Contact Electrique de Puissance

 

 

 

Contacts Electriques de Puissance

 

Nous nous intéressons aux phénomènes lorsque le contact est fermé et donc plus particulièrement des phénomènes liés à l’échauffement des contacts qui peuvent avoir des conséquences néfastes comme le soudage des deux éléments constitutifs du contact ou qu’il s’agisse des phénomènes liés à l’ouverture et à la fermeture du contact et à l’apparition et l’extinction de l’arc de coupure par exemple

 

Retour…

 

L’échauffement d’un contact fermé : un problème complexe

L’échauffement d’un contact est un problème complexe dans la mesure où plusieurs phénomènes physiques sont fortement couplés :

- phénomènes mécaniques : mise en contact de deux solides aux surfaces rugueuses,

- phénomènes électriques : passage du courant dans des zones spécifiques de l’interface,

 - phénomènes thermiques : échauffement par effet Joule de certaines zones du contact et donc modification des propriétés mécaniques et électriques des matériaux,

- phénomènes chimiques liés à l’état des surfaces de contact et à leurs évolutions.

 

Les différentes zones de contact dans un contact classique bille/plan.

 

On peut distinguer trois types de contact :

-              le contact « apparent » qui dans ce cas serait un disque. Ceci constituerait le contact mécanique dans le cas où les deux surfaces seraient parfaitement lisses (aucune rugosité)

-              le contact mécanique : les deux électrodes sont en fait en appui l’une sur l’autre au niveau de certaines rugosités présentes sur les surfaces.

-              Le contact électrique, c'est-à-dire les zones par lesquelles le courant passe. Ces zones sont distinctes du contact mécanique du fait de la présence possible de pollution de surface (zones isolantes). On peut noter que ces pollutions de surface peuvent disparaître au cours du temps du fait par exemple d’un chauffage important.

 

 

Les différentes surfaces de contact – Exemple d’un contact bille-plan

 

 

Les principales difficultés pour modéliser l’échauffement d’un contact peuvent se résumer par les questions suivantes :

- comment détermine-t-on la surface de contact mécanique réelle par rapport à la surface de contact apparent ?

- comment détermine-t-on la surface de contact électrique par rapport à la surface de contact mécanique ?

- comment ces différentes zones évoluent-elles en fonction de paramètres tels que la force de contact, la rugosité et au cours du chauffage du contact ?

 

Exemples de modélisations réalisées :

-          modélisation simple 2D couplage électrique/thermique »[1]

-          modélisation 2D couplage électrique/thermique/mécanique[2] [3]

Modélisation de l’échauffement d’un connecteur

 



[1] L. Santandrea, Ph. Teste R. Andlauer, T. Leblanc, J.-P. Chabrerie « Contribution to the modelling of the heating of electric contacts» Actes du 44th Holm Conf. on Electrical Contacts, USA, 1998, p 252-255

[2]A Monnier, B. Froidurot, C. Jarrige, R. Meyer, P. Teste, "A mechanical, electrical, thermal coupled-field simulation of a sphere-plane electrical contact" Acte de la 51ième IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Chicago, 26-28 septembre 2005

[3] A Monnier, B. Froidurot, C. Jarrige, R. Meyer, P. Teste, "A coupled field simulation of an electrical contact during resistance welding”

Acte de la 52ème IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Montreal, 26-28 septembre 2006, 95-102