Brevet FR2135403A1 — publié le 19721222

L'invention, due à la collaboration de Monsieur CHABANE, est relative à un procédé d'alimentation et de réglage de la vitesse d'un moteur électrique d'induction, notamment linéaire, comprenant des bobinages primaires disposés spatialement pour engendrer un champ magnétique glissant, lorsqu'ils sont parcourus par un courant polyphasé, et connectés en parallèle à une source de courant alternatif, en particulier monophasé, par des circuits comprenant chacun un élément semi-conducteur bidirectionnel commandé, tel qu'un triac ou un couple de thyristors tSte-bêche, susceptible de sélectionner les temps d'alimentation du bobinage correspondant. Les difficultés de réglage de la vitesse des moteurs asynchrones sont bien connues et dans le cas de moteurs rotatifs, il est fréquemment fait appel à des réducteurs ou variateurs de vitesse mécanique accouplés au moteur électrique. On ne dispose pas de tels palliatifs pour le moteur linéaire d'induction et il a déjà été proposé d'alimenter un tel moteur par un changeur de fréquence susceptible de modifier la fréquence d'alimentation du moteur et de ce fait sa vitesse de synchronisme. Ces dispositifs sont compliqués car ils nécessitent dans le cas usuel d'une alimentation par le réseau alternatif à 50 Hz un passage par un courant continu, lequel est transformé à son tour en un courant alternatif de fréquence appropriée. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif d'alimentation simplifié lequel autorise un réglage par palier de la vitesse du moteur. Un autre but de la présente inventon est de permettre la réalisation d'un dispositif d'alimentation d'un moteur polyphasé à partir d'une source de courant monophasé, notamment du réseau de distribution d'énergie électrique domestique. Le réseau triphasé, dit de force, n'étant pas toujours disponible, il est particulièrement intéressant de pouvoir alimenter un moteur triphasé à partir du réseau monophasé. Le procédé d'alimentation et de réglage selon l'invention est caractérisé par le fait que lesdits triacs sont commandés de manière à distribuer les alternances successives du courant auxdits bobinages et à alimenter chaque bobinage cycliquement par une tension alternative d'une fréquence sous-multiple de celle dudit courant et composée par des séries desdites alternances de sêpe polarité suivies d'alternances de polarité opposée. L'onde de tension appliquée au bobinage présente une forme crénelée mais l'inductance des bobinages du moteur effectue un lissage bénéfique des courants et le comportement du moteur n1 est guère affecté par cette imperfection du courant 'd'alimentation. Dans le cas ùsuel d'un moteur triphasé la fréquence élaborée est un sous-multiple de 3 de la fréquence de la source de courant d'alimentation, c'est-8-dire'de 50 Hz pour le réseau de distribution. La fréquence peut 8trie réglée par palier de un tiers, un sixieme, un neuvième etc...,'de celle de la fréquence du réseau, ctest-à-dire respectivement de 16,66 Hz, 8,33 Hz, 5,55Hz. La vitesse de synchronisme du moteur est bien entendu diminuée en conséquence et elle sera respectivement du tiers, du sixième ou du neuvième - de celle de la vitesse de synchronisme lors d'une alimentation directe par le réseau à 50 Hz I1 convient de noter que la modification de la fréquence conserve la tension d'alimentation, seule l'intensité moyenne du courant décroissant avec la fréquence, ce qui permet de disposer de caractéristiques intéressantes de fonctionnement du moteur, notamment d'une poussée ou d'un couple au démarrage accru pour une mAeme puissance installée. L'invention est également relative à un dispositif électronique de mise en oeuvre du procédé indiqué ét plus particulièrement à un dispositif de commande de triacs insérés dans le circuit d'alimentation des bobinages du moteur comprenant un émetteur et un distributeur d'impulsions de déblocage des triacs. Les enroulements du moteur sont directement connectés à la source d'alimentation par l'intermédiaire des triacs ou de semi-conducteurs commandés et selon un développement de l'invention le circuit électronique de commande des triacs, qui assument la fonction précitée de réglage de la vitesse du moteur, est agencé de manière à commander également-la marche et 1'arrEt ainsi que l'in- version du sens de marche du moteur.L'arrêt du moteur est provoqué par la suppression des impulsions de commande des triacs et l'inversion du sens de marche par une simple permutation du cycle d'*mission des impulsions. I1 est à noter que ces commandes sont effectuées au niveau du circuit électronique et ne mettent en Jeu que de faibles puissances, les enroulements du moteur restant connectés en permanence directement à la source de courant. Le dispositif de changement de fréquence selon l'in- vention permet de sélectionner aisément l'un ou autre des paliers de vitesse du moteur et il se prête particulièrement à une régulation par tout ou rien de la vitesse moyenne en alimentant le moteur suivant un cycle approprié à la fréquence en défaut et à la fréquence en excès par rapport à la vitesse moyenne recherchée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre dtexemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif d'alimentation et de réglage d'un moteur triphasé selon t invention; la figure 2 représente en fonction du temps la tension de la source de courant alternatif d'alimentation du dispositif selon la figure 1; les figures 3 et 4 représentent respectivement les signaux d'horloge et de commande des triacs correspondant à l'al1- mentation selon la figure 2;; les figures5, 6 et 7 montrent en traits continus l'onde de tension alternative appliquée respectivement aux trois bobinages du moteur et en traits discontinus les courants parcourant lesdits bobinages, dans le cas d'une fréquence de 16,66 Hz; les figures 8 à 10, analogues aux figures 5 à 7, contrent les ondes de tension dans les différents bobinages pour une fréquence d'alimentation de 8,33 Hz. Sur la figure 1, les trois enroulements ou bobinages primaires 10, 12, 14 d'un moteur triphasé d'induction sont connectés en parallèle aux bornes 16, 18 d'une source de courant alternatif, une des extrémités de chaque bobinage 10, 12, 14 étant connectée directement à la borne 16, l'autre extrémité étant con nectée à la bcrne 18 par l'intermédiaire de triacs respectivement 20, 22, 24. La source 16, 18 peut être la tension entre une phase et le neutre ou entre deux phases du réseau de distribution, par exemple de fréquence de 50 Hz. I1 est facile de voir que les bobinages primaires 10, 12, 14 sont connectés en étoile et que leur alimentatflon est déterminée par l'état du triac associé 20, 22, 24 lequel peut évidemment être remplacé par tout dispositif semi-eon- ducteur équivalent, par exemple par un montage en tête-bêche de deux thyristors. Le circuit électronique de commande des triacs 20, 22, 24 comporte trois portes ET 26, 28, 30 dont les sorties sont respectvement connectées aux gâchettes 32, 34, 36 des triacs 20, 22, 24. L'une des entrées des portes 26 à 30 est connectée à la sortie d'un bloc de commande 38, susceptible d'élaborer des impulsions de commande de déblocage des triacs à chaque début d'alternance du courant alternatif de la source 16, 18. Sur la figure 1, a été représentée à échelle réduite la forme des impulsions à la sortie du bloc 38. Le bloc 38 est connecté à la borne 16, de manière à synchroniser les impulsions émises avec la tension du courant alternatif, schématiquement représenté sur la figure 1.Une horloge 40, connectée à la borne 16, émet à chaque passage au zéro de la tension d'alimentation une impulsion, dont la forme est schématiquement représentée sur la figure 1, qui est appliquée à l'entrée 42 d'un compteur en anneau 44. L'avance du compteur en anneau 44 est pilotée par l'horloge 40 et dans le cas d'une alimentation à 50 Hz le compteur avance d'un pas à chaque centième de seconde. Le nombre de pas du compteur en anneau 44 est ben entendu approprié à la fréquence de la tension élaborée, trois pas étant le nombre minimal pour un moteur triphasé. Les sorties des difré- rents pas du compteur en anneau 44 sont appliquées à un bloc de codage 46, comportant trois sorties connectées par d'un bloc inverseur 48 aux entrées des trois portes 26, 28, 30 de commande de déblocage des triacs 20, 22, 24.Le bloc inverseur 48 est agencé pour permettre une permutation de deux des trois connexions de sortie du bloc de codage 46. I1 apparattra plus clairement de l'exposé du fonctionnement du dispositif qu'unie telle permutation provoque une inversion du sens de marche du moteur alimenté. Le bloc inverseur 48 permet également une déconnexion et de ce fait un arrêt de la transmission des signaux de sortie du bloc de codage 46. Le circuit électronique de commande décrit ci-dessus est alimenté d'une manière bien connue en soi par un bloc redresseur 50 connecté aux bornes 16, 18. Le fonctionnement du dispositif d'alimentation et de réglage selon l'invention sera décrit plus particulièrement en référence aux figures 2 à 7. La tension sinusoIdale monophasée, représentée à la figure 2, est disponible aux bornes 16, 18 de la source d'alimentation. Le bloc 38 émet à chaque début d'alternance de la tension de la source une impulsion de déblocage d'un triac dont la pola rité correspond à celle de l'alternance de la source. Ces impulsions sont appliquées aux entrées des portes 26 à 30 et sont transmises aux' gâchettes 32 à 36 en cas de présence d'un signal sur l'autre entrée de la porte 26 à 30. Au temps t0 l'horloge émet une impulsion (voir figure 3) transmise au pas 1 du compteur en anneau 44 et à la sortie du pas 1 apparatt un signal transmis au bloc de codage 46.Les connexions du bloc de codage 46 assurent la transmission du signal de pas 1 aux portes 26 et 30, respectivement du premier et troisième bobinages 10, 14 du moteur. Les portes 26 et 30, recevant un signal sur leurs deux entrées, délivrent un signal de déblocage aux gâchettes 32, 36, qui amorcent'les triacs 20 et 24. La polarité du signal I, émis par le bloc de commande, est bien entendu appropriée au sens de conduction des triacs correspondant à la polarité de l'alternance du courant dtalimentation 16, 18. L'alternance 1 de la tension d'alimentation est appliquée aux bobinages 10, 14 du moteur, tandis que le bobinage 12 n1 est pas excité (voir figures 5 à 7).Au passage au zéro de la tension de la source monophasée, après l'alternance 1, le bloc de commande 38 émet une nouvelle impulsion 2 négative, qui est appliquée aux portes 26 à 30 et l'horloge 40~émet un top-faisant avancer le compteur en anneau d'un pas. A la sortie du pas 2 apparat un signal, qui est transmis par le bloc de codage 46 aux entrées des portes 28, 30 qui délivrent un signal aux gâchettes D4, 36 déblo- quant les triacs 22, 24 dans le sens de conduction inverse correspondant à la polarité'négative de l'alternance 2. La conduction des triacs 22, 24 est interrompue d'une manière bien connue à la fin de l'alternance 2-et de la manière décrite ci-dessus l'alternance 3 est appliquée aux bobinages 10 et 12 tandis que l'alternance suivante 4 est appliquée aux bobinages 10, 14 du moteur. La distribution des alternances aux différents bobinages se poursuit d'une manière analogue Jusqu'au dernier pas du compteur en anneau, qui déclenche un nouveau tour ou cycle d'alimentation. Les figures 5 à 7 montrent les distributions des alternances aux différents bobinages et il est facile de voir que le bobinage 10 est alimenté par une tension alternative de forme crénélée et de fréquence égale au tiers de la fréquence de la tension de la source monophasée représentée à la figure 2, c'est-à-dire à une fréquence de 16,66 Hz.Les figures 6 et 7 montrent que les bobinages 12 et 14 sont alimentés par des tensions de même fréquence avec un déphasage de 2) . Les courants .3 parcourant les bobinages 10 à 14, représentés en traits discontinus sur les figures 5 à 7 et légèrement déphasés par rapport aux tensions du fait de l'inductance des enroulements, engendrent d'une manière bien connue un champ dit glissant", ou dans le cas d'un moteur rotatif un champ tournant, qui en réalité progresse par bonds, les à-coups étant en pratique filtrés et lissés par l'inertie mécanique du système.Le moteur 10 à 14 se comporte, comme s'il était alimenté par un courant polyphasé dlune fréquence de 16,66 Hz et la vitesse de synchronisme est du tiers de celle obtenue dans le cas d'une alimentation directe par un courant d'une fréquence de 50 Hz. La composante à 50 Hz., représentée par l'harmonique 3 dans le cas du courant à 16,66'ho est est-"stationnaire", mais elle est partiellement filtrée par la charge et dissipée sous forme calorifique dans ltinducteur, ce qui dans le cas du moteur linéaire n'est pas très gênant en soi car ce moteur peut fonctionner à rendement médiocre. La diminution de la vitesse de synchronisme, but en conservant la tension d'alimentation du moteur, permet d'augmenter la poussée ou le couple au démarrage du moteur dans un rapport important pour une même puissance installée.L'inversion du sens de marche du moteur peut Autre facilement réalisée par le bloc 48 par permutation de la commande des gâchettes de deux triacs. Le bloc 48 peut également être utilisé comme contacteur d'arrêt, marche, par simple suppression de la transmission des impulsions de commande des gâchettes des triacs. Le dispositif décrit ci-dessus permet, bien entendu, d'obtenir des fréquences d'alimentation différentes et à titre d'exemple il a été représenté aux figures 8 à 10 des ondes de tension des différents bobinages pour un courant de fréquence de 8,35 Hz. Le compteur en anneau 44 comporte dans ce cas douze pas et la logique de codage du bloc 46 est modifiée de la manière représentée aux figures 8 à 10 pour appliquer les signaux des pas I, 3, 5, 8, 10, 12 au triac 20, tandis que le triac 22 reçoit les impulsions correspondant aux alternances 2, 4, 5, 7, 9, 12 etc. I1 est facile de voir que la fréquence du courant élaboré est le sixième de la fréquence de la source monophasée, c'est-à-dire de 8,33 Hz. La vitesse de synchronisme du moteur est bien entendu égale au sixième de la vitesse résultant d'une alimentation par un courant de 50 Hz. D'autres combinaisons peuvent être adoptées permettant d'obtenir des fréquences de valeur infédeure, combinaisons qui découlent de l'exposé précédent et qutil est donc inutile de décrire en détail. I1 convient de noter que le passage d'une corbinaison à une autre s'opère d'une manière particulièrement simple par modification de la logique de codage du bloc 46 et qu'unie commande par tout ou rien d'une telle modification de codage permet une régulation d'une vitesse moyenne, intermédiaire entre les deux vitesses correspondant à la logique de codage. Le dispositif de commande est particulièrenent simple et toutes les commandes s'effectuent au niveau du circuit électronique, le circuit de puissance ne comportant que des triacs dont les pertes peuvent être maintenues très faibles. L'invention nXest bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laquelle le moteur alimenté serait d1un type ou d'un nombre de phases dif- férent ou celle encore dans laquelle les éléments semi-conducteurs commandés seraient d'un type différent. Des circuits électroniques de commande équivalents peuvent bien entendu astre envisagés. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation et de réglage de la vitesse d'un moteur électrique d'induction, notamment linéaire, comprenant des bobinages primaires disposés spatialement pour engendrer un champ magnétique glissant, lorsqu'ils sont parcourus par un courant polyphasé, et connectés en parallèle à une source de courant alternatif, en particulier monophasé, par des circuits comprenant chacun un élément semi-conducteur bi-directionnel com mandé, tel qu'un triac ou un couple de thyristors tête bêche, susceptible de sélectionner les temps d'alimentation du bobinage correspondant, caractérisé par le fait que lesdits triacs sont commandés de manière à distribuer les alternances successives du courant auxdits bobinages et à alimenter chaque bobinage cycliquement par une tension alternative d'une fréquence sous-multiple de celle dudit courant et composée par des séries desdites alternances de même polarité suivies d'alternances de polarité opposée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits triacs sont commandés de manière à élaborer une tension alternative dont chaque alternance comporte au moins deux alternances de mAeme polarité dudit courant, espacées d'un temps de tension nulle de durée égale à celle d'une alternance. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant un émetteur d'impulsions de commande desdits triacsà chaque début d'une alternance du courant et de polarité correspondante, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un distributeur desdites impulsions de commandes desdits triacs,de manière à alimenter cycliquement chaque bobinage par une tension alternative d'une fréquence sous-multiple de celle du courant. 4. Dispositif de réglage de la vitesse selon la revendication 3 d'un moteur triphasé, caractérisé par le fait que chacun des trois bobinages de l'enroulement triphasé du moteur est connecté par l'intermédiaire d"un triac à une source de courant alternatif monophasé, ledit distributeur d'impulsions de commande des triacs étant agencé pour élaborer lesdites tensions alterna 2i tives pour chacun desdits bobinages déphasées respectivement de 3. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chaque période de ladite tension alternative est constituée de deux alternances de polarité positive dudit courant séparées par une durée de tension nulle équivalente à une alter nance, suivies de deux alternances de polarité négative séparées par une même durée de tension nulle la fréquence de ladite tension alternative étant égale au tiers de la fréquence du courant de ladite source. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chaque période de ladite tension alternative est constituée de trois alternances de polarité positive espacées de durées équivalentes de tension nulle suivies de trois alternances de polarité négative espacées de durées équivalentes de tension nulle, la fréquence de ladite tension alternative étant égale au sixième de la fréquence du courant de ladite source. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait quTil comprend un compteur en anneau piloté par ledit courant alternatif d'alimentation, dont les signaux de sortie sont appliqués après codage à des portes chacune associée à l'un desdits triacs, la présence ou l'absence dudit signal à ltentrée de la porte autorisant le passage ou le blocage de ladite impulsion de commande du triac associé émise à chaque début d'alternance. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit dispositif de codage desdits signaux de sortie est agencé pour permettre une modification de la forme et de la fréquence des tensions alternatives élaborées. 9. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif inverseur susceptible d'inverser l'ordre de succession des signaux appliques auxdites portes pour inverser l'ordre de commutation de ces derniers et le sens de déplacement dudit moteur.