Brevet FR2281669A1 — publié le 19760305

La présente invention se rapporte à une commande sans conmutateur, à vitesse de rotation réglable, alimentée à partir d'un réseau bicourant alternatif ou triphasé, Dans le cas de cette commande, un convertisseur de fréquence ou mutateur est connecté entre le moteur et le secteur, mutateur qui est généralement constitué par un redresseur contrôlé, une self et un onduleur. L'onduleur alimente cycliquement l'enroulement du moteur en impulsions de courant continu. En cas de marche à six impulsions, on obtient approximativement un système triphasé dans ltenroule- ment statorique à courant triphasé du moteur, et en cas de mar- che à quatre impulsions, un système biphasé. Lorsque le nombre d'impulsions est encore inférieur, par exemple avec deux impul- sions, il ne se produit par contre plus de champ tournant. Le moteur ne peut pas plus démarrer qu'un moteur monophasé à un seul axe, il faut donc le lancer. Cependant, les moyens de réglage et de commande mis en oeu- vre étant woqndres, les mutateurs destinés à la marche à deux impulsions soit sensiblement plus avantageux que les mutateurs à quatre impulsions ou plus. Si l'on renonce en outre à un fonctionnement à vitesse réglable pour le démarrage, on obtient une série d'autres avantages, dont il sera traité plus loin. La pr6- sente invention a, par conséquent, pour objet de réaliser, sans commutateur, une commande à vitesse réglable, alimentée à partir d'un réseau à courant alternatif ou triphasé, qui permette également une marche à deux impulsions. On résout le problème posé par la présente invention ai pré voyant, dans le stator du moteur, outre l'enroulement de travail, un enroulement de démarrage alimenté à la tension et la fréquence du secteur, et agissant sur le rotor à cage, enroulement qui est destiné au lanrement du moteur et qui est déconnecté à une tension de tachymètre prédéterminée, laquelle est proportionnelle à la vitesse de rotation, à la suite de quoi l'enroulement de travail est branché sur un mutateur statique. Pour le lancement du moteur1 le courant du réseau de 50 à 60 Hz crée tout d'abord dans 1 t enroulement de démarrage un champ tournant qui agit sur la cage de démarrage logée dans le rotor.Pendant cette phase, un système d'excitation à champ continu, constitué par exemple par des aimants permanents, induit une tension proportionnelle à la vitesse de rotation dans l'enroulement de travail du stator et dans un enroulement de mesure également logé dans le stator. Lorsque cette tension atteint une valeur préréglée, l'enroulement de démarrage est déconnecté et l'alimentation de l'enroulement de travail assurée par le mutateur. Outre le fait que le mutateur est plus simple et moins cher pour la marche à deux impulsions, la commande selon la présente invention présente encore les avantages suivants En cas d'utilisation d'un moteur asynchrone alimenté par mutateur, on peut se dispenser d'utiliser une génératrice tachymétrique de haute qualité et une compensation de seuil des diodes tachymétriques pour la détermination de la vitesse de rotation effective, car on peut négliger la gamme inférieure des vitesses de rotation, qui est critique à cet égard. En cas d'utilisation de machines synchrones, on obtient directement la valeur effective de la vitesse de rotation à partir de la force électro-motrice de la machine. On n'a donc plus besoin de monter un appareil tachymétrique annexe. Dans le cas d'une machine synchrone ayant déjà atteint la vitesse de régime grâce à l'enroulement de démarrage selon la présente invention, la force électro-motrice de la machine fournit un signal suffisamment précis en ce qui concerne l'angle de positionnement du rotor à un moment donné, qui, une fois exploité, sert à la commande de l'onduleur. I1 n'est donc pas nécessaire d'installer un dispositif de détermination de l'angle de la roue polaire, par exemple des générateurs de Hall. Etant donné que les machines synchrones ne nécessitent ni tachymètres ni indicateurs d'angle annexes, le moteur équivaut pratiquement à un moteur triphasé standard quant à ses dimensions ou cotes de construction et à son aptitude au fonctionnement. Dans les lignes suivantes, la commande selon la présente invention est expliquée sur quelques exemples de réalisation, à l'aide du dessin ci-joint, les figures 1 à 3 représentant des schémas de montage de commande. La figure 1 représente le schéma de principe d'une commande selon la présente invention, comportant un moteur synchrone 1 excité par aimant permanent. Dans le rotor 2 de celui-ci, on a logé des aimants permanents 3 ainsi qu'une cage de démarrage 4. Le stator du moteur comporte, outre l'enroulement de travail 5 usuel, un enroulement de démarrage 6 alimenté par le secteur, et un enroulement de mesure 7. Le mutateur connecté entre secteur et moteur porte le repère 8. Si la commande est branchée sur la tension de secteur par l'intermédiaire du contacteur principal 9, un contacteur-inver seur 10 se trouve d'abord dans la position représentée sur le schéma. L'enroulement de démarrage 6 est sous tension et crée, avec la cage de démarrage 4 du rotor, un couple moteur asynchroS ne, qui permet au moteur d'atteindre sa vitesse de régime. Pendant cette période d'accélération, les aimants permanents 3 logés dans le rotor produisent une tension de tachymètre proportionnelle à la vitesse de rotation dans l'enroulement de travail 5 et l'enroulement de mesure 7.Lorsque cette tension, que mesure 1' enroulement de mesure 7, atteint une valeur prFdétersi- née, il y a commutation du contacteur 10, ce qui provoque la mise hors circuit de l'enroulement de démarrage 6 et le branchement de 1' enroulement de travail 5 sur le mutateur 8.Les angles d'amorçage du redresseur contrôlé Il sont préréglés par la dé- termination de la valeur effective de la vitesse de rotation par l'intermédiaire de la tension tachymétrique UT. Le courant continu, qui passe par l'intermédiaire de la self de circuit intermédiaire 12, est introduit dans les faisceaux ou phases de l'enroulement de travail 5 après que des impulsions correctes quant aux phase et fréquence lui aient été conférées dans l'on duleur 13 par l'intermédiaire de l'angle de roue polaire ac déterminé à partir de la tension tachymétrique UT induite.Dans la gamme de réglage des vitesse de rotation, au-dessus de la vitesse de transfert, le réglage continu de la vitesse de rotation est assuré par le pré-affichage de la voleur de consigne 14. Pour se prémunir avec certitude contre une surcharge thermique de l'enroulement de démarrage 6, qui n'est généralement conçu que pour un bref temps Le démarrage, on peut contrôler le processus de démarrage par des sondes thermostatiques, interrupteurs bi-métalliques et relais de temporisation. Lorsque l'acc6- lération est bloquée, le contacteur principal 9 relâche. La figure 2 représente le schéma d'un type de réalisation d'un moteur comportant un anroulement de démarrage à courant triphasé 15, un enroulemcnt de travail 16 commandé par deux impulsions, et un enroulement de mesure 7 dans le stator. Tous les enroulements sont séparés galvaniquement les uns des autres. Pour obtenir une faible vitesse de transfert, du démarrage au régime normal, l'enroulement de démarrage 15 et la cage de démarrage 17 correspondante dans le rotor du moteur sont conçus pour un nombre d'impulsions supérieur à celui de l'enroulement de travail 16. Ledit enroulement de travail 16 et l'enroulement de mesure 7 présentent le même nombre de pôles. Â la place d'un enroulement rotorique à courant triphasé, on peut aussi ltili- ser un enroulement à trois faisceaux avec condensateur pour connexion monophasée ou un enroulement monophasé adapté avec enroulement auxiliaire (phase auxiliaire R, C ou L) à impédance. La figure 3 représente un schéma de montage de l'enroule- ment statorique, où l'enroulement de démarrage 18, l'enroulement de travail 19 et l'enroulement de mesure 20 sont imbriqués comme dans le cas des auto-transformateurs. Pendant le démarrage avec fréquence secteur, le total du nombre de spires des deux faisceaux ou phases est sous tension secteur, tandis qu'après ma- noeuvre du contacteur-inverseur 10, l'alimentation secteur est déconnectée, et l'on commute sur des prises (d'enrgùlement) et l'alimentation par mutateur. Dans le cas des types de connexion précédemment décrits pour le réglage de la vitesse de rotation de commandes sans commutateur, on utilise avantageusement, avec des gammes de réglage de la vitesse comprise entre environ 500 et 5 000 tr/mn, des nombres de pôles p > 6 pour l'enroulement de démarrage et p > 3 pour l'enroulement de travail, afin de n'obtenir qu'un couple moteur peu pulsatoire avec un petit nombre d'impulsions de l'onduleur. Lorsqu'il s'agit surtout d'atteindre des vitesses de rotation supérieures à celle - de 3 000 tr/mn - que l'on peut réaliser avec des machines à courant triphasé de 50 Hz (exemple : centrifugeuses, commandes de machines à meuler, commandes de ventilateurs), il est avantageux d'utiliser des enroulements de démarrage et de travail ayant un nombre p = 1. Si la vitesse de rotation maximale que l'on s'efforce d'obtenir est, par exemple, inférieure à 10 000 tr/mn, et ai une marche à puissance constante suffit dans la gamme de réglage de la vitesse, on peut remplacer le redresseur contrôlé Il par un redresseur non contrôlé. L'adaptation de la tension provenant du redresseur à la contre-tension induite dans l'enroulement de travail se fait à l'aide d'un réglage de l'angle de déphasage pour la synchronisation de l'onduleur. La position de référence étant fournie par l'angle de roue polaire mesuré. Le montage représenté sur la figure 1 convient particulib- rement en cas d'utilisation de machines synchrones è excitation par aimant permanent, comportant une cage de démarrage combinée. Mais l'élément de démarrage peut aussi être logé dans un stator et un rotor sbpzrés, le moteur de démarrage et le moteur de service étant alors logés dans un carter commun, par exemple sous foire de moteur double ou jumel4. En variante, on peut aussi envisager d'utiliser un moteur asynchrone normal, pour lequel on obtient la valeur de consigne de la vitesse de rotation et un signal indiquant la position relative du rotor et du stator, soit par l'intermédiai- re d'un petit tachymètre annexe à nombre de pales identique, soit par l'intermédiaire d'aimants permanents auxiliaires prévus sur ou dans le rotor. Dans ce cas, Onduleur doit être conçu dit- féremment et être plus complet que lorsqu'on utilise de vérita- bles machinez synchrones. Mais le principe de démarrage selon les figures 1, 2 et 3 ne subit pas de modification fondamentale. REVENDI GÂTIONS 1.- Commande sans commutateur, à vitesse de rotation réglable, alimentée à partir d'un réseau à courant alternatif ou tri- phasé, caractérisée en ce que l'on prévoit dans le stator du moteur, outre l'enroulement de travail (5, 16, 18), un enroulement de démarrage (6, 15, 19) alimenté à la tension et la fréquence du secteur, et agissant sur le rotor à cage, enroulement qui est destiné au lancement du moteur et qui est déconnecté à une tension de tachymètre prédéterminée, laquelle est proportionnelle à la vitesse de rotation, à la suite de quoi l'enroulement de travail est branché sur un mutateur statique. 2.- Commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un enroulement de mesure (7, 20), prévu dans le stator, est destiné à déterminer la tension, proportionnelle à la vitesse de rotation, induite par un système d'excitation à champ continu logé dans le rotor 1ui est muni d'une cage de démarrage (4, 17). 3.- Commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que des aimants permanents (3) sont logés dans le rotor (2). 4.- Commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enroulement de démarrage, l'enroulement de travail et lrenroulaent de mesure sont prévus, séparés galvaniquement les uns des autres, dans le stator du moteur. 5.- Commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enroulement de démarrage, l'enroulement de travail et l'enroulement de mesure comportent des éléments d'enroulement communs, dont la dé connexion et la commutation, après que le moteur ait atteint sa vitesse de régime, est effectuée à l'aide d'un contacteur-inverseur (10) lors du passage à la marche avec mutateur. 6.- Commande melon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'enroulement de démarrage et l'enroulement de rotor à cage correspondant sont prévus dans un bloc stator-rotor séparé et qu'ils sont logés avec le moteur de sevice dans un carter commun. 7.- Commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enroulement de travail est réalisé sous forme d' enroulement à un seul axe pour alimentation par un onduleur à deux impulsions. 8.- Commande selon l'une quelconque des revendications 1 & BR 1' enroulement de démarrage est protégé contre toute surcharge thermique par un élément assurant le contrôle du processus de démarrage sur le plan thermique ou du point de vue temps.