FR2658659A1 - DIRECT CURRENT CONTACTOR FOR HIGH POWER. - Google Patents
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Abstract
Description
Contacteur à courant continu pour puissances élevées La présente inventionDC contactor for high powers The present invention
concerne un contacteur à courant continu pour puissances élevées, comprenant un circuit de conduction principal à contacts fixes et contact mobile, et un circuit de coupure à contact fixe et levier rotatif autour d'un axe et muni à son extrémité d'un contact, avec vérin de commande muni d'un piston susceptible de repousser un noyau mobile vers le levier rotatif par l'intermédiaire relates to a DC contactor for high powers, comprising a main conduction circuit with fixed contacts and movable contact, and a cut-off circuit with fixed contact and rotary lever around an axis and provided at its end with a contact, with control cylinder fitted with a piston capable of pushing a movable core towards the rotary lever via
d'au moins un ressort.at least one spring.
De tels contacteurs constituent des dispositifs de sécurité à commande électropneumatique ou électromagnétique disposés dans des blocs électriques de puissance, ou en traction ferroviaire dans des coffres de motrices ou de voitures Ils doivent établir, maintenir et interrompre la continuité de réseaux électriques à courant continu de tension en général 750 ou 1500 volts, alimentés sous des intensités comprises entre O et 1200 ampères nominales, avec des pointes susceptibles d'atteindre transitoirement 5000 ampères Ils doivent souvent, notamment pour la traction électrique, fonctionner dans des conditions très difficiles fluctuations de la température ambiante, atmosphère polluée, vibrations, surcharge électrique, et assurer un service prolongé même en utilisation Such contactors constitute electropneumatic or electromagnetic control safety devices arranged in electrical power blocks, or in rail traction in motor or car trunks. They must establish, maintain and interrupt the continuity of voltage direct current electrical networks. in general 750 or 1500 volts, supplied at intensities between 0 and 1200 nominal amps, with peaks capable of transiently reaching 5000 amps They must often, especially for electric traction, operate under very difficult conditions fluctuations in the ambient temperature , polluted atmosphere, vibrations, electrical overload, and ensuring prolonged service even in use
très soutenue.very sustained.
Les contacteurs connus ne présentent pas une longévité satisfai- Known contactors do not have a satisfactory longevity.
sante, du fait d'une usure assez rapide, en particulier des contacts, sous l'effet des arcs qui apparaissent et que les organes de soufflage ne permettent pas d'éliminer assez rapidement Par ailleurs, ils sont relativement encombrants et lourds, et sont difficiles à régler pour les adapter à des circuits électriques différents ou à les monter dans des health, due to fairly rapid wear, in particular of the contacts, under the effect of arcs which appear and which the blowing members do not make it possible to eliminate quickly enough Furthermore, they are relatively bulky and heavy, and are difficult to adjust to adapt them to different electrical circuits or to mount them in
positions différentes, horizontale ou verticale notamment. different positions, horizontal or vertical in particular.
La présente invention a pour but de procurer un contacteur à courant continu pour puissances élevées de longévité améliorée, plus compact, plus léger, dont le circuit de coupure ne fonctionne que pendant des durées relativement faibles, et éventuellement qui assure plus rapidement le soufflage de l'arc, et soit plus facilement adaptable à des circuits différents et à des montages dans des positions différentes. Le contacteur selon l'invention est caractérisé en ce que son 2- contact de conduction mobile est disposé entre le levier rotatif et les contacts de conduction fixes et se trouve supporté par le noyau mobile en un point situé entre l'axe et le contact de coupure du levier rotatif. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: Un premier ressort disposé entre le noyau mobile et le levier rotatif est de force suffisante pour assurer la pression d'appui du contact mobile de coupure sur le contact fixe, un ressort précontraint est disposé dans une cartouche placée entre la tête de la tige du piston et le noyau mobile, et la course du piston du vérin est telle qu'après mise en appui du contact de conduction mobile sur ses contacts fixes, il vienne comprimer le ressort précontraint en assurant la pression d'appui The object of the present invention is to provide a direct current contactor for high powers with improved durability, more compact, lighter, the cut-off circuit of which operates only for relatively short periods of time, and possibly which ensures the blowing of the liquid more quickly. 'arc, and is more easily adaptable to different circuits and to fixtures in different positions. The contactor according to the invention is characterized in that its 2 mobile conduction contact is disposed between the rotary lever and the fixed conduction contacts and is supported by the mobile core at a point between the axis and the contact of turning off the rotary lever. It also preferably meets at least one of the following characteristics: A first spring disposed between the movable core and the rotary lever is of sufficient strength to ensure the contact pressure of the movable breaking contact on the fixed contact , a pre-stressed spring is placed in a cartridge placed between the head of the piston rod and the movable core, and the stroke of the piston of the jack is such that after pressing the movable conduction contact on its fixed contacts, it comes compress the prestressed spring while ensuring the contact pressure
des contacts de conduction.conduction contacts.
Un ressort de rappel s'appuyant sur un épaulement du noyau mobile permet de ramener le piston du vérin vers le bas lorsque la pression A return spring resting on a shoulder of the movable core enables the piston of the jack to be brought down when the pressure
dans le vérin est supprimée.in the cylinder is removed.
Il comprend des contacts auxiliaires de contr 8 le de son état de fermeture ou d'ouverture et un tiroir à cames coulissant actionnant ces It includes auxiliary contacts to control its closed or open state and a sliding cam drawer actuating these
contacts, qui sont montés dans un boîtier commun amovible. contacts, which are mounted in a removable common housing.
Pour un montage en position soit horizontale, soit verticale, il comprend deux jeux d'organes de fixation par pions des connexions, For mounting in either a horizontal or vertical position, it includes two sets of fixing members by connection pins,
adaptés à l'un ou à l'autre montage. suitable for either mounting.
Il comporte une bobine de création du champ magnétique de soufflage de It includes a coil for creating the magnetic blowing field of
l'arc, disposée en série dans le circuit de coupure. the arc, arranged in series in the breaking circuit.
Sa cheminée de soufflage de l'arc comporte entre des cornes une série de plaques métalliques disposées en éventail, séparées par un intervalle précis croissant de leur extrémité plus proche des contacts de coupure à Its arc blowing chimney comprises between horns a series of metal plates arranged in a fan, separated by a precise interval increasing from their end closer to the breaking contacts at
leur extrémité plus éloignée.their end farther away.
Sa cheminée de soufflage d'arc est fixée à son boîtier par un doigt Its arc blowing chimney is fixed to its housing by a finger
escamotable poussé par un ressort de maintien en position. retractable pushed by a holding spring.
Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un contacteur à courant continu pour grandes There is described below, by way of example and with reference to the figures of the appended drawing, a DC contactor for large
puissances selon l'invention.powers according to the invention.
La figure l A représente le contacteur en position d'ouverture des circuits de coupure et de conduction, à l'exception de la cheminée Figure l A shows the contactor in the open position of the cut-off and conduction circuits, with the exception of the chimney
d'extinction d'arc.arc extinction.
La figure 1 B représente la cheminée d'extinction d'arc. Figure 1B shows the arc extinguishing chimney.
La figure 2 représente à plus grande échelle la cartouche assurant la pression de contact. La figure 3 représente le contacteur en position de fermeture du circuit de coupure, le circuit de conduction restant ouvert (sans la Figure 2 shows on a larger scale the cartridge ensuring the contact pressure. FIG. 3 shows the contactor in the closed position of the cut-off circuit, the conduction circuit remaining open (without the
cheminée d'extinction d'arc).arc extinguishing chimney).
La figure 4 le représente en position de fermeture des circuits de coupure et de conduction (également sans la cheminée d'extinction d'arc). La figure 5 représente à plus grande échelle le dispositif de FIG. 4 shows it in the closed position of the breaking and conduction circuits (also without the arc extinguishing chimney). Figure 5 shows on a larger scale the device
fixation de la cheminée sur le contacteur. fixing the chimney to the contactor.
La figure 6 représente à plus grande échelle le boîtier plastique comportant la fixation des contacts auxiliaires de contr 8 le et le tiroir Figure 6 shows on a larger scale the plastic housing comprising the fixing of the auxiliary control contacts 8 and the drawer
à cames les actionnant.with cams operating them.
La figure 7 représente à plus grande échelle le système de fixation Figure 7 shows on a larger scale the fixing system
par pions des connexions en deux positions différentes. by pins of connections in two different positions.
Dans la figure l A, le circuit de conduction principal comprend deux connexions d'entrée et de sortie du courant 1, 2 en cuivre munies de pastilles d'argent 4, et un contact mobile en cuivre 3 muni également de pastilles d'argent 5, destiné à être entraîné en position de fermeture In FIG. 1A, the main conduction circuit comprises two current input and output connections 1, 2 made of copper provided with silver pellets 4, and a movable contact made of copper 3 also provided with silver pellets 5 , intended to be driven in the closed position
par un noyau mobile actionné par la tige 17 d'un vérin 16. by a movable core actuated by the rod 17 of a jack 16.
Le circuit de coupure comprend un levier mobile isolant 6 muni d'un contact de coupure 7 en cuivre-tungstène à une extrémité et tournant autour d'un axe 8 à l'autre extrémité sous l'effet de la pression du noyau mobile Ce contact est relié électriquement à la connexion 2 par l'intermédiaire d'un plat de cuivre 9 A traversant le levier et se raccordant par une tresse 10 à la connexion 2 Une bobine de soufflage 11 comportant de nombreuses spires en fil émaillé fin, reliée au circuit principal par la connexion 1, se termine par un contact fixe de coupure The cut-off circuit comprises a movable insulating lever 6 provided with a cut-off contact 7 made of copper-tungsten at one end and rotating around an axis 8 at the other end under the effect of the pressure of the movable core This contact is electrically connected to connection 2 via a copper plate 9 Through the lever and connected by a braid 10 to connection 2 A blowing coil 11 comprising numerous coils of fine enameled wire, connected to the circuit main by connection 1, ends with a fixed breaking contact
7 A, également en cuivre-tungstène. 7 A, also made of copper-tungsten.
Comme représenté à plus grande échelle en figure 2, la pression de contact engendrée par la tige 17 du vérin 16 s'exerce sur le ressort 18 logé dans la cage 19 Elle est transmise par celui-ci au fond 20 d'un -4- noyau mobile 20 A, entouré par un ressort de rappel 9 Le fond 20 supporte dans une cuvette l'extrémité d'un ressort 21 dont l'autre extrémité vient en appui sur le plateau 22 disposé au-dessous du levier As shown on a larger scale in FIG. 2, the contact pressure generated by the rod 17 of the jack 16 is exerted on the spring 18 housed in the cage 19 It is transmitted by the latter to the bottom 20 of a -4- movable core 20 A, surrounded by a return spring 9 The bottom 20 supports the end of a spring 21 in a bowl, the other end of which rests on the plate 22 arranged below the lever
mobile isolant 6, qui supporte le contact mobile conducteur 3. mobile insulator 6, which supports the movable conductive contact 3.
La pression de contact est ainsi assurée indépendamment de la pression d'air du circuit pneumatique du vérin, dans un encombrement réduit et en limitant au minimum la liaison entre le système de commande The contact pressure is thus ensured independently of the air pressure of the pneumatic circuit of the jack, in a reduced space and by limiting to the minimum the connection between the control system
pneumatique et les organes mécaniques internes du contacteur. pneumatic and the internal mechanical components of the contactor.
La cheminée de soufflage 12 (figure 1 B) est fixée de façon amovible au corps du contacteur par un doigt escamotable 23 poussé par un ressort 24 sur un ergot 26 (figure 5) On assure ainsi un maintien mécanique et The blowing chimney 12 (FIG. 1B) is removably fixed to the body of the contactor by a retractable finger 23 pushed by a spring 24 on a lug 26 (FIG. 5) This provides mechanical support and
une continuité électrique fiable entre la cheminée et le contacteur. reliable electrical continuity between the chimney and the contactor.
Cette cheminée comporte des cornes symétriques 13, 14 s'évasant vers l'extérieur La zone d'extinction d'arc est constituée par une série de plaques métalliques 15, disposées en éventail suivant un rayon déterminé, et espacées par un intervalle précis et croissant vers l'extérieur Elles aboutissent à un dispositif d'obturation 16 formé par This chimney comprises symmetrical horns 13, 14 flaring outwards. The arc extinction zone is constituted by a series of metal plates 15, arranged in a fan along a determined radius, and spaced by a precise and increasing interval. outwards They lead to a closure device 16 formed by
des plaques isolantes perforées de multiples trous. insulating plates perforated with multiple holes.
Un boîtier plastique moulé 25 (figure 6) comporte six contacts auxiliaires 25 A fixés par boulons Rp 27 A et un tiroir à cames 27 coulissant dans son intérieur et actionnant ces contacts auxiliaires, dont le rôle est de contrôler l'état de fermeture ou d'ouverture du contacteur Ce boîtier, qui intègre toutes les fonctions basse tension de contrôle, est fixé par des boulons 27 B sur le corps du contacteur, mais peut en être détaché rapidement pour être remplacé le cas échéant A molded plastic housing 25 (FIG. 6) has six auxiliary contacts 25 A fixed by Rp bolts 27 A and a cam slide 27 sliding inside and actuating these auxiliary contacts, whose role is to control the closing state or opening of the contactor This box, which incorporates all the low-voltage control functions, is fixed by bolts 27 B on the body of the contactor, but can be detached quickly to be replaced if necessary
par un autre.by another.
Les connexions du contacteur peuvent prendre deux positions différentes, représentées respectivement sur la figure 7 en 1 et 2 en traits pleins, ou l A et 2 A en traits interrompus, suivant les positions The contactor connections can take two different positions, shown respectively in Figure 7 in 1 and 2 in solid lines, or l A and 2 A in dashed lines, depending on the positions
horizontale ou verticale dans laquelle on doit placer le contacteur. horizontal or vertical in which the contactor must be placed.
Dans la position représentée en traits pleins, la connexion 1 est fixée In the position shown in solid lines, connection 1 is fixed
par des pions en 28 et 30, et la connexion 2 par des pions 31 et 33. by pins at 28 and 30, and connection 2 by pins 31 and 33.
Dans la position représentée en traits interrompus, la connexion l A est fixée par des pions en 28 et 34, et la connexion 2 par des pions en 33 In the position shown in broken lines, connection l A is fixed by pins at 28 and 34, and connection 2 by pins at 33
et 35.and 35.
- Le fonctionnement du contacteur à la fermeture est le suivant, à partir de la position o les contacts de coupure et de conduction sont - The closing contactor operates as follows, starting from the position where the breaking and conduction contacts are
ouverts (figure l A).open (Figure l A).
A l'admission d'air dans le vérin 16, la tige 17 du piston monte vers le haut de la figure et entraîne le noyau mobile 20 A ainsi que le levier de coupure 6 par l'intermédiaire du ressort 21 Lors de la montée du noyau mobile, le ressort de rappel 9 situé autour de cette cartouche est comprimé Lorsque ce noyau mobile a effectué une course d'environ 8 mm, le contact mobile de coupure 7 à l'extrémité du levier 6 vient toucher le contact fixe de coupure 7 A Le courant s'établit alors dans When air is admitted into the jack 16, the piston rod 17 rises to the top of the figure and drives the movable core 20 A as well as the cut-off lever 6 via the spring 21 When the movable core, the return spring 9 located around this cartridge is compressed When this movable core has made a stroke of approximately 8 mm, the movable cut-off contact 7 at the end of the lever 6 comes to touch the fixed cut-off contact 7 A The current is then established in
le circuit de coupure (figure 3).the cut-off circuit (figure 3).
Le levier de coupure 6 en appui ne bouge plus, mais le noyau mobile A peut continuer son ascension, comprimant alors le ressort 21 situé sous le levier, et procurant ainsi la pression de contact nécessaire à The cut-off lever 6 in support no longer moves, but the movable core A can continue its ascent, then compressing the spring 21 located under the lever, and thus providing the contact pressure necessary to
la bonne conduction du courant dans le circuit de coupure. good current conduction in the cut-off circuit.
Le noyau mobile continuant sa montée, vient repousser vers le haut le contact mobile 3 qui ferme les contacts de conduction 4 et 5, fermant le circuit de conduction Le courant circulant jusqu'alors entièrement dans le circuit de coupure est transféré en presque totalité dans le The movable core continuing to rise, pushes up the movable contact 3 which closes the conduction contacts 4 and 5, closing the conduction circuit The current flowing until then entirely in the breaking circuit is transferred almost entirely in the
circuit de conduction beaucoup moins résistif. much less resistive conduction circuit.
Une fois les contacts de conduction fermés, le noyau mobile ne bouge plus Par contre, la tige du piston effectue une course supplémentaire d'environ 2 mm avant d'arriver en butée dans le vérin, en enfonçant le ressort précontraint 18 disposé dans la cage 19, qui va procurer la pression de contact nécessaire à la bonne conduction du courant dans le circuit principal passant par les contacts 4, 5 Le Once the conduction contacts are closed, the movable core no longer moves On the other hand, the piston rod performs an additional stroke of approximately 2 mm before reaching the stop in the jack, by pushing the pre-stressed spring 18 placed in the cage 19, which will provide the contact pressure necessary for good current conduction in the main circuit passing through the contacts 4, 5 Le
contacteur est alors fermé.contactor is then closed.
Dans le sens inverse, à l'ouverture du contacteur, lorsque le vérin 16 est mis à l'atmosphère, le ressort de rappel 9 ainsi que le ressort 18 dans la cage 19 se détendent rapidement et repoussent énergiquement le noyau mobile 20 A, le contact mobile 3 et la tige du piston 17 vers le In the opposite direction, when the contactor opens, when the jack 16 is vented, the return spring 9 as well as the spring 18 in the cage 19 quickly relax and strongly repel the movable core 20 A, the movable contact 3 and the piston rod 17 towards the
bas de la figure.bottom of the figure.
Lors du déplacement du noyau mobile, le ressort 20 disposé sous le levier de coupure 6 se détend, tout en maintenant ce levier immobile et donc le circuit de coupure fermé Par contre le circuit de conduction -6- s'ouvre Le courant est alors dévié dans sa totalité du circuit de During the displacement of the movable core, the spring 20 placed under the cut-off lever 6 relaxes, while keeping this lever stationary and therefore the cut-off circuit closed. On the other hand, the conduction circuit -6- opens The current is then deflected. in its entire circuit
conduction vers le circuit de coupure. conduction to the breaking circuit.
Lorsque le noyau mobile a effectué une certaine course vers le bas, la face inférieure du contact mobile 3 vient à toucher le levier 6 et à entraîner celui-ci Il y a alors ouverture des contacts 7, 7 A du circuit When the movable core has made a certain downward stroke, the underside of the movable contact 3 comes to touch the lever 6 and to drive it There is then opening of the contacts 7, 7 A of the circuit
de coupure et apparition d'un arc électrique entre ceux-ci. break and appearance of an electric arc between them.
Sous l'effet du ressort de rappel 9 qui continue à se détendre, le noyau mobile 20 A et le levier de coupure 6 terminent leur course vers le bas L'arc s'allonge entre les contacts 17, 17 A Toutefois, grâce au soufflage magnétique de l'arc engendré par la bobine 11 insérée dans le circuit de coupure, l'arc est soufflé dans la cheminée d'extinction d'arc 12 entre les cornes 13, 14 vers les plaques 15 o il disparaît La bobine 11, constituée de nombreuses spires en fil fin, ne chauffe pas lorsque le contacteur est fermé, puisqu'il ne passe alors qu'environ 1 % du courant total dans le circuit de coupure Par contre, elle est traversée transitoirement à l'ouverture du contacteur par la totalité du courant, qui passe alors par le circuit de coupure, avant même l'ouverture des contacts de coupure et l'apparition de l'arc Le circuit Under the effect of the return spring 9 which continues to relax, the movable core 20 A and the cut-off lever 6 end their downward stroke The arc lengthens between the contacts 17, 17 A However, thanks to the blowing magnetic of the arc generated by the coil 11 inserted in the cut-off circuit, the arc is blown into the arc quenching chimney 12 between the horns 13, 14 towards the plates 15 where it disappears The coil 11, constituted many coils in fine wire, does not heat up when the contactor is closed, since it then only passes about 1% of the total current in the cut-off circuit On the other hand, it is transiently crossed when the contactor opens all of the current, which then passes through the breaking circuit, even before the opening of the breaking contacts and the appearance of the arc The circuit
magnétique est ainsi magnétisé à l'avance, et crée un champ important. magnetic is thus magnetized in advance, and creates a large field.
Dès que l'arc apparaît, il est donc soufflé très rapidement et très énergiquement vers l'intérieur de la cheminée et les plaques 15 Il entre facilement dans l'éventail de plaques et s'y fractionne en multiples petits arcs La tension d'arc augmente alors pour atteindre une valeur supérieure à la tension de rétablissement du réseau, et l'arc As soon as the arc appears, it is therefore blown very quickly and very vigorously towards the interior of the chimney and the plates 15 It easily enters the range of plates and splits into multiple small arcs The arc voltage then increases to reach a value greater than the network recovery voltage, and the arc
s'éteint.goes out.
Le dispositif d'obturation 16 A canalise le flux des gaz de sortie et stabilise l'arc dans les plaques métalliques 15 et évite les manifestations d'arc à l'extérieur La grande efficacité du système de plaques en éventail, d'écartement croissant vers l'extérieur, permet de réduire les dimensions de la cheminée par rapport aux dimensions The shut-off device 16 A channels the flow of the outlet gases and stabilizes the arc in the metal plates 15 and prevents arcing outside. The high efficiency of the fan-shaped plate system, with increasing spacing towards the exterior reduces the dimensions of the chimney compared to the dimensions
adoptées jusqu'ici.adopted so far.
La disposition ci-dessus des contacts de conduction et des contacts de coupure, ainsi que du levier, du noyau mobile et des ressorts permet de transférer le courant d'un circuit sur l'autre pendant les phases transitoires de fermeture et d'ouverture, en spécialisant les types de contact et exploitent leurs avantages de façon optimale Les contacts de conduction en argent ne sont pas détériorés par des arcs électriques qui apparaissent uniquement sur les contacts de coupure On limite ainsi The above arrangement of the conduction contacts and the breaking contacts, as well as of the lever, of the movable core and of the springs makes it possible to transfer the current from one circuit to the other during the transient phases of closing and opening, by specializing in the types of contact and making the most of their advantages The silver conduction contacts are not damaged by electric arcs which appear only on the breaking contacts We thus limit
l'usure des contacts et augmente leur longévité. wear of the contacts and increases their longevity.
Les contacts de coupure sont en cuivre-tungstène, permettant de bien The breaking contacts are made of copper-tungsten, allowing good
résister à l'arc On limite ainsi l'usure de ces contacts. withstand the arc This limits the wear of these contacts.
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