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La présente invention se rapporte aux dispositifs de commande électro-magnétique du type comportant un circuit agissant soit comme inducteur soit comme induit sur un élément moteur électro-magnétique de course angulaire ou rectiligne limitée. Des exemples de tels circuits sont l'enroulement d'excitation d'un électro-aimant ou encore l'induit d'un moteur à excitation indépendante, ou dont l'inducteur est constitué par un aimant permanent.
L'invention concerne, plus particulièrement, les commandes électro-magnétiques de ce type destinées à être
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alimentées en courant continu.
Si l'on utilise toute la puissance d'une source de courant continu pour l'alimentation d'une telle commande électro-magnétique, 'on pourra obtenir une puissance de cette commande d'autant plus grande que sa résistance ohmique sera moins élevée.
Or, dans certaines applications, il est essentiel de pouvoir disposer de commandes électro-magnétiques extrêmement rapides et par conséquent très puissantes. Il en est ainsi notamment dans la commande des disjoncteurs à haute tension où le délai de réponse de la commande électro-magnétique vient s'ajouter à celui des mécanismes d'exécution, alors que la rapidité de transmission d'un ordre doit être aussi.grande que possible (par exemple de l'ordre du millième de seconde), notamment lorsqu'il s'agit d'un déclenchement sur court-circuit où les risques d'endommagement des installations et d'accidents mortels sont d'autant plus grands que le court-circuit persiste plus longtemps. -
On a donc intérêt, dans ces applications, à réduire la résistance ohmique du circuit électro-magnétique.
Cependant,' cette réduction diminue dans une mesure correspondante, la durée pendant laquelle le circuit peut supporter la tension-de la source sans donner lieu à un échauffement dangereux susceptible de le détruire. En effet, tout se passe dans un-tel circuit en fin de course de l'élément moteur comme dans l'enroulement d'un moteur électrique bloqué.
C'est pourquoi lorsque, par exemple, on désire réaliser un électro-aimant d'une certaine puissance, on
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prévoit dé.l'actionner au moyen d'un dispositif de commande fugitive tel qu'un boton-poussoir permettant d'envoyer dans l'électro-aimant une impulsion, d'excitation de durée limitée.
@ . Toutefois,' ces dispositifs ne permettent pas de prévoir exactement quelle sera la durée d'alimentation, puisque, par exemple, dans le cas d'une commande manuelle, l'opérateur peut appuyer plus ou moins longtemps sur le.. bouton-poussoir. De plus, il peut arriver qu'il actionne ce bouton à plusieurs reprises et à intervalles rapprochés.
Par ailleurs, il est humainement impossible de réaliser'. manuellement des temps d'émission très brefs (par.exemple de l'ordre du centième de seconde). Dans le cas où l'on désire utiliser des temps d'émission de cet ordre, il ,faut donc recourir à des mécanismes émetteurs plus ou moins complexes.et qui, dans une même installation, peuvent, avoir des constantes de temps différentes. Il faut donc prévoir des commandes électro-magnétiques capables de résister à la plus longue durée d'émission à prévoir. En fait, il restera d'ailleurs toujours un doute sur cette prévision et, de toute façon, certaines fausses manoeuvres ou incidents sur les mécanismes émetteurs risqueront tou- jours de détruire les commandes.
On est donc obligé pour limiter les risques de destruction des électro-aimants ou analogues, de prévoir une énorme marge de sécurité.
Par exemple, dans la commande de disjoncteurs à haute tension- on- utilise couramment actuellement des électro- aimants capables de supporter la tension d'excitation pendant une durée de l'ordre de 2" alors que la durée normale d'impulsion de commande n'est que de l'ordre de
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2/10" et que le.temps nécessaire à la mise en action du disjoncteur n'est que d'environ 2/100".
L'invention a pour objet un dispositif permettant d'assurer, en réponse à une émission d'ordre de durée quelconque, une alimentation de durée extrêmement brève et rigoureusement limitée, si longue.que soit la durée de ladite émission, du circuit d'une commande électro- magnétique telle que décrite ci-dessus.
Dans ces conditions, la résistance ohmique dudit circuit et la tension d'alimentation peuvent être choisies avec une marge de sécurité aussi réduite qu'on le désire, ce qui permet d'obtenir des commandes électro-magnétiques extrêmement puissantes et, partant, ultra-rapides.
Le dispositif suivant l'invention est essentielle- ment constitué par un relais dont le délai de réponse est égal au temps auquel on désire limiter l'alimentation du circuit.de la commande électro-magnétique, ledit relais commandant un rupteur interposé dans .ledit circuit, tandis qu'un contacteur permet d'appliquer simultanément la tension d'une source de courant électrique appropriée audit circuit et audit relais.
Dans ces conditions,, lorsqu'on émet un ordre en fermant le contacteur en question, le circuit de la commande électro-magnétique est tout d'abord alimenté en. parallèle @ avec le relais mais-,. après un très court instant égal au délai de réponse dudit relais, ledit circuit est inter- rompu par l'ouverture du rupteur que commande ledit relais.
A titre d'exemple spécifique et pour fixer les idées, on a pu ainsi réaliser des commandes électro-
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magnétiques fonctionnant en moins de 1/1000" et qui, si leur alimentation est interrompue après 1/100", ne donnent lieu pratiquement: à aucun échauffement nuisible. Or, en ce qui concerne le relais inhibiteur, il est facile d'obte nir un délai de réponse de l'ordre de 1/100", en utilisant un relais classique pouvant rester sous tension indéfiniment.
L'invention vise donc, par ailleurs, à titre de produit industriel nouveau, une commande électro-magnétique du genre comportant un circuit destiné à être alimenté par une tension continue qu'il ne peut supporter que pendant un temps très court, ledit'circuit étant contrôlé par un dispositif'd'alimentation fugitive de durée prédéterminée tel que décrit ci-dessus, dont le relais d'inhibition qui, lorsqu'il est alimenté par ladite tension en parallèle avec ledit circuit interrompt l'alimentation de ce dernier au bout d'un temps inférieur audit temps très court.-
Le dispositif suivant l'invention, en interrompant le circuit d'alimentation de la commande électro-magnétique tant que le relais d'inhibition est excité, offre encore un avantage essentiel, à savoir:
celui d'empêcher toute répétition de l'exécution d'un ordre si la-durée d'émission dudit ordre se prolonge et tant qu'un nouvel ordre n'est pas émis après annulation du précédent.
Dans un grand nombre de domaines, il arrive souvent qu'on désire éviter le renouvellement d'une opération dans le cas où, soit en raison même de la nature de cette opération, soit par suite de causes fortuites, les conditions initiales se trouvent rétablies alors que le dispositif continue à être actionné. Par exemple, on sait
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que dans les mitrailleuses, on utilise deux sortes de tirs: le tir par rafales et le tir coup-par-coup. Le tir par rafales s'effectue précisément par maintien de la transmission d'un même ordre, la répétition se poursuit tant que le tireur appuie sur la gâchette, de,sorte que le tir couppar-coup exige la présence d'une seconde gâchette, ou d'un mécanisme de commutation compliqué.
Une autre application, où le dispositif tel que défini ci-dessus offre un intérêt vital, est le domaine des disjoncteurs à haute tension. En effet, on sait que ces disjoncteurs ont un fonctionnement extrêmement rapide, imposé par les fonctions qu'ils ont à assurer. Par ailleurs, un de leurs rôles essentiels est de se déclencher automatiquement en cas de court-circuit sur la ligne qu'ils protègent. Or, certains de ces courts-circuits ne sont pas fugitifs, ce qui interdit le réenclenchement automatique du disjoncteur, immédiatement après le déclenchement.
Or, si l'on envoie à un disjoncteur un ordre d'enclenchement alors qu'il existe un court-circuit non fugitif sur la ligne, et si cet ordre d'enclenchement se prolonge pendant une durée supérieure à celle de son exécution, il est bien évident-qu'il se produira immédiatement un déclenchement automatique dû au court-circuit, puis un second enclenchement dû au maintien de l'ordre, etc...
Ce phénomène est connu de l'homme de l'art sous le nom, d'ailleurs impropre, de pompage, d'où l'expression "anti-pompage" qui désigne habituellement les mécanismes plus ou moins complexes qui ont été proposés antérieurement pour remédier à cet incon- vénient. ' @
Le dispositif d'alimentation de durée contrôlée
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suivant l'invention constitue précisément un mécanisme anti-pompage extrêmement simple et offrant une sécurité absolue puisque le relais d'inhibition, en interrompant le circuit d'alimentation de la commande électro-magnétique, empêche positivement toute répétition de 1=exécution d'un ordre si longue que soit la durée d'émission de celui-ci.
Il est particulièrement prévu d'associer un dispo- sitif d'alimentation de durée contrôlée du type décrit à chacune des électro-vannes d'un disjoncteur. On peut ainsi, obtenir, d'une part, une exécution unique de chaque ordre d'enclenchement ou de déclenchement émis et d'autre part, la transmission de cet ordre en un temps extrêmement court pouvant être inférieur à 1/1000".
Il est encore prévu suivant l'invention de choisir les caractéristiques du relais d'inhibition de telle façon que le délai de réponse au bout duquel il referas. le rupteur après la coupure de son propre circuit d'excitation soit suffisamment grand pour interdire une nouvelle alimentation de la commande électro-magnétique tant que l'échauffement résultant d'une alimentation précédente n'est pas suffisamment dissipé pour éviter tout risque de grillage.
Un autre avantage du dispositif destiné à assurer une alimentation fugitive le durée contrôlée suivant l'invention réside en ce que le contacteur qui provoque à la fois l'alimentation de la commande électro-magnétique et celle du relais d'inhibition n'a à supporter la forte intensité d'alimentation de la commande que pendant un temps extrêmement court égal au délai de réponse dudit relais. De plus, les contacts de ce contacteur, toujours en raison de la durée extrêmement courte de l'alimentation
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de la commande sont coupés alors que seule la faible intensité alimentant le relais passe à travers eux. Dans ces conditions, onpeut utiliser pour ce contacteur des contacts de faible superficie avec une distance explosive extrêmement réduite.
On pourrait par exemple, même pour une tension relativement importante, utiliser pour cette fonction des interrupteurs miniature dits "micro-switch".
De manière analogue, le rupteur commandé par le relais, s'il doit assurer la coupure du courant de forte intensité, n'est traversé par celui-ci que pendant la durée très courte, déjà mentionnée, de réponse du relais. Il peut donc être également muni de contacts de faible superficie.
Par contre, sa distance explosive devra être suffisante pour assurer ladite coupure.
Un autre avantage du dispositif suivant l'invention est de permettre l'utilisation pour l'alimentation de la commande électro-magnétique de piles ou d'accumulateurs.
En effet, on sait que les sources de courant de ce type sont capables de fournir une forte intensité à condition que ce ne soit que pour un temps très court.
Le dispositif permet enfin d'utiliser, si on le désire, un condensateur de grande capacité qui peut être chargé lentement et débiter ensuite la forte intensité désirable. Cette disposition permet d'effectuer plusieurs alimentations successives avec le même condensateur, en raison de la durée de décharge extrêmement faible à chacune desdites alimentations qui, dans ces conditions, n'absorbent à chaque fois qu'une très faible partie de la charge totale du condensateur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de
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la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limita- tif s,quelques modesde, réalisation de l'invention.
Sur ces dessins:
La Fig.l est un schéma de câblage d'un dispositif destiné à assurer l'alimentation fugitive d'une commande électro-magnétique suivant l'invention.
La Fig. 2 est un autre schéma montrant l'utilisation de dispositifs suivant l'invention pour l'actionnement des électro-vannes d'un disjoncteur,
La Fig. 3 est un autre schéma dans lequel le dispositif suivant l'invention est utilisé pour la commande d'une mitrailleuse, et
La Fig. 4 est un schéma d'une variante d'un détail de la-Fig.3.
Dans l'exemple représenté sur la Fig.l, le dispositif d'alimention fugitive de durée contrôlée suivant l'invention, pour commande électro-magnétique, comporte une source de courant continu S constituée, par exemple, par une batterie de piles ou d'accumulateurs reliée aux deux'bornes d'entrée 1 et 2, alimentant des conducteurs 3 et 4 connectés au circuit à alimenter.
Dans l'exemple représenté, ce circuit est' constitué par un enroulement 5 bobiné sur une carcasse cylindrique 26 guidée par ses deux extrémités 27 et 28 sur la branche médiane 29 d'une structure magnétique comportant deux aimants permanents 30 et 31 à montage élastique assuré par des lames de ressorts 32,33 qui permettent un libre déplacement de l'enroulement 5 dans l'entrefer annulaire 34.
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Les lames de ressort 32 et 33 peuvent, en même temps, être utilisées comme représenté, pour relier l'enroulement 5 aux conducteurs 3 et 4.' Un ressort 40 sollicite l'organe mobile 26 vers la position de repos.
Ce dispositif constitue une sorte de moteur à courant continu dont l'induction est assurée par les aimants permanents 30 et 31 tandis que l'enroulement 5 constitue son induit. Un tel dispositif qu'on pourrait désigner sous le nom de "vérin magnéto-électrique" du fait de sa course limitée et de l'utilisation comme énergie des forces induites dans les spires de l'enroulement 5 sous l'action du champ magnétique permanent des aimants 30 et 31 en réponse au passage du courant dans lesdites spires, offre sur les électro-aimants plus couramment utilisés, l'avantage essentiel pour les buts visés par la présente invention que son délai de mise en action est extrêmement court du fait de la pré-existence du champ magnétique permanent qui permet cette mise en action dès que le courant commence à passer dans l'enroulement,
ce qui a lieu très rapidement du fait de la self-induction de l'enroulement, alors que, dans l'électroaimant, le champ magnétique ne prend naissance qu'en réponse au passage du courant, ce qui amène, fatalement, un certain retard dans la mise en action de l'armature par le champ.
De plus, il est facile d'obtenir une action rigoureusement constante sur toute la course d'un tel dispositif, à condition de prévoir un bobinage régulièrement réparti et de longueur suffisante.
En dérivation sur les conducteurs 3 et 4 sont branchés les conducteurs 6 et 7 qui alimentent, toujours à partir des bornes d'entrée 1 et 2, un relais inhibiteur 9
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dont le noyau plongeur porte le contact mobile 10 d'un rupteur dont les contacts fixes 11 et 12 sont interposés sur le conducteur 4. Dans l'exemple représenté, la tension de la source S est appliquée aux bornes 1 et 2 par des conducteurs 13 et 14 sous le contrôle d'un contacteur tel que le bouton-poussoir 15. Conformément à l'invention, le délai de réponse du relais 9 est choisi égal au temps auquel on désire limiter l'alimentation du circuit de la commande électro-magnétique (en l'occurrence l'enroulement 5).
Le fonctionnement du dispositif est extrêmement simple. Lorsque le contacteur 15 est fermé, la source débite simultanément dans les enroulements 5 et 9. Après un temps égal à son délai de réponse, le relais 9 attire son armature et actionne le contact mobile 10, de manière à séparer les contacts fixes 11 et 12, ce qui provoque l'interruption de l'alimentation de l'enroulement 5.
On remarquera que les interrupteurs 15 et 10 n'ont à supporter le passage du courant d'alimention du vérin magnéto-électrique que pendant la durée du délai de réponse du relais 9. Si cette durée est suffisamment faible, on pourra, même si l'intensité du courant d'ali- mentation est très grande, utiliser des interrupteurs à contacts de faible dimension, tels que ceux des "micro# switch", sans risquer la détérioration, en raison de la faible durée de leur fonction permanente de transmission du courant.
Quant à la fonction transitoire du rupteur 10, par laquelle il assure la coupure du courant du circuit d'alimentation du vérin magnéto-électrique, elle pourra également être assurée par des contacts de faibles
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dimensions, mais la levée du contact mobile 10 devra être suffisante pour assurer uns rupture franche dudit courant.
Par ailleurs, en appelant t1 la durée d'alimen- tation de l'enroulement 5 nécessaire pour assurer l'exé- cution de l'ordre, t2 la durée d'excitation du relais inhibiteur 9 nécessaire pour provoquer la coupure du conducteur 4 par le rupteur 11, 10, 12,et t3 la durée d'une opération déclenchée par la commande électro- magnétique, on doit avoir suivant l'invention: t1 < t2 < t3 (1)
Si l'on actionne le bouton-poussoir 15 pendant un temps supérieur à t, , quelle que soit la durée pendant laquelle on prolonge cette action, le-circuit d'alimenta- tion de la commande électro-magnétique est coupé par le rupteur au bout d'un temps t2 et aucune répétition de l'exécution de l'ordre ne peut se produire tant qu'on n'appuie pas une seconde fois sur le bouton 15 après l'avoir relâché.
Sur la Fig.2, la référence générale 22 désigne un dispositif suivant l'invention dont le vérin magnéto- électrique désigné par la référence générale 37 est destiné à actionner l'électro-vanne de déclenchement 23 d'un d i s j o n c t e u r, tandis que l'électro- vanne d'enclenchement 38 est commandée par un électro- aimant 16 muni d'un autre dispositif suivant l'invention, désigné par la référence générale 39.
Dans ce mode de réalisation on utilise un vérin magnéto-électrique pour le déclenchement en raison de son délai de réponse plus rapide. Toutefois, bien entendu, on pourrait sans s'écarter pour cela de l'esprit de
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l'invention, utiliser également un vérin de ce type pour l'enclenchement, ou encore deux électro-aimants pour l'enclenchement et le 'déclenchements On pourrait également ne prévoir un dispositif d'alimentation de durée contrôlée que pour, une de ces deux opérations,,
Dans le mode de réalisation de la Fig.2,
les deux dispositifs de commande sont alimentés à partir d'une source commune constituée par une batterie de piles ou d'accumulateurs 35 comportant un grand nombre d'élément s de façon à fournir une tension suffisamment élevée et par un condensateur de grande capacité 36 monté en tampon aux bornes de ladite batterie.
Grâce à cette disposition, le condensateur 36 aux armatures duquel règne au repos la tension maxima que peut fournir la batterie 35, se charge lentement sous l'action de cette tension et, à chaque actionnement du contacteur d'enclenchement 15b et du contacteur de déclenchement 15a, une faible partie de cette charge est envoyée simultanément soit dans le circuit d'alimentation du vérin magnéto-électrique de déclenchement et le relais d'inhibition associée soit dans le circuit d'excitation'de l'électro-aimant d'enclenchement et le relais d'inhibition contrôlant celui-ci.
L'avantage de la présence du condensateur 36 est de permettre le maintien de'la tension maxima du courant de-commande pendant la durée d'actionnement du vérin magnéto-électrique ou de 1'électro-aimant, ce qui serait impossible avec la batterie 35 seule, puisque lorsqu'une telle batterie débite un courant de forte intensité, sa tension tombe immédiatement.
'Il y a lieu de souligner ici que l'utilisation
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d'un vérin magnéto-électrique du type décrit à alimentation contrôlée de la manière exposée, permet de transmettre au mécanisme de commande d'un disjoncteur un ordre de déclenchement en un temps pouvant être inférieur à 1/1000 sec.
Dans 1''exemple représenté sur la Fig.3, le dispo- sitif suivant l'invention est utilisé pour la commande d'une mitrailleuse. L'agencement et le fonctionnement sont analogues à ceux des modes de réalisation précédents à cela près que la commande électromagnétique 5 actionne la gâchette 18 de la mitrailleuse.
Par ailleurs, le dispositif comporte une troisième borne d'entrée 1' qui permet de shunter le relais inhibiteur 9, sous le contrôle d'un second bouton-poussoir 15', pour assurer le tir par rafales, tandis que le boutonpoussoir 15 assure le tir coup-par-coup si, comme précédemment t1 < t2 < t3 t1 et t2 étant respectivement les délais de réponse des solénoïdes 5 et 9 et t3 l'intervalle de temps qui sépare la mise en action de la gâchette de l'armement du mécanisme en vue du coup suivant.
En raison de sa rapidité, la comman- de électro-magnétique suivant l'invention permet d'effectuer avec une seule gâchette du tir par rafales à cadence très 'rapide (par exemple 6000 coups minute, ce qui serait un maximum pour d'autres raisons) et du tir coup- par-coup En effet, dans ce cas, t3 = 1/100 de seconde, t2 < t3 peut être, par exemple, choisi égal à 1/500 de seconde et t1 à 1/1000 de seconde, ces temps étant possibles avec la commande suivant l'invention et offrant entre eux une marge suffisante.
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Sur la Fig.4, les boutons-poussoirs 15 et 15' sont remplacés par un bouton-poussoir unique comportant un corps isolant 19 portant un contact glissant 20 qui, au repos, n'établit aucun circuit tandis que, quand il est partiellement enfoncé, il établit le double circuit de tir coup-par-coup et que, quand il est complètement enfoncé,¯il établit le shunt du relais 9 pour établir le tir par rafales en maintenant-lé circuit du solénoïde inhibiteur, ce qui évite tout- effet de sonnette.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés ; est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'.art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention..
En particulier, tl , t2, t3 peuvent varier entre certaines limites de tolérance, à condition que la'double inéquation (1) soit respectée.