Brevet FR2099422A1 — publié le 19720317

La présente invention se réfère aux moteurs électriques asynchrones à vitesse variable destinés à des applications danù leskquelles le couple résistant croit rapidement avec la vitesse, et notamment pour l'entrainement de pompes, accélérateurs de chauffage central, ventilateurs climatiseurs, etc... Ces moteurs doivent évidemment être adaptés aux conditions de l'application considérée. On devrait donc normalement prévoir toute une gamme de moteurs différents afin de pouvoir répondre de façon satisfaisante à chaque cas particulier. Pour éviter cette solution coûteuse on a cherché à établir des ensembles moto-ventilateurs, moto-pompes, accélérateurs, etc... susceptibles de fonctionner à puissance ou débit variable de manière qu'us type déter- miné puisse convenir à toute une gamme d'installations. Un premier moyen, qui ne touche en rien au moteur électrique, consiste à prévoir une dérivation ou bygpass réglable. On obtient bien ainsi le résultat recherché, mais on complique ltaps reillage, on abaisse considérablement le rendement et I'n se k.eur- te en outre à l'inconvénient d'un fonctionnement assez bruyant. D'autres solutions tiennent compte de la caractéristique de la charge dans les applications sus-mentionnées et agissent sur le couple développé par le moteur de façon à obtenir un fonctionnement stable à des vitesses bien inférieures à la vitesse synchrone. C? est ainsi qu'on a proposé de monter des résistances réglables en série avec le moteur. Mais là encore le rendement est abaisse Qe façon inadmissible aux basses vitesses ; en outre le couple de démarrage diminue considérablement à mesure qu'sugmente la valeur des résistances insérées dans le circuit, de sorte que pour les faibles puissances le fonctionnement devient incertain, le moteur risquant de rester calé à la mise en marche sous lBeffet de la moindre resis- tance mécanique parasite. On a également propose e prévoir des oi- ses sur ltenroulement statorique du moteur. Toutefois les enroulements à prises multiples sont difficiles et coûteux à réaliser ; en outre ils aboutissent à une mauvaise utilisation des conducteurs L'invention vise à remédier aux inconvenients qui précèdent et à permettre d'établir un moteur asynchrone monophasé pour pompes accélérateurs de chauffage central, ventilateurs et autres applica- tions à couple résistant croissant avec la vitesse, dont on puisse régler la vitesse par des moyens très simples, sans abaisser le rendement de façon inadmissible et tout en garantissant une bonne utilisation des conducteurs statoriques. Canformément à ltinventionlton fait' comporter au moteur au moins un enroulement principal, au moins un enroulement auxiliaire et au moins ,un enroulementvmixte, ces enroulements étant convenablement décalés les uns par rapport aux autres sur le stator, et lton combine lesdits enroulements les uns avec les autres et avec un condensateur de déphasage de manière qu'à chaque combinaison corresponde une vitesse déterminée du moteur en charge sans mise hors circuit d'une fraction importante de l'ensemble des enroulements. Une première série de combinaisons peut être obtenue en insérant ltenroulement principal dans une première branche et lten- roulement auxiliaire avec le condensateur de déphasage dans une seconde en parallèle avec la première, tandis que-l'enroulement mixte est ou bien inséré soit dans la première branche soit dans la seconde, ou bien monté en série avec l'ensemble des deux branches, ou bien encore laissé de côté et inutilisé. Il est possible de réaliser une seconde série de combinaisons en interchangeant l t enroulement auxiliaire et l'enroulement mixte dans les combinaisons de la première série. Le dessin annexé, donné-à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue développée des enroulements d'un moteur comportant application de l'invention. Fig. 2 indique les positions angulaires des vecteurs de champ magnétique pour les divers enroulements supposés alimentés en courant continu. Fig. 3 représente le schéma des connexions d'une première combinaison de ces enroulements. Fig. 4 montre les axes magnétiques des enroulements ainsi connectés. Fig. 5 correspond.aux vecteurs représentatifs des flux en courant alternatif. Fig. 6, 7 et, 8 sont des vues semblables à celles de fig. 3, 4 et 5, mais correspondant à une seconde combinaison d'enroulements. Fig. 9 à 11, 12 à 14, 13 à 17 et 18 à 20 correspondent de même manière à quatre autres combinaisons. Le moteur dont les enroulements ont été schématisés en fig. 1 comprend un enroulement principal P, représenté en traits pleins, un enroulement auxiliaire A indiqué en traits interrompus, et enfin un enroulement mixte M figuré en traits mixtes, Ces enroulements sont convenablement répartis dans les encoches. Dans le cas du moteur suivant fig. 1, il est prévu douze encoches dont les emplacements ont été indiqués par des points numérotés de l à 12. Si l'on considère le vecteur qui correspond à chaque enroulement (c' est-à-dire la ligne des pôles créés par l'enroulement alimenté en courant continu), on constate qu'en partant de l'enroulement P (fig. 2) et en tournant dans le sens positif (sens sinistrorsum), l'enroulement M est à 600 de l'enroulement P et l'enroulement A à 450 de l'enroulement M, ce qui laisse un angle résiduel de 750 pour aboutir aux 1800. On notera dans le schéma de fig. 2 que l'enroule- ment P et l'enroulement A ont approximativement la même importance, tandis que l'enroulement M est nettement moins important. Si l'on dispose du nombre voulu d'encoches (douze par exemple), il est facile de répartir les trois enroulements dans celles-ci de façon à les remplir uniformément (c'est-à-dire à leur faire comporter le même nombre de conducteurs si les trois enroulements sont établis en un fil de même diamètre, ce qui constitue la solution la plus simple). Pour mieux fixer les idées on a indiqué en fig. 1 pour chaque conducteur coupé le numéro de l'encoche dans laquelle il va s'engager. D'autre part, comme le montre bien fig. l, les extrémités des trois enroulements aboutissent à six bornes séparées, respectivement pi, p2, al, a2 et ml, m2. Fig. 3 montre une première combinaison possible de ces trois enroulements. L'enroulement principal P constitue à lui seul une première branche entre les amenées de courant ou bornes Bl et B2 du moteur. L'autre branche comprend en série l'enroulement auxiliaire A, le condensateur de déphasage C et l'enroulement mixte M. Si le branchement est correctement établi, l'on obtient pour la seconde branche un vecteur A + M qui, dans le diagramme en alternatif de fig. 5, est situé à peu près exactement à 900 du vecteur P. Le moteur fonctionne ainsi dans des conditions parfaites et sous son couple maximal, c'est-à-dire à sa plus grande vitesse sous une charge du genre mentionné plus haut (charge à couple résistant crois sant rapidement avec la vitesse). Pour fixer les idées on considèrera cette vitesse du moteur de fig. 3 à 5 comme l'unité de comparaison pour les vitesses inférieures. On écrira donc que suivant cette première combinaison la vitesse en charge est égale à 1 pour un groupe déterminé (en fait pour un accélérateur de chauffage central). La combinaison de fig. 6 à 8 se déduit de la précédente par élimination de l'enroulement mixte M. En raison de la relativement faible importance de celui-ci, cette non-utilisation de certains conducteurs du moteur ne constitue pas un inconvénient sérieux. La vitesse obtenue en charge a été égale à 0,9 pour le même groupe. Dans la combinaison de fig. 9 à Il on utilise à nouveau l'enroulement mixte, mais en l'insérant dans la branche principale en série avec l'enroulement principal P. Avec le groupe précité la vitesse relevée en charge a été égale à 0,85. Pour réaliser la combinaison de fig. 12 à 14 on peut considérer qu'on est parti de celle de fig. 6 à 8, qu'on a remplacé l'en- roulement auxiliaire A par l'enroulement mixte M et qu'on a monté A en série avec l'ensemble des deux branches. La vitesse obtenue en charge s'est alors abaissée à 0,72. La combinaison de fig. 15 à 17 se déduit de la précédente en échangeant simplement les enroulements A et M. La vitesse en charge n'est plus que de 0,66. Enfin la sixième combinaison de fig. 17 à 20 se déduit à son tour de celle de fig. 9 à Il par échange des enroulements A et M. La vitesse tombe alors à 0,55. On peut remarquer que la première, la seconde, la troisième et la cinquième combinaison font partie d'une première série dans laquelle l'enroulement principal est toujours dans la première branche et l'enroulement auxiliaire toujours dans la seconde avec le condensateur de déphasage, les différentes combinaisons se distinguant par la position de l'enroulement mixte. Au contraire la quatrième et la sixième combinaisons appartiennent à une seconde série qui se déduit de la première par échange entre l'enroulement auxiliaire et l'enroulement mixte. On conçoit d'ailleurs que les six combinaisons exposées cidessus ne sont nullement limitatives. On pourrait en imaginer bien d'autres en échangeant convenablement entre eux les trois enroulements P, A et M, ou en prévoyant plusieurs enroulements de chaque type susceptibles d'être combinés entre eux de diverses manières. Il est toutefois à noter que celles sus-indiquées ont donné en pratique une gamme de vitesses particulièrement favorable pour l'accélérateur soumis à l'essai et qui conviendrait également pour d'autres applications posant les mêmes problèmes, par exemple pour des ventilateurs, des climatiseurs, etc... L'invention n'exige aucun enroulement à prises intermédiaires, ni aucune résistance suscepti ble d'absorber inutilement de lténergie ainsi que de réduire exagérément le couple de démarrage. Sauf dans le cas de fig. 6 à 8 tous les enroulements sont utilisés, et encore dans le cas précité s'agit-il uniquement de l'enroulement mixte, de relativement faible importance. - La commande des diverses combinaisons peut être facilement assurée soit par des interrupteurs inverseurs individuels, soit mieux par un commutateur multiple tournant (rotacteur) relativement peu coûteux et peu encombrant, soit encore à l'aide de circuits à fiches mobiles. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et quelle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en rempla çant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1 - Moteur asynchrone monophasé à vitesse variable pour charges comportant un couple résistant qui croît avec la vitesse, caractérisé en ce qui comprend au moins un enroulement principal, au moins un enroul'ementauxiliaire et au moins un enroulement mixte, convenablement décalés les uns par rapport aux autres sur le stator, et susceptibles d'être combinés les uns avec les autres et avec un condensateur de déphasage de manière qu'à chaque combinaison corresponde une vitesse déterminée du moteur en charge, sans mise hors circuit d?une fraction importante des enroulements. 2 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que suivant --une première série de combinaisons l'enroulement principal est monté dans une première branche et l'enroulement auxiliaire avec le condensateur de déphasage dans une seconde en parallèle avec la première, tandis que I'enroulement'mixte est ou bien inséré soit dans la première branche, soit dans la seconde, ou bien monté en série avec l'ensemble des deux branches, ou bien encore laissé de cté et inutilisé. 3 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que selon une seconde série de combinaisons l'enroulement principal est monté dans une première branche et l'enroulement mixte dans une seconde avec le condensateur de déphasage, tandis que l'enroulement auxiliaire est inséré soit dans la première branche, soit en série avec l'ensemble de la première branche et de la seconde. 4 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1'enroulement principal et l'enroulement auxiliaire sont substantiellement de même importance. 5 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ltenroulement mixte se trouve-à environ 600 de l'enroulement principal et l'enroulement auxiliaire à environ 450 de l'enroulement mixte.