Dispositif de protection pour appareil électrique à courant triphasé L'invention a pour objet un dispositif de protection pour appareil électrique à courant triphasé, contre les défauts provoquant un déséquilibre des courants entre les phases, contre les courts-circuits triphasés, contre les surcharges symétriques légères mais persistantes et con tre les courts-circuits rhéostatiques provoqués par des défauts d'isolation entre phases, ou entre phases et la terre.
De nombreux moyens de protection contre chacun des défauts énumérés, pris individuellement, sont con nus, ainsi que certains dispositifs combinés protégeant un récepteur en cas de suppression d'une des trois pha ses, et contre les courts-circuits, afin d'être sensibles aux surcharges symétriques et aux courts-circuits rhéostati- ques, ces dispositifs de protection combinée devant être complétés en même temps par des relais thermiques, lorsque les conditions d'exploitation le permettent.
Du point de vue économique, donc, le prix coûtant d'un tel dispositif de protection combinée dépasse celui des dis positifs usuels à déclencheurs magnétiques et bimétalli ques. La protection à bi-métal différentiel n'est pas applicable, là où les bi-métaux ne sont pas indiqués de manière générale, c'est-à-dire là où un moteur, par exemple, ne doit pas être déclenché en cas de surcharges symétriques, elle est peu indiquée pour le démarrage avec une phase coupée, et cause une grande chute de tension dans les moteurs plus petits, lorsqu'elle est appli quée sous forme de bloc annexe à un contacteur de protection existant.
Le dispositif, objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend trois solénoïdes à axes parallèles, montés de manière symétrique par rapport à un axe, de sorte que, sans courant et en régime symétrique, les noyaux suspendus, articulés à un disque oscillant, soient maintenus en équilibre, tandis qu'en régime dissymétri que l'ensemble mobile se déplace dans une autre posi- tion provoquant le déclenchement, ce dispositif électro magnétique étant complété par un seul élément thermi que à bilame isolé, non parcouru par le courant et sans spires d'échauffement, dont le recourbement dans le cas de surcharges est provoqué par l'augmentation de la température dans l'espace thermiquement isolé compris entre les trois solénoïdes,
tandis qu'un bilame de com pensation assure l'insensibilité dudit élément thermique aux variations de température du milieu ambiant.
On décrira dans ce qui suit, à titre d'exemple, un mode d'exécution du dispositif de protection objet de l'invention, en relation avec les fig. la, lb et 1c, du des sin annexé.
Sur la plaque de base 1, les bobines 2, 3, et 4 sont fixées, enfermées dans la cassette des bobines 5, pourvue d'une ouverture pour le bilame actif 6, qui par l'inter médiaire de la pièce de raccord 7 agit sur le bilame com pensateur 8. A l'intérieur des bobines se .trouvent les noyaux ferreux 9, suspendus de manière articulée, à l'aide des tirants 10, à l'entonnoir 11 oscillant autour de l'axe 12, dont les paliers sont dans la bague 13, oscillant à son tour autour de deux pivots 14 fixés au support du mécanisme 16.
Deux manchons d'écartement 15, ainsi que le crochet du tirant 10 assurent la position symétrique de l'entonnoir 11. Dans le support du méca nisme 16, oscille sur des paliers à couteaux, le levier de déclenchement 17, la goupille 18 étant au fond de l'en tonnoir 11, et le levier de remontage 19, les deux leviers étant maintenus dans leurs positions respectives par le ressort unique 20. Le contact à translation 21, guidé dans le support du mécanisme 16, reçoit la vis de réglage 22, déterminant la position du levier de remontage 19 et ainsi le couple antagoniste généré par le support unique 20.
Le contact à translation 21, étant poussé vers la gauche par l'intermédiaire de la vis de réglage 22, s'appuie sur le contact à rotation 23, en deux points aux pièces de contact et aux deux collets du contact à rotation 23, se trouvant du côté opposé au point d'oscil lation consistant en deux tenons 24 fixés au support du mécanisme 16.
L'installation peut être complétée d'une bobine d'en traînement 25 qui, lorsqu'on presse le bouton de démar rage 26, enclenche le moteur à l'aide des doigts 27, et se maintient sous courant à l'aide du contact de blocage 28. Au levier de déclenchement, un signalisateur peut être attaché (ne figurant pas sur le dessin).
La figure 1c représente le bout moleté de la vis de réglage 23, vue de face, avec le collet sur lequel on a marqué, lors du réglage à l'usine, la lettre S, ainsi que le support gravé du mécanisme. Le dispositif fonctionne comme suit Au repos, le ressort unique maintient le centrage de l'entonnoir 11, par la goupille 18, produit le couple antagoniste réglé pour le déclenchement thermique, et assure la position de la vis de réglage, ainsi que la pression de contact.
La fig. 2 montre le principe de fonctionnement du dispositif. On y voit un solénoïde parcouru par le cou rant, un noyau en fer, supposé sans poids et, à côté, la force électromagnétique attirant le noyau vers le cen tre du solénoïde, en fonction de la position du centre de gravité du noyau.
Dans la position symétrique Co, la force électromagnétique est égale à zéro ; lorsque le noyau est déplacé de bas en haut par une force exté rieure, la force électromagnétique augmente au début de manière presque linéaire, ensuite plus lentement, pour atteindre un maximum, alors que le centre de gravité du noyau se trouve approximativement au niveau de l'extrémité supérieure du solénoïde, décroissant ensuite pour approcher en asymptote de la valeur zéro.
Donc, lorsque les trois noyaux du dispositif sont attachés de manière articulée à l'entonnoir 11, au rayon a, de ma nière à ce que leurs centres de gravité se trouvent au niveau Cl, les forces au point d'action P sont en équilibre stable, du fait que F. a = 2F. 2 , et pour toute inclinai- son du disque, provoquée par des forces extérieures, la force électromagnétique des noyaux soulevés aug mente, et celle des noyaux rabaissés décroît, ce qui don ne naissance à un couple d'équilibrage, s'opposant à l'inclinaison et tendant à ramener l',entonnoir à la posi tion initiale.
Lorsque le régime est asymétrique de manière pro noncée, c'est-à-dire lorsque s =(1S -I- Id)/Is r 1,5,I5 étant le courant symétrique et II le courant provoqué par les défauts, l'entonnoir se penche vers une autre position d'équilibre, l'angle a étant déterminé par la relation
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L étant la distance entra le centre de gravité du noyau et le centre du solénoïde, ou point d'équilibre (fi-. 2) et a le rayon au point de suspension des noyaux.
Lorsqu'une phase est coupée, IS = 0 et II = courant de charge, l'inclinaison est
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ce qui veut dire que l'entonnoir s'incline jusqu'à ce que les noyaux des solénoïdes parcourus par le courant se trouvent dans la position symétrique Co (fig. 2).
Lorsque surviennent des courts-circuits entre les pha ses et entre l'une des trois phases et la terre (dans les réseaux au fil neutre mis à la terre), la situation est pratiquement identique, Is étant négligeable par rapport à Id.
Lors des courts-circuits triphasés, le déclenchement instantané se produit également par l'inclinaison du dis que, l'explication étant la suivante: en régime symétri que, l'entonnoir se trouve dans un état d'équilibre dynamique: la fig. 3 montre que, pendant un très court laps de temps, avant et après que chacun des courants des phases passe par zéro, le dispositif est pratiquement sous l'influence de deux phases seulement, et commence à se pencher, ce qui donne une inclinaison rotative (translation spatiale), les alternances représentant le dou ble de la fréquence du réseau.
Vu l'inertie du disque J, pour la fréquence donnée du réseau f et pour certains paramètres électromagnétiques (ampère-toums, épaisseur des noyaux, etc.), englobés dans la constante p, l'incli naison nécessaire au déclenchement a, qui est réglable, détermine le courant de court-circuit triphasé en régime symétrique, auquel a lieu le déclenchement (pratique ment instantané), selon la formule
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Les paramètres constructifs ont été choisis de telle manière que le déclenchement ait lieu lorsque Itrif. N 10 In , pour f = 50 Hz.
Pour des surcharges symétriques légères mais per sistantes et pour des courts-circuits rhéostatiques, le déclenchement temporisé a lieu par le bimétal unique. Dû à la dimension adéquate de l'élément de déclenche ment instantané, par rapport au système bimétallique, le levier de déclenchement 17 reste immobile jusqu'au moment du déclenchement.
La distance entre l'axe de l'arc et le point d'oscillation 0 (fig. 1) détermine, en fonction du réglage, le couple antagoniste au point d'action L (fig. 4), le faisceau de droites A correspon dant aux divers réglages. Lorsque le levier déclencheur est déplacé, le couple antagoniste diminue jusqu'au point critique P,r, (où il atteint la valeur 0) et se trans forme, au-delà de P,T, en couple actif.
La température du bi-métal détermine en fonction du courant de charge 1,2, le couple actif au point d'action, tandis que le faisceau de droites B correspond aux différentes tempé ratures. Lorsque le levier de déclenchement est déplacé, le couple du bi-métal diminue, jusqu'à la position, à laquelle la pointe du bi-métal se serait déplacée dans l'air,(en l'absence du couple antagoniste), où il disparaît.
En exploitation, lorsque la température du bi-métal aug mente, le levier de déclenchement reste immobile, tandis que les bi-métaux (actif et compensateur) sont courbés, dû à leur élasticité mécanique. Ce n'est que lorsque le couple du bi-métal devient égal au couple antagoniste réglé (au point D), que le mouvement de déclenche ment du levier déclencheur commence, mais - une fois commencé - il continue en vertu de l'accélération pro duite par la différence croissante A entre le couple actif et l'antagoniste, qui diminuent tous les deux, mais non point dans la même proportion,
vu l'arrangement constructif adéquat des coefficients angulaires des carac téristiques A et B.
En régime symétrique, lorsqu'on enclenche en pres sant le bouton de démarrage 26, la bobine d'entraîne ment 25 est mise sous courant, les doigts 27 alimentent le moteur, le contact 28 maintient le circuit d'entraîne ment, l'auto-équilibrage du système magnétique évite des déclenchements intempestifs. En régime asymétrique grâce à l'articulation à car dan constituée par les repères 11, 12, 13 et 14 l'enton noir 11 s'incline dans la direction déterminée par le genre de l'asymétrie et soulève la goupille 18 jusqu'au point critique de l'élément à déclenchement instantané, de sorte que le déclenchement se produit brusquement.
#, 101n, le Pour des courts-circuits triphasés, si I<B>></B> fonctionnement est identique.
Pour des faibles surcharges persistantes, supérieures à 20 1%, l'augmentation de la température dans l'inter- valle, thermiquement isolé, entre les solénoïdes, provo que le recourbement du bi-métal actif 6, qui provoque un déclenchement temporisé, comme expliqué plus haut, en relation avec la fig. 4, et le système bimétallique prend la position marquée en pointillé.
Lors du déclenchement, le levier déclencheur 17 fait tourner, au moyen du bras ouvreur, le contact 23 autour des points 24 en sens inverse au mouvement des aiguilles d'une montre, tandis que les collets du contact 23 déplacent le contact 12 vers la droite, le ressort unique se contractant et cédant de l'énergie.
En cas de défaut d'isolation provoquant des courts- circuits rhéostatiques pendant la marche du moteur élec trique, le déclenchement se produit lorsque la somme des quantités de chaleur dégagées par les trois solé noïdes égale la quantité de chaleur dégagée sous des surcharges symétriques de 20 1%. Au cas le plus défavo- rable,
celui d'un court-circuit .rhéostatique entre une phase et la terre, pour un courant de charge Ig =<B>0,9</B> In, le courant ne peut pas dépasser la valeur de 1,421, puisque dans le cas contraire, le degré d'asymétrie s dépasserait la valeur de 1,5 et le déclenchement se pro duirait instantanément.
La pression sur la vis de réglage sert, tant pour l'arrêt à la main, que pour le remontage, après un déclenchement automatique. On presse, bien entendu, de manière indirecte, par l'intermédiaire d'un bouton placé sur le couvercle de l'appareil (contacteur de protection, ou bloc annexe), de sorte que la rotation de la vis de réglage soit exclue. En pressant la vis, le contact 21 se déplace vers la droite, assurant l'interruption du circuit d'entraînement, jusqu'au dégagement du bouton (condi tion de déclenchement libre ).
Le levier de remontage 19 oscille dans le sens opposé aux aiguilles de montre, le ressort unique est tendu et accumule de l'énergie, jus qu'à ce que son axe dépasse le point critique de l'élé ment à déclenchement instantané et la goupille 18 pro cède au centrage de l'entonnoir 11 à grande force, indé pendante du réglage. Les fig. 5a, 5b, 5c et 5d montrent, de manière schématique, le cycle de fonctionnement du mécanisme.
La fig. 5a montre le mécanisme à contact fermé, après un certain temps de fonctionnement à surcharge (le bi-métal de compensation est recourbé), la fig. 5b montre le mécanisme, après le déclenche ment thermique, la fig. 5c montre le mécanisme au remontage, au dernier moment avant le déclenchement, le ressort étant tendu au maximum, la fig. 5d montre le mécanisme, lors du centrage de l'entonnoir.
Lorsque l'arrêt se fait à la main, la position du mé canisme est identique à celle qu'on voit dans la fig. 5d. La désensibilisation par la vis de réglage 22 permet a) la mis hors circuit du bi-métal, lorsque les conditions d'exploitation n'en permettent pas l'emploi, b) dans le cas du fonctionnement à deux phases, le déclenchement instantané (lors de l'enclenchement seu lement, et non pas pendant la marche).
Les avantages du dispositif décrit sont les suivants - Multilatéralité de la protection, qui saisit tous les défauts électriques nécessitant l'intervention du per sonnel d'entretien ou l'arrêt du moteur en vue du refroi dissement. Déclenchement certain, instantané, lors de l'interruption d'une phase, soit à n'importe quel mo ment, soit au démarrage seulement, selon le réglage.
.- Déclenchement comme suite à des courts-circuits, à partir déjà d'un degré d'asymétrie de 1,5 contre 8-16 pour les déclencheurs magnétiques usuels, ce qui signi fie une mise en fonction avant que les bobines aient subi des dégâts importants.
- Démarrage certain dû au fait que le circuit de la bobine de commande du dispositif est pourvu d'un seul contact à forte pression, et est à l'abri de déclen chements intempestifs, dû à l'auto-équilibrage.
- Possibilité d'application en cas de démarrages très difficiles, et en régime intermittent, dû à la cons tante de temps, relativement très grande, du bilame de déclenchement, dépassant parfois celle des bi-métaux usuels. - Elimination de la perte d'énergie dans le bilame. - Elimination des pertes de tension au démarrage dans le bilame. - Possibilité de suppression des fusibles, dans la plupart des cas, même à proximité des transformateurs, dû au fait que, dans le système à solénoïdes, la rapidité de déclenchement en cas de court-circuit augmente au- delà de toute limite, par saturation.
- Réglage simple, unique, pour le courant nominal du moteur électrique.
- Réduction du prix coûtant du dispositif, par - élimination de matériaux coûteux nécessaires pour confectionner les bi-métaux usuels, nécessitant une iso lation, et travaillant à hautes températures, - élimination des sous-variantes de bi-métal, pour divers courants nominaux, - simplicité du dispositif: un seul bilame com pensé, un seul contact, un seul bouton (en même temps vis de réglage) un seul élément à déclenchement instan tané, un seul ressort hélicoïdal et un seul réglage, iden tique pour l'usine et l'usager, - le réglage en usine peut être effectué en même temps pour un grand nombre de dispositifs, au même courant nominal;
on monte en série, par exemple 10 appareils sur-désensibilisés, de manière à ce que le courant d'intensité 1,21n parcoure toutes les bobines. Après 60 minutes an tourne (à tour de rôle) les vis de réglage, contrairement au sens des aiguilles de la montre, jusqu'au déclenchement, et on marque le collet de la vis de réglage du signe S à la hauteur du point gravé pour<B>1,01.</B> sur le support du mécanisme, aucun autre réglage en usine n'étant plus nécessaire.