Brevet FR2147797A1 — publié le 19730311

La présente invention concerne la protection des moteurs alternatifs aui peuvent être alimentés de manière asymétrique et en particulier des moteurs triphasé à induction qui pourraient fonctionner en courant monophasé. Le fonctionnement en courant monophasé des moteurs tri Dhases à induction est l'une des causes principales de leur d6- terioration, Un tel fonctionnement en courant monophasé est principalement dû S un fusible aui a sauté, et il provoque la surchauffe et la detdrioration non seulement du stator, mais aussi des bobinages du rotor. On utilise couramment divers procédés pour empêcher la dd- térloration des moteurs due à une alimentation non symEtrique. Par exemple, l'un des procédés consiste à comparer les tensions dans les trois fils alimentant le moteur et a interrompre cette alimentation chaaue fois qu'il existe une différence notable entre ces tensions. Ce procFdf présente un inconvénient en ce qu'un moteur triphasé a induction aait comme aénérateur lorsqu'il ne parvient rlus d'6neraie par l'une des phases, et cela provoque l'existence d'une tension induite sur cette phase. La différence mesurée entre les trois phases est en conséquence relativement faible, meme lorsaue l'une des phases ne recoit aucune énergie externe.Ce Procédé n'est pas de plus très sélectif pour faire la différence entre la disoarition complète de l'énergie sur une phase d'une part et des petites variations de tension entre les autres phases, apparaissant souvent au cours du fonctionnement normal d'autre part. Un autre procédé consiste a comparer les courants passant dans les trois fils d'alimentation du moteur, et a interromDre l'alimentation chaaue fois qu'il existe une différence notable entre eux. Le procédé est coûteux, car on doit habituellement utiliser des transformateurs et des relais coûteux pour mesurer et comparer les intensités. De plus, il faut court-circuiter le dispositif de protection lors du démarrage du moteur, jusqu'à ce que les intensités dans les trois fils aient une chance d'étre étales. Au cours du démarraae, il n'y a donc pas de protection et le moteur peut se détériorer au cours de cette période s'il ne parvient pas d'énergie par l'une des phases. De plus, les Drocedés décrites et la plupart des autres procédés classiaues présentent l'inconvénient de mesurer la tension ou le courant de l'alimentation principale du moteur. Lorsqu'on utilise des moteurs fonctionnant sous des tensions élevées, ces procédés deviennent très motteux, car le dispositif de mesure doit supporter des tensions élevées. En conséouence, l'invention concerne un dispositif de protection contre l'asvmétrie des alimentations, sans mesure de tension ou d'intensité de la source principale de courant. Cette protection n'est pas affectée par les petites différences normales de tension entre les phases. Ce dispositif comprend des composants électroniques classiques, disponibles et relativement peu coûteux. D'autres caractéristiques et avantaaes de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en réfé- rence au dessin annexé sur lequel la fiqure 1 est un schéma d'un circuit électrique d'un mode de réalisation préféré de l'invention t et la figure 2 est un exemple de filtre sélectif en double T utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1. L'invention concerne la mesure des variations des champs de dispersion du moteur qui apparaissent chaque fois que l'alimentation n'est pas symétriaue. Ces variations sont surtout prononces en ce aui concerne une fréauence voisine de la seconde fréauence harmonique de la fréquence de travail. L'importance de cette fréquence harmoniaue auamente d'un facteur de 30 ou plus au cours du fonctionnement monophasé, en comparaison du fonctionnement normal triphasé.On mesure cette fréquence harmonioue à l'aide d'un dispositif convenable, par exemple une bobine exploratrice montée près du moteur, et on utilise la tension résultante induite dans la bobine nour commander un dispositif de commutation coupant l'alimentation du moteur pour empcher sa détérioration. La fiaure 1 rerrFsente un moteur triphasé 10 alimenté par une alimentation 11 par l'intermédiaire de trois fils principaux 12, 13 et 14. Une bobine exploratrice 15 est montée au voisinasse du moteur, près de son axe. Lorsque le moteur est prévu pour mettre en oeuvre I'invent-on, on peut monter le bobinasse dans le carter. Le cas échéant, on peut fixer le dispositif sur un moteur existant, la bobine tant de préférence a l'extérieur du carter car il n'y a habituellement pas suffisamment de place a l'intérieur. On constate nue la bobine exDloratrice est surtout sensible lorsque son diamètre est a peu Drts éqal au diamètre interne du stator. La bobine 15 recoit des tensions a diverses fréauences, induites par le champ de dispersion du moteur. L'expérience montre que, charrue fois que l'alimentation n'est pas symétrique, il apparat une fréquence égale a F-(F x S), F étant la fréquence de l'alimentation (en qenéral 50 ou 60 Hz), et S est le glissement du moteur. Comme ce glissement dans les moteurs a induction courants est habituellement très faible (de l'ordre de 0,01 a 0,04) cette fréquence est pratiquement égale à la seconde fré agence harmonique 2F . Ainsi, pour une alimentation a 50 Hz, cette fréquence supplémentaire apparaissant dans le champ de disversion peut être a neu près éaaîe a 99 Hz.Bien que cette fréquence soit présente dans une certaine mesure même dans les conditions normales, la tension corresDondante, prélevée par la bobine, est négliqeable en comparaison des autres fréquences, tant que l'alimentation est symétrique. Cependant, lors du fonctionnement monophasé, la tension a cette fréquence augmente d'un facteur 30 ou plus, alors que les tensions aux autres fréquences changent très peu. En conséquence, on utilise selon l'invention un filtre sélectif 16 associé a la bobine 15 et destiné a laisser passer seulement les fréquences voisines de 2F (soit 99 Hz dans l'exemple cité). Ce filtre peut etre par exemple du type a double T, tel que représenté sur la figure 2, qui permet une coupure nette a toutes les autres frauences. La réalisation de tels filtres est bien connue dans la technique. Le filtre de la figure 2 est destiné a laisser passer seulement les fréquences voisines de 99 Hz. Le filtre 16 est relié a la bobine-relais 17 qui coupe le contact 19 en déclenchant un disjoncteur 18. Celui-ci relie normalement l'alimentation 11 aux fils 12, 13, 14. Lors du fonctionnement, chaque fois que le signal de sortie du filtre 16 dépasse d'une certaine valeur, du fait de l'asymétrie de l'alimentation, la bobine 17 déclenche le disjoncteur 18 et coupe ainsi la connexion entre l'alimentation 11 et les fils 12, 13, 14, ce qui empêche la détérioration du moteur. Le cas échéant, le filtre 16 peut aussi comprendre un amplificateur électronique destine a accroître la tension disponible pour la commande de la bobine 17. L'utilisation d'un tel amplificateur est utile chaque fois aue la bobine 15 ou le moteur 10 est petit, si bien aue la tension induite dans la bobine est très petite. De tels amplificateurs sélectifs sont bien connus dans la technioue. I1 est évident nour les hommes du métier qu'on peut remplacer le relais 17 et le disjoncteur 18 par divers autres types d'éléments de commutation, par exemple des transistors, des relais a lame , des tubes a cathode froide , etc., sans sortir du cadre de l'invention. On réalise des expériences avec un moteur triphasé à induction de 1,49 kw, destiné a fonctionner à 50 Hz avec une tension de 400 volts, en tournant à 1000 tr/mn. On monte une bobine exploratrice comprenant 2000 tours de fil de 0,11 mm de diamètre, enroulé sur un tube de 65 mm de diamètre a l'extérieur du carter du moteur, concentriquement à l'arbre. Tant crue l'alimentation est symétrique nour les trois phases, la bobine prélève un signal a 50 Hz de 12 millivolts, un signal a 100 Hz environ à environ 0,3 millivolt et un signal a 150 Hz de 1 millivolt. Lorsqu'on coune l'une des trois phases de l'alimentation, la bobine nrélève un sianal de 12 millivolts a 50 Hz, de 10 millivolts à 100 Hz et de 0,6 millivolt a 150 Hz.On voit que le signal a 100 Hz est multiplié environ trente fois, du fait de la coupure de la phase, alors que les autres signaux sont a peine affectes. I1 est évident en conséauence que l'invention donne une indication fiable de l'asymétrie de l'alimentation. Les avantaaes de l'invention sont donc évidents. Comme la bobine exploratrice n'est pas reliée directement a l'alimentation du moteur, il n'est pas nécessaire qu'elle supporte des tensions élevées, mème dans le cas de moteurs fonctionnant sous tension élevée. En consffiauence, le dispositif de l'invention est ex trèmement simple et peu coûteux, surtout lorsqu'on utilise un filtre sélectif sans amplificateur. I1 est de plus extrêmement fiable et est même efficace au cours du démarrage du moteur. De plus, on peut l'associer facilement aux moteurs existants. Il est bien entendu crue l'invention n'a été décrite et représentée au'a titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un moteur alternatif polyphasé contre les risques d'une alimentation asymétrique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un dispositif explorateur monté a proximité de l'axe du moteur, un dispositif sélecteur de fréquence associé au dispositif explorateur et un dispositif de commutation commandé par le sianal de sortie du dispositif sélecteur et destiné a interrompre l'alimentation du moteur chaque fois Que le signal qui lui parvient du dispositif sélecteur dépasse une valeur prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce aue le dispositif sélecteur réduit notablement toutes les tensions, sauf celles dont la fréquence est pratiquement éqale à celle de l'alimentation, diminuée du produit de la fréquence de l'alimentation multipliée par le glissement du moteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif sélecteur comprend un filtre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre sélecteur comprend un réseau en double T. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif sélecteur comprend un dispositif amplificateur. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce crue le dispositif explorateur comprend une bobine exploratrice. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bobine exploratrice a un diamètre pratiauement égal au diamètre interne du stator du moteur. 8. Procédé de prodtection d'un moteur alternatif polyphasé dues à contre les détériorations / une alimentation asymétrique, caractérisé en ce qu'on contre le champ de dispersion du moteur et on interrompt l'alimentation chaque fois qu'il se produit une variation Drédeterminée de ce champ. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite variation prédéterminée est une variation de l'importance d'une onde a une fréquence pratiquement égale à la fréquence de l'alimentation, diminuée du produit de cette frécuence multipliée par le glissement du moteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on interrompt l'alimentation chaque fois que la variation de l'amplitude de l'onde a ladite fréquence dépasse une valeur prédéterminée.