Brevet FR2025381A1 — publié le 19700911

La présente invention se rapporte à un circuit de frei- nage à récupération d'énergie pour moteurs monophasés à collecteur, dans lequel l'induit du moteur est connecté par l'intermédiaire d'une bobine dtinductance de freinage à un transformateur à prises multiples et un montage série d'une résistance ohmique et doun enroulement couplé au flux magnétique de la bobine d'inductance de freinage est connecté en parallèle avec le bobinage dtinducteur du moteur, une inductance d'excitation étant connectée en série avec ce montage en parallèle. L'agencement du genre cité ci-dessus, que l'on appelle circuit compound, fait partie de ltétat actuel de la technique. I1 se caractérise par la simplicité de la construc tion de la bobine d'inductance de freinage et par la constance du courant de freinage. Toutefois, il a l'inconvénient que ees caractéristiques favorables n'apparaissent que dans une plage de vitesse limitée, du fait que le courant dlinduc- teur et par conséquent, la force de freinage ainsi que le facteur de puissance diminuent rapidement lorsque la vitesse décroît et le circuit de freinage à récupération d'énergie connu n'est donc utile comme frein de secours que dans la plage supérieure des vitesses. L'invention se rapporte à un dispositif qui possède les avantages de la construction connue aussi bien aux grandes vitesses qu'aux basses vitesses et permet d'éviter avec sécurité les phénomènes d'auto-excitation. Suivant une particularité essentielle de l'invention, llinductance d'excitation comporte, pour éviter une auto- excitation, un premier élément d'inductance pratiquement constante et, pour obtenir des conditions de freinage avantageuses sur une large plage de vitesses, un deuxième élé- ment dtinductance variable et les réactances imputables à ces éléments d'inductance sont mises en parallèle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant å titre explicatif et nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : La figure 1 est un schéma électrique d'un circuit de freinage à récupération d'énergie. La figure 2 est un diagramme vectoriel de Fresnel. La figure 3 est un graphique des tensions et intensités apparaissant dans l'inductance d'excitation. La figure 4 représente une bobine d'excitation à induc tance commandée. La figure 5 représente une variante de la bobine de la figure 4, et La figure 6 représente une variante de la bobine de la figure 5. La figure 1 représente l'induit 1 et l'enroulement inducteur 2 d'un moteur monophasé à collecteur. La référence 3 désigne un enroulement primaire et la référence 4 un enroulement secondaire d'une bobine d'inductance de freinage, les deux enroulements étant bobinés sur le même noyau de fer. Le montage comprend une inductance d'excitation 5, une résistance d'excitation 6, un transformateur 7 à prises multipies, un capteur de courant 8 et un circuit-de commande 9. La- figure 2 représente un diagramme vectoriel du montage de la figure 1. Les vecteurs tracés sur cette figure l représentent les tensions U et les courants J, et, en ap piquant les lois de Kirchoff aux mailles du réseau on obtient par exemple U1 + U3 = U7 ; U2 + U5 = U7 2 t J6 = Etant donné que la bobine d'excitation 5 et l'enroulement d'inducteur 2 sont des inductances pratiquement pures, J5 et U5 de même que J2 et U2 sont en quadrature de phase.Par contre U3 et U4, de meAme que U1 et J2 sont en phase du fait que les enroulements 7 et 4 delta bobine de freinage sont couplés par le même champ magnétique et que la tensions1 représente le champ tournant provoqué par le flux magnétique du courant J2. I1 est connu que l'on obtient le freinage le plus avantageux lorsque la tension d'induit U1 est à peu près égale à la tension U7 aux bornes du transformateur à prises multiples et lorsque la tension U3 aux bornes de l'inductance dé freinage est égale à environ 70 à 80 % de la tension U7 Ces conditions sont remplies avec une bonne approximation sur le diagramme de la figure 2, qui correspond à une certaine vitesse donnée.Si le circuit est muni d'une bobine d'excitation à inductance non commandée 5, la pointe du vecteur du courant d'inducteur J2 se déplace le long du cercle K lorsque la vitesse varie. La valeur J20 correspond à l'arret et la valeur J2 à la vitesse maximale du moteur. Il convient de remarquer que le courant diinduc- teur décroît avec la vitesse, de sorte que la force de freinage ainsi que le facteur de puissance diminuent. Sur la figure 3, on a porté en abscisses le courant J5 et en ordonnées la tension US de l'inductance dfexcita- tion 5. La courbe 0 correspond à une inductance invariable et le point P1 correspond au point de travail à la vitesse maximale. On peut démontrer que le point de travail P2 doit être réglé pour correspondre au courant J22 représenté sur la figure 2 pour obtenir également un bon effet de freinage dans la plage inférieure des vitesses. Si l'inductance n'est pas commandée (courbe o), il n'est pas possible d'atteindre le point P2. En utilisant une inductance commandée (courbes A, B, C) on peut certes obtenir les points P1, P2 par une saturation ou une dé saturation appropriée ; il peut toutefois se produire des auto-excitations.La vitesse Vs à laquelle se manifeste une auto-excitation est en effet donnée par la relation Vs = Cî (l+12/L5) + C2 dans laquelle C1 représente une première constante, L2 lin- ductance de l'enroulement d'inducteur 2, L5 l'inductance de la bobine d'excitation 5 et C2 une deuxième constante. Lorsque la commande de l'inductance variable est trop lente, imprécise ou inefficace, le point de travail se trouve dans la zone comprise entre les courbes 0 et A, dans laquelle L5 est beaucoup plus élevée que sur la courbe 0. Comme l'indique la relation qui donne Vs, la vitesse à laqlelLe- l'autoexcitation se manifeste diminue et, dès que la vitesse du moteur dépasse ce seuil, il entre en-auto-excitation. Au contraire, dans un circuit suivant la figure 1, on peut éviter ces phénomènes avec sécurité. Le circuit de commande 9 augmente l'inductance du deuxième élément, cZest-à- dire de l'élément variable de la bobine d'excitation lorsque la vitesse croit et que la tension U1 croit ; toutefois, même lorsque la réactance correspondante est infiniment grande, la réactance due au premier élément à inductance pratiquement constante ne peut pas être dépassée en raison de la mise en parallèle des deux réactances. Les figures 4 à 6 représentent des formes de réalisation particulièrement avantageuses de l'inductance d'excitation. La figure 4 représente une première branche extérieure 10, une deuxi'me branche extérieure 11 et une branche cen trale 12 d'un noyau de fer. Les culasses de ce noyau sont désignées par la référence ,. La branche centrale 12 présente un entrefer 14. Une première partie 15 de l'enroulement de commande est connectée par ur conducteur 16 à une deuxième partie l@ de l'enroulement de commande. Un enroulement de travail 18 est @@b@@é sur la branche centrale 12.Aux bornes 19 et 20 de l'enroulement de commande l@, 17 est appliquée une tension continue et aux @ornes 21 et 22 de l'enroulement de travail 18 est appliquée une tension alternati e. On a représenté en I le circuit du flux magnétique alternatif et en Cl le circuit du flux magnétique continu. Le mode de fonctionnement de la bobine à inductance commandée, représentée sur la figure 4 sera expliqué en regard de la figure 3. Sur cette dernière figure, on a porté en abscisses le courant J1 qui circule dans l'enroulement de travail 18 et er. ordonnées la tension U18 Si aucun courant ne passe dans 'enroulement de commande 15, 17 courbe o), le courant et la tension de l'enroulement de travail 18 sont liés par une relation linéaire. la courbe 5 correspond à un premier courant de commande déterminé, la courbe @ à un autre courant de commande, plus fort. lorsque l'intensité du courant qui passe dans l'enroulement de commande croît, la saturation du fer croît également.Il en résulte que l'inductance diminué et, avec elle, ia réactance inductive de la bobine. La courbe O correspond donc à une valeur maximale de 'inductan- ce qui ne peut pas être dépassée. tant donné que le courant J18 qui circule dans l'enroulement de travail est inversement proportionnel à la réactance inductive, ce courant est d'autant plus fort, pour une même tension alternative U18, que la valeur cholnle poir le courant de commande est élevée. Il convient de remarquer encore que les FEM qui sont induites dans les deux parties 15 et 17~de l'enroulement de commande par le flux magnétique de l'enroulement de travail 18 se compensent du fait de l'interconnexion appropriée de ces parties de l'enroulement. Sur la figure 4, l'enroulement de travail et l'enrou- lement de commande sont sépares électriquement. Toutefois, il est aussi possible de les réunir électriquement, par exemple comme on lta indiqué sur la figure 5. Ici on a également représenté en 10 la première branche extérieure, en ll la deuxième branche extérieure, en 12 la branche centrale et en 13 les culasses du noyau de fer. La branche centrale 12 présente un entrefer 14. Un premier enroulement intérieur 23, ainsi qu'un premier enroulement extérieur 24 sont bobinés sur la première branche extérieure 10. Un premier enroulement intérieur 25 et un deuxième enroulement extérieur 26 sont bobinés sur la deuxième branche extérieure 11. Une tension continue est appliquée aux bornes 19 et 20 et une tension alternative est appliquée aux bornes 21, 22.Entre ces dernières bornes, les enroulements 23 et 26 sont connectés en série et les enroulements 24 et 25 sont également connectés en série entre eux et en parallèle avec les deux enroulements en série 23 et 26. Le courant continu circule dans les enroulements 23 et 25 connectés en série et également dans le circuit en série des deux enroulements 24 et 26 qui est connecté en parallèle avec le premier circuit en série 23 et 25. Tous les enroulements se comportent donc simultanément comme enroulements de travail et enroulements de commande. Les avantages d'une bobine d'excitation commandée suivant la figure 5 sont que les moyens techniques utilisés pour leur construction peuvent etre considérablement simplifiés et réduits et que la puissance de commande nécessaire diminue très considérablement. Sur les figures 4 et 5, le noyau de fer comprend une branche centrale 12 divisée par un entrefer 14. Dès que les bobines atteignent une certaine puissance (à une fréquence de 50 Hz, une puissance d'environ 50 kVA), le circuit I du flux magnétique alternatif est représenté par le flux de fuite des culasses ainsi qu'on l'a indiqué sur la figure 6. Sur cette figure, les éléments correspondants sont à nouveau désignés par les mêmes références que sur la figure 5. Toutefois, la branche centrale 12 est ici supprimée de sorte que le noyau de fer peut être réalisé d'une façon particulièrement simple et avec une grande économie de matière. Ce qui a été expliqué en regard de la figure 4 est encore valable pour le mode de fonctionnement des bobines suivant les figures 5 et 6. Si les performances exigées de la bobine d'excitation sont faibles, une bobine à entrefer non commandée peut également former le premier élément à inductance pratiquement constante et une inductance à perméabilité commandée et connectée en parallèle, ou bien un transducteur, peut former le deuxième élément à inductance variable. Il va de soi que l'invention nia été décrite qu'à titre explicatif et nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans pour cela sortir de son domaine. REVE5DICAlIONS 1") - Circuit de freinage à récupération d'énergie pour moteurs monophasés à collecteur, dans lequel l'induit du moteur est connecté par l'intermédiaire d'une bobine d'inductance de freinage à un transformateur à prises multip' s et un montage série d'une résistance ohmique et d'an enroulement couplé au flux magnétique de la bobine d'inductance de freinage est connecté en parallèle avec le bobinage diinducteur du moteur, une inductance d'excitation étant connectée en série avec ce montage en parallèle, ledit circuit de freinage étant caractérisé en ce que l'înductance d'excitation comprend, pour éviter l'auto-excitatlon, un premier élément d'Inductance pratiquement constante et, pour donner des con disons de freinage favorables dans une large plage de vitesses, un deuxième élément dtinductance variable et les réactances dues à ces deux éléments d'inductance sont mises en parallèle. 2 ) - Circuit de freinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'inductance d'excitation comprend un noyau de fer, un enroulement de travail dans lequel circule un courant alternatif, ainsi qutun enroulement de commande qui est excité par un courant continu, et le circuit du flux magnétique alternatif passe par le noyau de fer ainsi que par un entrefer placé en série avec ce noyau, tandis que le cir cu-t du flux magnétique continu se referme sur lui-même dans le noyau de fer sans passer par l'entrefer. 30) - Circuit de freinage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le noyau de fer de l'inductance d'excitation comprend une branche centrale divisée par un entrefer et entourée par l'enroulement de travail, et une première partie de l'enroulement de commande est bobinée sur une première branche extérieure du noyau de fer tandis qu'une deuxième partle de l'enroulement de commande, qui est reliée à la première partie de cet enroulement par un conducteur, est bobinée sur une deuxième branche extérieure du noyau de fer. 40) - Circuit de freinage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une première branche extérieure du noyau de fer porte un premier enroulement intérieur ainsi qu'un premier enroulement extérieur, une deuxième branche extérieure du noyau de fer porte un deuxième enroulement intérieur et un deuxième enroulement extérieur et tous les enroulements forment des enroulements de travail et des enroulements de commande. 50) - Circuit de freinage suivant l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que le premier enroulement intérieur est connecté, d'une part, directement à une première borne d'un réseau de courant alternatif et, d'autre part, directement à une première borne d'une source de courant continu, le premier enroulement extérieur est connecté, d'une part, directement à une deuxième borne du réseau de courant alternatif et, d'autre part, directement à une deuxième borne de la source de courant continu, le deuxième enroulement intérieur est connecté, d'une part, directement à la première borne du réseau de courant alternatif et, d'autre part, directement à la deuxième borne de la source de courant continu et le deuxième enroulement extérieur est connecté, d'une part, directement à la deuxième borne du réseau de courant alternatif, d'autre part, directement à la première borne de la source de courant continu. 60) - Circuit de freinage suivant l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que le noyau de fer ne comprend que deux branches. 7 ) - Circuit de freinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bobine à entrefer non commandée constitue le premier élément d'inductance pratiquement constante tandis qu'une inductance à perméabilité commandée ou transducteur en parallèle constitue le deuxième élément à inductance variable.