Brevet FR2026311A1 — publié le 19700918

Les moteurs asynchrones ont été jusqu' ici alimentés au moyen d'une source de tension constante. Le couple fourni par un tel moteur est donné par la relation où U représente la tension d1 alimentation, X2 l'inductance série, s le glissement et ot le rapport ( figure 1). X2 En cas de variation de vitesse donnée par une variation de la fréquence de la tension d1 alimentation, le couple est inversement proportionnel au carré de ladite fréquence, comme le couple est, d'autre part, proportionnel au carré de la tension d1 alimentation, si 1t on veut maintenir un couple constant indépendant de la fréquence, il faut alimenter le moteur avec une tension U proportionnelle à la fréquence. Ceci peut se faire de façon discontinue en variant le rapport de transformation d: un transformateur placé entre la sortie du pont onduleur et le moteur.La courbe de tension appliquée au moteur se rapprochera dt autant plus de la courbe idéale U =KN que le nombre de marches d: escaliers sera grand, c: est-à-dire un très grand nombre de prises médianes sur le transformateur. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a pour objet un procédé d' alimentation d1un moteur asynchron e, caractérisé en ce que l1on utilise une source dt alimentation fournissant un courant de valeur constante, la tension aux bornes du moteur variant en fonction de la fréquence du champ tournant, de telle sorte que le couple moteur est indépendant de la fréquence du champ tournant. On constate, par le calcul et la pratique, que le couple moteur est dans ce cas indépendant de la fréquence du champ tournant, la tension aux bornes du bobinage du moteur sS adaptant au régime du moteur. On constate en outre que la courbe représentant le couple en fonction du glissement est plus stable. Le dessin annexé représente, à titre dl exemple, une forme d1 exécution dtune source pour la mise en oeuvre du procédé. La figure I représente le schéma de remplacement simplifié d2un mo teur asynchrone triphasé à commutation électronique. La figure 2 représente le schéma d'une source d1 alimentation à courant constant. Dans le schéma de remplacement simplifié illustré a la figure 1, J désigne le courant, X2 et Xp désignent respectivement l'inductance série et pa rallèle, R2 la résultance de charge présentée par R2 (1 - s ) et la rés s sistance du rapport R2 et le s le glissement. On a donc J1 jXp = J2 ### + jX2) et J = J1 + J2 d'ou l'on tire Comme X2 est beaucoup plus petit que Xp, on peut négliger le terme jX2, et l'on obtient On peut calculer la viveur du copple qui est donnée par la relation ou R Xp I1 ressort de cette relation que le couple est indépendant de la fréquence du champ tournant. En outre, il ressort de la dérivée dM/ds que la pente de la courbe M f (s) est plus stable, c'est-à-dire que le moteur alimenté en courant constant est beaucoup plus stable que le moteur aliment en tension constante. La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une source dl alimenta- tion à courant constant pour un moteur de faible puissance M. Un courant constant est obtenu au moyen d'un circuit composé de deux transistors T1 et T2, d'une diode zener Z et de deux résistances R1 et R2 le circuit étant alimenté par une tension continue U. La tension Uz aux bornes de la diode Zener est constante tandis que la chute de tension aux bornes de la résistance R2 s'oppose à la tension Uz. En conséquence, toute augmentation du courant I traversant le moteur en train une augmentation de la chute de la tension à travers R2, cest-à- dire une diminution de la conduction du transistor T2 et par là de T1 rétablissant le courant U à sa valeur nominale. Les éléments de commutation électroniques des phases R, S, T du moteur sont indiquées schématiquement en 1 à 6. La commande de ces éléments s'effectue de façon connue, par exemple comme décrit dans les brevet suisses 394 364 et 435 418. I1 est en outre possible de démontrer que l'alimentation à courant constant permet de diminuer la fréquence de glissement au couple maximum, ce qui est particulièrement avantageux dans les bas régimes. Dans le cas d'une alimentation à tension constante on sait en effet que le couple au voisinage du synchronisme croit proportionnellement au glissement S, puis qutil passe par un maximum appelé couple de décrochement. Dans le cas d'une alimentation à fréquence variable, si l'on veut maintenir un couple maximum constant il faut une tension d' alimentation proportionnelle à la fréquence et le couple maximum a lieu pour une fréquence de glissement constante. Ainsi, un moteur fonctionnant 50 Hz ayant son couple maximum pour une fréquence de glissement fr = 5 Hz tournera à ce moment à 2700 tourd minute, le champ statorique tournant lui à 3000 tours/ minute. Le moteur alimenté à 10 Hz sous une tension 5 fois plus faible aura son champ statorique tournant à 600 tours/ minute et donnera un couple maximum à 3000 tours/ minute, soit avec un glissement de S10 = fr = 5 = 50% fs 10 et S50 = 10% Dans le cas d'une alimentation à fréquence et tension variable, réalisée par une commutation électronique du champ statorique, il est certe possible d' agir au moyen d'un capteur solidaire du mouvement du rotor sur la fréquence et l'intensité des courants d'alimentation de façon à éviter un glissement excessif en bas régime. L'alimentation a courant constant est plus simple et plus économique puisqu: elle permet de renoncer au système asservi par l'intermédiaire d'un capteur. Partant du schéma de remplacement bien connu du moteur asynchrone que reproduit la figure 3, on constate que L1 et R1 peuvent etre incorporés dans la résistance interne de la source de courant constant et quren ndgli- geant L2' ci-.Lp ce qui est toujours le cas dans un moteur asynchrone normalement dimensionné, le couple est donné par l'expression Le couple passe par un maximum pour S = J2 Xp J2 M - = s Lp max 2 2 Le couple est donc indépendant de la fréquence dtalimentation, la fréquen- ce de glissement étant donné à ce moment là par :: R2 = fr 2 # fs Lp fs c'est-à-dire fr 1 R2/ 2+ Lp En appelant fru la fréquence de glissement obtenue dans le cas d'une alimentation à tension constante et fri la fréquence de glissement obtenue dans le cas d'une alimentation à courant constant on a : fri = fru L2 /Lp ce qui montre que : fri est réduit dans le rapport L2/Lp La figure 4 montre les couples mesurés sur un même moteur en fonction de la charge. La courbe A est enregistrée avec une alimentation à tension constante à 10 Hz, le décrochement se produisant à 60 tours/ minutes. 600- 60 S = 600 = 90% fru = 9 Hz La courbe B a été enregistrée àaRimentation à courant constant à 10 Hz, le décrochement se faisant à 540 tours/ minute soit: 600- 540 s = 600 = 10% fri = 1Hz Dans les deux cas, la tension et courant ont été choisis de telle façon que l'induction soit la même dans les deux cas. Une même réalisation comme décrit ci-dessus pourait être faite avec une alimentation à fréquence beaucoup plus grande que 50 périodes. La réduction du glissement relative serait également valable quelle que spit la fréquence d'alimentation puis qu'elle est indépendante de cette dernière. En alimentant un moteur asynchrone à courant constant il est donc possible d'assurer un couple maximum indépendant de la fréquence d' alimentation sans avoir besoin de recourir à une loi de proportionnalité. Une alimentation à courant constant au bas régime peut bien entendu être combinée avec une alimentation à tension constante ou proportionnelle, ou selon toute autre loi, aux régimes élevés. Le courant constant peut en outre etre choisi en fonction de la vitesse du moteur selon une loi i = f (n) de façon à donner une caractéristique spéciale au moteur. REVENDICATION Procédé d' alimentation d'un moteur asynchrone, caractérisé en ce que l'on utilise une source d'alimentation fournissant un courant de va- leur constante, la tension aux bornes du moteur variant en fonction de la fréquence du champ tournant de telle sorte que le couple moteur est indépendant de la fréquence du champ tournant.