Brevet FR2096691A1 — publié le 19720225

L'invention concerne un dispositif de sécurité pour un dispositif à semiconducteur d'alimentation d'un moteur à courant continu comportant une résistance de freinage, ladite résistance de freinage étant placée en parallèle aux bornes du moteur0 Il est connu de freiner un moteur à courant continu en le faisant fonctionner en génératrice et débiter sur une résistance. Ce freinage est proportionnel à la vitesse, Pour une résistance donnée, il sera d'autant plus efficace que la vitesse est plus élevée. Le freinage est utilisé avec succès sur des moteurs à excitation shunt ou à excitation série. Il est connu d'autre part d'utiliser un moteur à courant continu pour l'entratnement du tambour dans les machines à laver et plus particulièrement un moteur à courant continu à aimant permanent. L'excitation série est alors parfaitement adaptée pour obtenir une régulation de la vitesse du moteur et aussi une protection quant à la surcharge de celui-ci. Suivant une telle réalisation, la résistance série du moteur sert également de résistance chauffante. Un dispositif de commutation permet d'utiliser cette m8me résistance comme frein en la connectant aux bornes du moteur. Cette solution serait parfaitement adaptée si le moteur et la résistance étaient directement branchés sur un réseau à courant continu, mais du fait que l'alimentation du moteur est réalisée à partir d'un réseau alternatif, les commutations de circuit posent des problèmes. Il est connu du brevet français NO 1.483.653 d1utiliser, pour freiner le moteur, une résistance'séparée mise en parallèle aux bornes dudit moteur. Le freinage est commandé par un commutateur à contact unique à deux positions : l'une établissant le circuit d'alimentation, l'autre le circuit résistant de freinage. Etant donné la self inductance du moteur, il se crée, lors de l'inversion, des arcs électriques de longue durée qui provoquent un court-circuit franc. L'utilisation de commutateurs électromécaniques, dont les temps de coupures ne sont pas négligeables par rapport aux temps de réponse des semiconducteurs, permet le passage de courants de court-circuit de très forte intensité qui détériorent ces derniers. Or jusqu'à présent aucune solution satisfaisante n'a pu autre trouvée afin d'éviter les courts-circuits. Le montage des contacts d'arret de ltalimentation moteur en opposition des contacts de frein n' a pas pu résoudre ce problème dans les programmateurs de machines à laver existant actuellement. La fiabilité d'un tel montage est très réduite et le moindre défaut de fonctionnement tel qu'un léger collage des contacts suffit pour amener la mise hors service de l'alimentation à semiconducteurs. L'invention a pour objet un dispositif de sécurité assurant une protection totale de l'alimentation à composants semiconducteurs et ce, quelles que soient les durées de commutations ou me les erreurs, comme par exemple la mise en circuit du frein, l'alimentation du moteur n'étant pas coupée. Ce dispositif limite le courant maximum traversant le circuit comprenant des éléments semiconducteurs, et la résistance frein a une valeur telle que l'intensité maximum admissible par les redresseurs ou thyristors utilisés dans cette alimentation ne soit pas dépassée. Le dispositif de sécurité pour un dispositif à semiconducteur d'alimentation d'un moteur à courant continu comportant une résistance de freinage, objet de ltinvention, ladite résistance de freinage étant placée en parallèle aux bornes du moteur, est remarquable en ce qu'il est constitué par la résistance frein elle mtme dont la valeur a été ehoisie telle quelle limite l'intensi- té du courant traversant les composants semiconducteurs et le moteur à l'intensité maximale admissible dans lesdits composants, lorsque ladite résistance est mise en circuit, le moteur étant encore alimenté. Le dispositif de sécurité pour un dispositif à semiconducteur d'alimentation dtun moteur à courant continu suivant la réalisation précédente, dont la résistance de freinage et son contact de mise en circuit sont branchés aux bornes du moteur et aux extrémités du pont d'alimentation pour former un circuit constitué par un premier contact de mise en circuit d'une première phase alternative, un premier semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant, une des bornes du moteur et l'ensemble résistance et contact de freinage, l1autre extrémité du pont et seconde borne du moteur, un second semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant et le second contact de mise en circuit de la seconde phase alternative, le contact de freinage et ledit second contact de mise en circuit se trouvant réunis dans un mtme dispositif de commutation, est remarquable en ce que la résistance de freinage est disposée entre ledit semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant en circuit avec ledit premier contact de mise en circuit d'une première phase alternative et ledit contact de freinage. Les explications et dessins donnés ci-après à titre d'exemple feront mieux comprendre l'inventionO La Fig. 1 représente le schéma de l'alimentation électrique d'un moteur de machine à laver connu. La Fig. 2 est un schéma comportant le dispositif de sécurité objet de lSinvention, suivant une première forme de réalisation. La Fig. 3 est une seconde forme de réalisation de l'invention. La Fig. 1 représente le schéma simplifié de l'alimentation d'un moteur M à courant continu à aimant permanent pour l1entrat- nement du tambour d'une machine à laver. Le pont de redressement à diodes et thyristors fournit, à partir du réseau alternatif, un courant continu pour l'alimentation du moteur. La variation de vitesse du moteur et sa régulation est obtenue par un dispositif de contrôle électronique figuré schématiquement en 5. Le montage an série, en soi connu, de la résistance 6 permet d'absorber les variations d'intensité ddes aux variations de charge du moteur et l'utilisation à cet effet d'un thermoplongeur résout le problème de ltévacuation de chaleur et assure une parfaite sécurité contre, par exemple, le blocage du rotor. Un dispositif contacteur 3 permet, lorsque l'alimentation du moteur est coupée, de fermer le circuit moteur sur la résistance 6 qui joue alors le r81e de frein, le moteur fonctionnant, jusqu'à son arret, en génératrice. Le mode de fonctionnement de ces divers éléments est le suivant - lorsque le moteur tourne les contacts 1 et 2 sont fermés et le contact 3 est ouvert. - lorsque le moteur est arrêté les contacts 1 et 2 sont ouverts et le contact 3 est fermé. L'inconvénient, présenté par ce dispositif simple, est que pendant un temps très court les trois contacts peuvent se trouver fermés en meme temps. Théoriquement il est possible d'ouvrir 1 et 2 et de fermer 9 sans qu'il y ait court-circuit et il semblerait que, si l'on commande par le mtme dispositif mécanique ltouverture de 1 et 2 et la fermeture de 3, il n'y ait pas de problème, mais en réalité, dans un programmateur classique, les contacts 1, 2 et 3 peuvent autre fermés en meAme temps, soit par suite d'un défaut mécanique, soit par création dtun arc électrique. Le système électronique réagit instantanément au court-circuit et se trouve mis hors d'usage.Un thyristor de 6 A de courant nominal et de 15 A de courant A crotte à crete ne peut supporter 55 A que pendant 10 millièmes de seconde et une seule fois. Les composants semiconducteurs devront donc autre protégés par fusibles mais ceux-ci ont des temps de réponse trop longs ; il faut donc limiter le courant de court-circuit à une valeur nominale supportable pendant le temps nécessaire à l'action éventuelle d'un fusible. La Fig. 2 donne un schéma du dispositif selon l'invention dans lequel une résistance de frein 7 a été disposée de manière à constituer une sécurité. Dans cet exemple de réalisation on a pris pour valeur de la résistance 20 Q : sous une tension de 220 V redressée, le courant maximum sera de il A, intensité pour laquelle les semiconducteurs ne sont pas détériorés. Le circuit représenté Fig. 2 permet de voir que, lorsque le contact 3 est fermé en mbeme temps que 1 et 2, les courants de court-circuit entre 1 et 2 sont toujours limités par un circuit résister, Cette figure montre une réalisation dans laquelle la résistance série 6 du moteur se trouve dans le circuit en courant continu, le thermoplongeur de chauffage étant alimenté indépendamment en courant alternatif. L'avantage d'une telle disposition peut encore s'expliquer par le fait que, dans un grand nombre de programmateurs actuellement sur le marché, les contacts correspondant à deux circuits sont groupés dans un mtme boitier. Une barrette conductrice commandée par une came du programmateur vient fermer soit un circuit, soit l'autre et fait office de commutateur d'inversion. Il est donc normal d'utiliser un tel dispositif dans le cas des contacts, par exemple, 2 et 3. Les inconvénients d'un tel commutateur apparaessent immédiatement. Outre le risque que la barrette se mette en travers et établisse une liaison entre deux contacts appartenant aux deux circuits différents, lors de la rupture, l'arc qui se produit ionise l'air du boitier et permet le passage d'un court-circuit. Si l'on admet qu'à un instant donné, on a une alternance positive dans la branche du circuit 1.A et une alternance négative dans la branche du circuit 2-3, lors du court-circuit, 2 et 3 auront la mbeme polarité, négative dans cet exemple. La résistance de freinage 7 devra limiter le courant passant par la branche AB, la résistance 7 et le contact 30 La position de la résistance de freinage 7 n'est donc pas quelconque dans le cas où les contacts 2 et 3 sont dans un mbeme boi tirer. La Fig. 3 montre une autre forme de réalisation dans laquelle la résistance série 6 du moteur est placée dans le circuit en courant alternatif 0 Le sens des flèches dans les figures 2 et 3 indique le chemin suivi par un courant de court-circuit lorsque les trois contacts A 1, 2 et 3 se trouvent Qtre fermés en meme temps. On voit que dans ces deux cas le courant dt, par exemple, à une alternance positive pénètre en A vers B par le thyristor puis traverse la résistance de frein 7, parcourt CD avant de traverser l'élément semiconducteur du circuit DE, représenté ici par une diode. Etant donné la position des éléments semiconducteurs dans le circuit, et si le courant maximum limité par la résistance 7 est inférieur au courant maximum admissible, la protection sera effective. La résistance de frein 7 devrait donc avoir une valeur minimum pour que la force de freinage et par conséquent le temps d'ar r8t du moteur soit le plus court possible, mais comme cette résistance est déterminée par le courant maximum admissible dans les semiconducteurs sa valeur sera donc uniquement fonction des semiconducteurs employés. Pour une durée de freinage courte et un arrêt rapide, il faudra utiliser dans la réalisation de l'alimentation redressée des semiconducteurs admettant un très fort courant. Il y a donc un optimum qui ne pourra titre déterminé qu!en faisant intervenir d'une part les prix de revient des composants et dtautre part les temps de freinage. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de sécurité pour un dispositif à semiconducteur d'alimentation d'un moteur à courant continu comportant une résistance de freinage, ladite résistance de freinage étant placée en parallèle aux bornes du moteur, caractérisé en ce qu'il est constitué par ladite résistance de freinage elle-mtme dont la valeur a été choisie telle qu'elle limite l'intensité du courant traversant les composants semiconducteurs et le moteur à l'inten- sité maximale admissible dans lesdits composants, lorsque ladite résistance est mise en circuit le moteur étant encore alimenté. 2 - Dispositif de sécurité pour un dispositif à semiconducteur d'alimentation dtun moteur à courant continu, suivant la revendication 1, la résistance de freinage et son contact de mise en circuit étant branchés aux bornes du moteur et aux extrémités du pont d'alimentation pour former un circuit constitué par un premier contact de mise en circuit d'une première phase alternative, un premier semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant, une des bornes du moteur et l'ensemble résistance et contact de freinage et l'autre extrémité du pont et seconde borne du moteur, un second semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant et le second contact de mise en circuit de la seconde phase alternative, le contact de freinage et ledit second contact de mise en circuit se trouvant réunis dans un mtme dispositif inverseur, caractérisé en ce que la résistance de freinage est disposée entre ledit semiconducteur redresseur dans le sens de passage du courant en circuit avec ledit premier contact de mise en circuit dune première phase alternative et ledit contact de freinage.