représentée en ordonnée y et varie de 0 à 200 mm.N. La Figure 4 illustre également trois courbes u,v, w représentant les mêmes données mais pour un actionneur utilisant une palette du type classique telle que représentée sur la figure 2a. On voit sur la figure 3, que l'effort généré au départ lorsque la palette 5 est ouverte, par l'entrefer principal (courbe u), avoisine les et est donc très élevé par rapport à celui (environ 4 mm.N) généré dans le cas de l'utilisation d'une palette standard. Ceci est du au fait que, pour une même course d'ouverture de la palette, et compte tenu de l'existence des parties biseautées, la valeur de l'entrefer dans le cas de l'invention est diminuée, par rapport à celle de l'entrefer de l'art antérieur dans lequel l'entrefer correspondait à la course de la palette. Et l'effort étant inversement proportionnel au carré de la valeur de l'entrefer, il en résulte que la valeur de l'effort dans un actionneur selon l'invention est supérieure à celui généré dans l'art antérieur. En outre, comme ceci est visible sur la figure 1, la distance entre la direction de la force F et l'axe X est maximale en position ouverte de la palette, puisque cette direction est parallèle aux branches 2,3 de la culasse 1. Il en résulte que la valeur du couple est FIG. 3 illustrates three curves u, v, w representing the evolution as a function of the value of the air gap respectively, of the torque generated by the main air gap located between the free ends 5b, 3a of the pallet and of the second branch (curve u), the torque generated by the secondary air gap at the level of the articulation axis X (curve v) and the sum of these two couples (curve w). The value of the air gap e is represented on the abscissa x on the curve and varies from 0 to 4 mm, while the value of the forces developed is represented on the ordinate y and varies from 0 to 200 mm.N. Figure 4 also illustrates three curves u, v, w representing the same data but for an actuator using a pallet of the conventional type as shown in Figure 2a. We see in Figure 3, that the force generated at the start when the pallet 5 is open, by the main air gap (curve u), is close to them and is therefore very high compared to that (about 4 mm.N) generated when using a standard pallet. This is due to the fact that, for the same opening stroke of the pallet, and taking into account the existence of the bevelled parts, the value of the air gap in the case of the invention is reduced, compared to that of the air gap of the prior art in which the air gap corresponded to the stroke of the pallet. And the force being inversely proportional to the square of the value of the air gap, it follows that the value of the force in an actuator according to the invention is greater than that generated in the prior art. Furthermore, as can be seen in FIG. 1, the distance between the direction of the force F and the axis X is maximum in the open position of the pallet, since this direction is parallel to the branches 2,3 of the cylinder head 1. As a result, the torque value is
maximale dans cette position.maximum in this position.
Au fur et à mesure que la palette 5 se ferme, et donc que la valeur de l'entrefer diminue, le couple F généré par l'entrefer principal diminue jusqu'à une valeur d'environ 70 mm.N. En effet, la flèche F illustrant l'effort tourne dans le sens anti-horaire jusqu'à une position illustrée sur la figure 2. Dans cette position, la direction de l'effort F passe sensiblement As the vane 5 closes, and therefore the value of the air gap decreases, the torque F generated by the main air gap decreases to a value of about 70 mm.N. Indeed, the arrow F illustrating the effort rotates counterclockwise to a position illustrated in Figure 2. In this position, the direction of the effort F passes substantially
par l'axe de rotation X et le couple est donc d'une valeur très peu élevée. by the axis of rotation X and the torque is therefore of very low value.
La présence de l'entrefer e à l'intérieur de la bobine 6 et en particulier au milieu de sa longueur, contribue également à augmenter l'effort, car cela permet de canaliser le flux The presence of the air gap e inside the coil 6 and in particular in the middle of its length, also contributes to increasing the effort, as this makes it possible to channel the flow.
magnétique en limitant les flux de fuites magnétiques générés pour des courants élevés. magnetic by limiting the fluxes of magnetic leaks generated for high currents.
On voit donc que selon l'invention, l'effort passe d'une valeur maximale à une valeur minimale (fig.3), contrairement au cas de l'actionneur de l'art antérieur (fig.4) pour lequel We therefore see that according to the invention, the force goes from a maximum value to a minimum value (fig.3), unlike the case of the actuator of the prior art (fig.4) for which
c'est le contraire qui se produit, et ceci malgré une augmentation de l'inertie de la palette. the opposite occurs, despite an increase in the inertia of the pallet.
Avantageusement, cet effet de décroissance peut être augmenté de manière à obtenir un frein électromagnétique de la palette, évitant à ladite palette d'impacter trop violemment sa butée en fin de course. Pour ce faire, il suffirait de disposer l'entrefer principal et les parties biseautées de telle manière que la palette puisse continuer quelque peu son déplacement en rotation dans le sens anti-horaire au delà de la position représentée sur la Advantageously, this decrease effect can be increased so as to obtain an electromagnetic brake of the pallet, preventing said pallet from impacting its stop too violently at the end of the stroke. To do this, it would suffice to arrange the main air gap and the bevelled parts in such a way that the pallet can continue its rotation movement somewhat counterclockwise beyond the position shown on the
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figure 5, dans laquelle la direction de la force F passe par l'axe d'articulation X, pour atteindre une position de fermeture de la palette. Ainsi, pendant ce déplacement supplémentaire, la direction de la force exercée au niveau de l'entrefer principal passerait en dessous de l'axe d'articulation X, entraînant de ce fait un couple inverse ayant pour effet de freiner la palette. Figure 5, in which the direction of the force F passes through the hinge axis X, to reach a closed position of the pallet. Thus, during this additional displacement, the direction of the force exerted at the level of the main air gap would pass below the hinge axis X, thereby causing reverse torque having the effect of braking the pallet.
On notera que le circuit magnétique pourra être feuilleté. Note that the magnetic circuit can be laminated.
On a donc réalisé grâce à l'invention un actionneur dans lequel la valeur de l'effort est très élevée, et maximale, en début de fermeture, d'o il résulte une réaction immédiate de Thanks to the invention, an actuator has therefore been produced in which the force value is very high, and maximum, at the start of closure, from which an immediate reaction results.
l'actionneur en cas de défaut électrique, d'o une réactivité améliorée du disjoncteur. the actuator in the event of an electrical fault, hence improved reactivity of the circuit breaker.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui Of course, the invention is not limited to the embodiments described and illustrated which
n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. have been given by way of example only.
C'est ainsi que d'autres formes pour les parties biseautées pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention, pourvu qu'elles permettent d'obtenir les résultats décrits, à savoir le fait de réduire l'entrefer entre la palette et la culasse, par rapport à la course en rotation de la palette, et d'augmenter la vitesse de la palette (mise en mouvement de la This is how other forms for the bevelled parts could be envisaged without departing from the scope of the invention, provided that they make it possible to obtain the results described, namely the fact of reducing the air gap between the pallet and the cylinder head, relative to the rotational travel of the pallet, and to increase the speed of the pallet (setting in motion of the
palette) au départ.palette) at the start.
L'actionneur pourrait être utilisé avantageusement dans d'autres appareils que des The actuator could advantageously be used in devices other than
disjoncteurs, nécessitant qu'un effort important soit produit en début de fermeture. circuit breakers, requiring a significant effort to be produced at the start of closing.
Au contraire l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described thus
que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. as their combinations if these are carried out according to his spirit.
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