Les appareils de coupure du courant électrique, tels que les disjoncteurs, dont la conception nécessite un dispositif puissant et rapide pour déplacer les contacts et également, très souvent, pour créer une pression de soufflage de l'arc électrique lorsqu'un gaz est utilisé comme moyen d'extinction de l'arc électrique, utilisent un organe de manoeuvre, fournisseur d'énergie mécanique, appelé « commande ». Les organes de commande connus à ce jour délivrent de l'énergie mécanique, soit à partir d'un fluide sous pression, liquide ou gazeux, soit à partir de ressorts, dont on libère l'énergie en déverrouillant des accrochages. Les commandes à fluide sous pression sont onéreuses quand de fortes puissances sont requises. Les commandes à 10- ressorts, elles, ne délivrent que de faibles puissances. Les industriels de l'appareillage électrique ont donc préféré développer des chambres de coupure ne nécessitant qu'une énergie réduite en utilisant le SF6 comme gaz d'extinction et en procédant-à une sophistication des chambres de coupure, qui sont alors elles-mêmes devenues très onéreuses. Dans le but, premièrement, de s'affranchir du SF6 qui est 15 un gaz très nocif pour l'environnement (effet de serre) et, deuxièmement, de diminuer le coût des disjoncteurs, la présente invention concerne une commande délivrant une grande énergie mécanique pour un coût réduit, permettant alors de l'associer à des chambres de coupure de conception plus simples, pouvant utiliser des gaz non nocifs tels que l'air comprimé sec. La commande selon l'invention 20 comprend une source d'énergie qui est un volant d'inertie. Ce volant peut communiquer, via, éventuellement, un dispositif réducteur de vitesse, son mouvement à deux disques par l'intermédiaire d'un système d'engrenages différentiel. Le premier disque, appelé disque pilote, est solidaire du premier planétaire. Le deuxième disque, appelé disque moteur, est solidaire du second 25 planétaire. Si wo est la vitesse angulaire du volant d'inertie, coi celle du disque pilote et (02 celle du disque moteur, on a la relation suivante : a coi + b W2 = 2(0 o a et b pouvant être des coefficients fractionnaires. Lorsque le disjoncteur est au repos, en position enclenchée, le disque moteur est à l'arrêt et w2 = 0, le disque pilote tournant à vide, d'où, d'après la relation ci- dessus, co2 = 2coo / a . Lorsqu'un 30 ordre de déclenchement est envoyé au disjoncteur, un système ultra-rapide bloque le disque pilote et coi prend la valeur zéro ; il en résulté que co2 prend la valeur 2coo / b; le disque moteur se met donc à tourner, recevant-l'énergie cinétique du -2- volant d'inertie. Il est relié par un embiellage à la tige porte- contacts du disjoncteur et lui communique un mouvement d'ouverture. Le système de blocage du disque pilote peut être un frein à disque ou une cale autobloquante, sans que ces systèmes soient limitatifs. Lorsque le mouvement d'ouverture est proche de son terminus, la tige porte-contacts franchit un accrochage empêchant son retour en arrière sous 'l'effet du ressort, dit d'enclenchement. Continuant encore sa course, le disque moteur, muni d'un ergot approprié, libère le dispositif de blocage du disque pilote qui reprend sa vitesse de rotation. Le disque moteur, n'étant plus alimenté en énergie, s'arrête, étant bloqué par une butée de fin de course. Electrical power cut-off devices, such as circuit breakers, whose design requires a powerful and fast device to move the contacts and also, very often, to create an arc blowing pressure when a gas is used as the means of extinguishing the electric arc, use a maneuvering organ, supplier of mechanical energy, called "command". The control members known to date deliver mechanical energy, either from a fluid under pressure, liquid or gas, or from springs, the energy of which is released by unlocking snaps. Pressurized fluid controls are expensive when high power is required. The 10-spring controls, they deliver only low power. Electrical equipment manufacturers have therefore preferred to develop cutting chambers requiring only reduced energy by using SF6 as extinguishing gas and by proceeding to a sophistication of the breaking chambers, which then themselves became very expensive. In order firstly to overcome SF6, which is a gas that is very harmful to the environment (greenhouse effect) and, secondly, to reduce the cost of circuit breakers, the present invention relates to a control delivering a large amount of mechanical energy. for a reduced cost, allowing then to associate it with rooms of cut of design more simple, being able to use non harmful gases such as dry compressed air. The control according to the invention comprises an energy source which is a flywheel. This wheel can communicate, possibly via a speed reduction device, its two-disk movement via a differential gear system. The first disk, called pilot disk, is integral with the first sun gear. The second disk, called the motor disk, is secured to the second sun gear. If wo is the angular velocity of the flywheel, that of the pilot disk and (02 that of the motor disk, we have the following relation: ai + b W2 = 2 (0 oa and b can be fractional coefficients. the circuit breaker is at rest, in the engaged position, the motor disk is at a standstill and w2 = 0, the pilot disk running empty, from where, according to the above relation, co2 = 2coo / a. a trip command is sent to the circuit breaker, an ultra-fast system blocks the pilot disk and takes the value zero, which results in co2 taking the value 2coo / b, and the motor disk starts rotating, receiving the kinetic energy of the flywheel 2. It is connected by a linkage to the contact rod of the circuit breaker and communicates an opening movement.The locking system of the pilot disk can be a disk brake or a self-blocking wedge, without these systems being limiting.When the opening movement is pro From its terminus, the contact rod passes a snap preventing its return back under the effect of the spring, said interlocking. Continuing its course, the motor disk, provided with a suitable lug, releases the locking device of the pilot disk which resumes its rotational speed. The motor disk, no longer supplied with energy, stops, being blocked by a limit stop.
Le volant d'inertie, source d'énergie est solidaire d'un moteur, généralement électrique, qui lui redonne l'énergie perdue pendant la manoeuvre. Pour enclencher le disjoncteur, on libère l'accrochage qui maintenait la tige porte-contacts Gt celle-ci repart vers la position enclenchée, replaçant le disque moteur dans la position de départ, par l'intermédiaire de la bielle qui la relie à ce disque. La Figure 1 de la planche unique, est une vue en coupe transversale, contenant l'axe de rotation du système d'engrenages différentiel, montrant les disques pilote et moteur. Cette disposition n'est pas limitative car d'autres dispositions sont possibles, comme les « ponts arrières » d'automobiles par exemples. La figure 2 est une vue en coupe perpendiculairement à l'axe, le disque pilote étant 20 sur l'arrière et le disque moteur n'étant pas représenté, étant sur l'avant. La Figure 3 est une représentation du disque moteur avec l'embiellage entraînant la tige porte-contacts. En référence à La Figure 1, le volant d'inertie (1), dont l'axe est solidaire, par l'intermédiaire éventuellement d'un engrenage réducteur de vitesse (2), du porte- 25 satellites (3), est mis en vitesse par le moteur (4). Les satellites (5) entraînent un pignon planétaire (6) à denture intérieure. Le second pignon planétaire (7) est, lui, à denture extérieure et est solidaire du disque pilote (8) qu'un frein à disque (9), mu par un électroaimant (10) peut bloquer. D'autres types possibles de systèmes de blocage ne sont pas représentés. Le planétaire(6)est solidaire du disque moteur (11).The flywheel, energy source is integral with a motor, usually electric, which gives him the energy lost during the maneuver. In order to switch on the circuit breaker, the latching which holds the contact-carrying rod Gt is released again to the engaged position, replacing the motor disk in the starting position, via the connecting rod which connects it to this disk. . Figure 1 of the single plate is a cross-sectional view, containing the axis of rotation of the differential gear system, showing the pilot and motor disks. This provision is not limiting because other provisions are possible, such as the "rear axles" of automobiles for example. Figure 2 is a sectional view perpendicular to the axis, the pilot disc being on the rear and the motor disc not being shown, being on the front. Figure 3 is a representation of the motor disc with the linkage driving the contact rod. With reference to FIG. 1, the flywheel (1), the axis of which is integral, possibly via a speed reduction gear (2), of the planet carrier (3) is set in speed by the motor (4). The satellites (5) drive a planetary gear (6) with internal teeth. The second sun gear (7) is itself externally toothed and is integral with the pilot disk (8) that a disk brake (9), driven by an electromagnet (10) can block. Other possible types of locking systems are not shown. The sun gear (6) is integral with the motor disk (11).
30 En référence à la Figure 2, un électroaimant (12) attire un coin triangulaire (13), qui vient se coincer entre le disque pilote (8) et le bâti fixe(14). Ce dispositif est autobloquant puisque s'engageant dans le sens de rotation du disque pilote (8).Un -3- ressort de rappel (15) remet le coin (13) en sa position initiale, après avoir été débloqué par un moyen adéquat. Là aussi, le système de blocage est non limitatif. En référence à la Figure 3, la tige porte-contacts (16) est représentée en position enclenchée ; le point d'attache (17) de la bielle (18) reliant le disque moteur (11) à la tige porte-contacts (16), étant en position A . Quand, dans la rotation le point d'attache (17), arrive en B , la tige porte-contacts (16) a atteint le point de séparation d'avec les contacts fixes dans la chambre de coupure. Ensuite, quand, continuant sa rotation, le point (17) arrive en position C , l'extinction de l'arc électrique est acquise dans la chambre de coupure, mais le mouvement se poursuit 10- pour créer une distance d'isolement. En D , la tige porte-contacts (16) franchit un accrochage (20), l'empêchant de repartir ultérieurement en arrière, sous la pression du ressort d'enclenchement (19) , fournissant, par exemple, un effort de 2000 N. En E un.ergot (21) débloque le coin (13) (ou le frein à disque si ce système est retenu). L'ergot(21) fait également basculer un bloc multi-contacts appelés 15 «contacts signaux », provoquant, entre autre, la coupure de l'alimentation électrique de l'électroaimant (12) qui active le blocage du disque pilote (8) et l'envoi de signaux de position. A partir de cet instant, le disque moteur (11), ne reçoit plus d'énergie en provenance du volant d'inertie (1) ; il continue sa rotation par inertie, mais est stoppé par une butée (22). Il est à noter que le besoin en énergie est 20 maximum entre les positions B et C correspondant à la séquence de soufflage de l'arc électrique dans la chambre de coupure qui provoque un freinage sévère de la tige porte-contacts (16). L'exemple numérique ci-après n'est absolument pas limitatif, mais uniquement démonstratif : En supposant une masse de 10 Kg pour la tige porte-contacts (16) et l'équivalant en inertie du disque moteur (11), avec une 25 course de 50 mm jusqu'à la séparation des contacts et ce, en un temps de 0,01 seconde, soit une accélération de 1000 m/s/s, l'effort à fournir pour déplacer la tige porte-contacts (16) est de 10 000 N. S'ajoute à cela l'effort de 2000 N du ressort d'enclenchement (19), soit un total de 12 000 N. A la sortie des contacts la vitesse de la tige porte-contacts (16) est donc de 10 m/s. Le point B se trouvant sur le 30 disque moteur(11) sous un angle de 45°, par rapport à la verticale donnée par la tige porte-contacts (16), sur la figure 3 , sans que cette valeur soit limitative, la vitesse tangentielle en B est en conséquence de 10x.Nr2= 14 m/s et l'effort tangentiel de -4- 12 000/-\/2 = 8500 N environ. En prenant un diamètre de 0,45 m, valeur aussi non limitative, pour le disque moteur (11), avec 14mJs de vitesse tangentielle, la vitesse angulaire Cil 2 est alors de 63 radians par seconde, soit 600 tours/minute environ. En donnant, par construction, un diamètre de la denture intérieure du planétaire (6) égal à celui du disque moteur (11) et un diamètre du disque pilote (8 ) cinq fois supérieur à celui de son planétaire (7), au démarrage, l'effort tangentiel de blocage - du disque pilote (8) est cinq fois inférieur à l'effort tangentiel exercé par la bielle (18) sur le disque moteur(11) car les satellites (5), libres en rotation, équilibrent les efforts tangentiels suries planétaires (6) et (7) indépendamment de leur diamètre. A 10 l'effort tangentiel exercé par le coin(13), il faut ajouter l'effort à fournir pour absorber l'énergie cinétique du disque pilote (8), d'environ 2000 J. La course de freinage, pendant 0,01 seconde étant d'environ 0,3 m sur la périphérie du disque pilote (8), l'effort tangentiel correspondant est donc de 2000/0,3 =6600 N environ. Le coin (ou le frein à disque) doit donc être capable de créer un effort de 8500/5 + 15 6600 = 8300 N que doit pouvoir supporter aussi le disque pilote (8). Entre les positions B et C se produit la séquence de coupure dans la chambre de coupure, induisant dans la tige porte-contacts un effort pouvant aller jusqu'à 100 000 N ; l'effort de retenu du disque pilote peut donc s'élever jusqu'à 100 000/5 = 20 000 N. L'énergie fournie par le disque moteur (11) est la somme de l'énergie cinétique de 20 l'ensemble disque moteur (11), tige porte-contacts (16) et bielle (18), du travail de l'effort de compression du ressort d'enclenchement et de l'énergie de coupure, soit, au total, de 15 à 20 000 joules. Cette énergie est prélevée sur l'énergie cinétique du volant d'inertie (1). Pour enclencher le système, on libère l'accrochage (20) du ressort (19); La tige porte-contacts repart vers sa position initiale, remettant alors, 25 par l'intermédiaire de la bielle (18), le disque moteur (11) dans sa position initiale également. Il arrive que le cahier des charges des disjoncteurs demande la séquence suivante : Ouverture - 0,3 seconde - Fermeture-Ouverture immédiate - 3 secondes - Fermeture-Ouverture immédiate - 30 secondes - Fermeture-Ouverture immédiate - 3 minutes - Fermeture-Ouverture immédiate. Cela 30 correspond à des tentatives pour restaurer la tension du réseau en comptant sur une extinction naturelle du défaut sur la ligne. Pendant les 3 dernières minutes le moteur (4) a le temps de fournir 20 000 Joules au volant d'inertie (1) ; il suffit qu'il ait -5- pour ce faire une puissançe de 125 watts. Mais les 4 premiers cycles doivent être prélevés sur l'énergie cinétique du volant d'inertie (1), qui doit donc fournir 20 000 x 4 = 80 000 J sans ralentir de plus de 10% (on admet que la coupure de l'arc électrique peut encore se faire correctement avec une vitesse de sortie des contacts de 9 m/s). Il en ressort que l'énergie initiale du volant d'inertie (1) doit être de 400 000 J, l'énergie étant proportionnelle au carré de la vitesse de rotation (400 000 x (1- 0,92) = 80 000). La masse M d'un volant étant donnée par W= 1/2 M w2 r2 (W=énergie, r = rayon du volant d'inertie). Dans le cas présent 400 000 = 1/2 M x 6,4 x 104 (onsait que -0)2 r2 est égal au rapport de la contrainte admissible dans le matériau de la périphérie d'un volant par la masse spécifique de ce matériau qui est, dans l'exemple présent, de l'acier, où ce rapport peut être pris égal à 6,4 x 104), d'où M = 12,5 Kg. En choisissant un rayon i= 0,3m pour le volant d'inertie (11), on obtient w = 649 radians par secondes soit environ 6200 tours par minute. Le moteur électrique (4) peut être du type sans balais ( brushless), nécessitant donc une alimentation à fréquence variable ou bien du type classique à courant continu. Dans ce dernier cas on peut envisager des balais rétractables ou un embrayage quand aucune puissance n'est demandée au moteur qui n'est appelé à fonctionner que quelques minutes par jour. Pour enclencher le système, il est également possible d'utiliser, au lieu d'un ressort, le système tel qu'il vient être décrit. Sauf dans les cas où une grande énergie d'enclenchement est requise, cette disposition est onéreuse. La commande selon l'invention peut entraîner tous types de disjoncteurs, à isolation extérieure, à enveloppe métallique ou autres. La commande selon l'invention peut également transmettre son effort à l'aide d'une crémaillère au lieu de la bielle (18), le disque moteur (11) étant alors pourvu d'une denture. Elle peut également recevoir des applications pour tous types de machines requérant une forte puissance en un temps très bref, telles que presses, cisailles poinçonneuse ou autres. With reference to FIG. 2, an electromagnet (12) attracts a triangular wedge (13) which is jammed between the pilot disc (8) and the fixed frame (14). This device is self-locking since it engages in the direction of rotation of the pilot disk (8). A return spring (15) returns the wedge (13) to its initial position, after having been unlocked by a suitable means. Again, the blocking system is non-limiting. With reference to FIG. 3, the contact rod (16) is shown in the engaged position; the point of attachment (17) of the connecting rod (18) connecting the motor disk (11) to the contact rod (16), being in position A. When in the rotation the attachment point (17) arrives at B, the contact rod (16) has reached the point of separation from the fixed contacts in the interrupting chamber. Then, when, continuing its rotation, the point (17) arrives at position C, the extinction of the electric arc is acquired in the interrupting chamber, but the movement continues to create an isolation distance. In D, the contact rod (16) passes a latch (20), preventing it from going back further later, under the pressure of the interlocking spring (19), providing, for example, a force of 2000 N. In E un.ergot (21) unblocks the corner (13) (or the disc brake if this system is retained). The pin (21) also toggles a multi-contact block called "signal contacts", causing, among other things, the interruption of the power supply of the electromagnet (12) which activates the locking of the pilot disk (8) and sending position signals. From this moment, the motor disc (11) receives no more energy from the flywheel (1); it continues its rotation by inertia, but is stopped by a stop (22). It should be noted that the energy requirement is maximum between positions B and C corresponding to the blowing sequence of the electric arc in the interrupting chamber which causes severe braking of the contact rod (16). The numerical example below is absolutely not limiting, but only demonstrative: Assuming a mass of 10 kg for the contact rod (16) and the inertia equivalent of the motor disk (11), with a 25 stroke of 50 mm to the separation of the contacts and this, in a time of 0.01 seconds, an acceleration of 1000 m / s / s, the effort required to move the contact rod (16) is of 10,000 N. Add to this the force of 2000 N of the interlocking spring (19), a total of 12 000 N. At the contact output the speed of the contact rod (16) is therefore 10 m / s. Point B is located on the motor disk (11) at an angle of 45 °, with respect to the vertical given by the contact rod (16), in FIG. 3, without this value being limiting, the speed tangential in B is accordingly 10x.Nr2 = 14 m / s and the tangential force of -4- 12 000 / - \ / 2 = 8500 N approximately. Taking a diameter of 0.45 m, also non-limiting value, for the drive disc (11), with 14 mJs tangential speed, the angular speed Cil 2 is then 63 radians per second, or 600 revolutions / minute. By giving, by construction, a diameter of the internal toothing of the sun gear (6) equal to that of the motor disk (11) and a diameter of the pilot disk (8) five times that of its sun gear (7), at startup, the tangential locking force of the pilot disk (8) is five times smaller than the tangential force exerted by the connecting rod (18) on the motor disk (11) because the satellites (5), free to rotate, balance the forces tangential planetary surics (6) and (7) regardless of their diameter. At 10 the tangential force exerted by the wedge (13), it is necessary to add the effort to be provided to absorb the kinetic energy of the pilot disk (8), about 2000 J. The braking stroke, during 0.01 second being about 0.3 m on the periphery of the pilot disk (8), the corresponding tangential force is therefore about 2000 / 0.3 = 6600 N. The wedge (or disk brake) must be able to create a force of 8500/5 + 6600 = 8300 N that must also support the driver disk (8). Between the B and C positions occurs the breaking sequence in the interrupting chamber, inducing in the contact rod a force of up to 100,000 N; the driving force of the pilot disk can therefore be up to 100,000 / 5 = 20,000 N. The energy supplied by the motor disk (11) is the sum of the kinetic energy of the disk assembly. motor (11), contact rod (16) and connecting rod (18), the work of the compression force of the interlocking spring and the breaking energy, totaling 15 to 20,000 joules . This energy is taken from the kinetic energy of the flywheel (1). To engage the system, it releases the hooking (20) of the spring (19); The contact rod returns to its initial position, then releasing, via the connecting rod (18), the motor disc (11) in its initial position also. It sometimes happens that the specifications of the circuit-breakers request the following sequence: Opening - 0.3 seconds - Closing-Immediate opening - 3 seconds - Closing-Immediate opening - 30 seconds - Closing-Immediate opening - 3 minutes - Closing-Immediate opening. This corresponds to attempts to restore the network voltage by counting on a natural extinction of the fault on the line. During the last 3 minutes the engine (4) has the time to supply 20 000 Joules to the flywheel (1); it suffices for it to have a power of 125 watts. But the first 4 cycles must be taken from the kinetic energy of the flywheel (1), which must therefore provide 20 000 x 4 = 80 000 J without slowing by more than 10% (it is admitted that the cut of the electric arc can still be done correctly with a contact output speed of 9 m / s). It follows that the initial energy of the flywheel (1) must be 400 000 J, the energy being proportional to the square of the speed of rotation (400 000 x (1- 0,92) = 80 000) . The mass M of a steering wheel being given by W = 1/2 M w2 r2 (W = energy, r = radius of the flywheel). In the present case 400 000 = 1/2 M x 6.4 x 104 (it appears that -0) 2 r2 is equal to the ratio of the allowable stress in the material of the periphery of a flywheel by the specific mass of this material which is, in the present example, steel, where this ratio can be taken equal to 6.4 x 104), where M = 12.5 Kg. By choosing a radius i = 0.3m for the flywheel (11), we obtain w = 649 radians per second or about 6200 revolutions per minute. The electric motor (4) can be brushless type (brushless), thus requiring a variable frequency power supply or the conventional DC type. In the latter case we can consider retractable brushes or a clutch when no power is requested to the engine that is called to operate only a few minutes per day. To engage the system, it is also possible to use, instead of a spring, the system as just described. Except in cases where high interlocking energy is required, this arrangement is expensive. The control according to the invention can lead to all types of circuit-breakers, with external insulation, with a metal casing or others. The control according to the invention can also transmit its force using a rack instead of the connecting rod (18), the motor disk (11) then being provided with a toothing. It can also receive applications for all types of machines requiring high power in a very short time, such as presses, punching shears or others.