Brevet FR2266344A1 — publié le 19751024

La présente invention, due à Lev Yokovlevch Kosyakovsky > Vikt r Sazim rovich Podvoisky, Anatoly Dmitrievich Smirnov, se rapporte aux équipements de protection des moteurs électriques et concerne plus précisément les dispositifs de protection des moteurs électriques en cas de renversement accidentel de sens de rotation. L'invention peut être utilisée pour la protection des moteurs électriques servant à ltentratnement de diverses machines et en particulier des machines minières telles que les combinés de découpage les machines à forer, ainsi que de certains convoyeurs et d'autres machines dont les moteurs électriques sont sujets à renversement. Le dispositif propose est surtout nécessaire pour la protection des moteurs électriques fonctionnant dans des mIlieux présentant des dangers d'explosion ou d'incendie. Il existe des dispositifs de protection des moteurs électriques qui remplissent des fonctions analogues. Le dispositif de protection des moteurs asynchrones conforme au Certificat d'auteur nO 153 OSQ (classification internationale 21c, 6 50)possède un mesureur de courant avec un redresseur et un relais polarisé actionneur dont l'enroulement de travail est branché sur la sortie du redresseur. l'enroulement de freinage de ce relais avec un condensateur série, est shunté par un condensateur complémentaire et est aussi relié, à travers une résistance réglable, à la sortie du redresseur. Le courant électrique parcourant le circuit de l'enroulement de freinage, qui est égal, en régime transitoire, à la différence des courants du condensateur de shuntage et de la résistance réglable, varie dans le temps suivant une loi exponentielle. Etant donné que l'enroulement de travail- et l'enroulement de freinage du relais de commande sont montés en opposition l'un par rapport à l'autre, le flux magnétique résultant de ce relais est produit par la différence des courants traversant ses enroulements.Suivant la variation de la différence des courants passant par les enroulements du relais actionneur et la valeur de la tension appliquée à ses enroulements, ce relais peut fonctionner d'une manie instantanée ou avec un certain retard. I1 résulte que le dispositif de protection, lespectivement, ou bsen débranche le moteur du réseau d'alimentatIon en cas de court-circuit, ou bien le laisse branché sur le réseau en cas de surcharges de courte durée, par exemple lors de son énarrage. L'intensité du courant-de débranchement peut entre modIfiée à l'aide d'une résistance de réglage. Ce dispositif de protection connu présente un certain nombre d'inconvénients dont le principal est qu'il n'assure pas une protection store du moteur électrique, ce qui réduit la durée de vie de ce dernier et n'exclut pas les faux débranchements du moteur électrique, ce qui fait croître les temps d'immobilisation de la machine à entraîner. Ces inconvénients se manifestent surtout dans le cas des moteurs électriques utilisés pour l'entratnement des machines minières parce que les paramètres de fonctionnement des moteurs électriques, dans ce cas, et la résistance des réseaux électriques du fond sont caractérisés par de grandes variations. l'es inconvénients mentionnés provoquent, d'une part, de faux fonctionnements du dispositif de protection connu, du moteur électrique, en cas de son démarrage normal ou de surcharges non critiques et, d'autre part, des défaillances de fonctionnement du dispositif de protection connu, lorsque le moteur électrique décroche. le but de la présente invention est de pallier les inconvénients mentionnés plus haut, du dispositif de protection des moteurs électriques. la présente invention vise à mettre au point un dispositif assurant une protection sare des moteurs électriques en cas de renversement de sens de rotation et fonctionnant sans défaillances et sans faux débranchements, ce qui permet de prolonger la durée de vie des moteurs électriques et de réduire le temps d'immobilisation des machines entratnées. Le problème posé est résolu par le fait que le dispositif - destiné à la protection d'un moteur électrique dans le cas de son décrochage, et comportant un capteur de courant avec redresseur, mesurant le courant absorbé par le moteur électrique à protéger et branché en série sur l'une des phases du réseau d'alimentation du moteur électrique, un circuit temporisateur et un relais actionneur qui débranche le moteur électrique pour un courant dépassant le courant correspondant au couple maximal du moteur électrique -est équipé, selon l'invention, d'un élément à seuil, d'un élément de stabilisation et dtun amplificateur à transistors et à relais, ltlément stabilisateur, le circuit temporisateur et les circuits d'alimentation de l'amplificateur à transistors et à relais étant couplés en parallèle et branchés, par l'intermédiaire de ltélément à seuil, -sur la sortie du capteur de courant. De plus, le dispositif proposé est équipé d'un capteur de courant complémentaire, avec redresseur branché en série sur une autre phase du réseau d'alimentation du moteur électrique, de façon que la sortie du capteur de courant complémentaire soit mise en parallèle avec la sortie du premier capteur de courant. Le dispositif proposé possède aussi un commutateur de valeurs de consigne du courant de fonctionnement du dispositif de protection, placé entre le capteur de courant et l'élément à seuil. Le dispositif proposé assure une protection sûre du moteur électrique dans le cas de son décrochage, ce qui permet de prolonger la durée de vie des moteurs électriques et de réduire les temps d'lmmobilisation des machines entraînées. Dans ce qui suit l'invention sera expliquée par la description d'un exemple concret de réalisation et par les dessins annexés qui représentent : - la figure 1, le schéma électrique de principe du dispositif de protection d'un moteur électrique dans le cas de son décrochage, conforme à ltinvention, - la figure 2, la caractéristique mécanique type et la caractéristique type courant-glissement d'un moteur asynchrone, par exemple, illustrant le fonctionnement du dispositif proposé. Le dispositif de protection d'un moteur électrique dans le cas de son décrochage comporte des capteurs 1 et 2 (figure 1 de courant du moteur électrique 3 qui sont constitués par des transformateurs dtnntensité placés chacun en série sur deux phases 4et 5 d'un réseau triphasé 4, 5, 6 d'alimentation du moteur électrique 3, des rhéostats de charge 7, 8, et des redresseurs 9, 10, montés en dérivation aux bornes des capteurs de courant 1 et 2. Les sorties des redresseurs 9 et 10 sont mises en parallèle. Le dispositif proposé possède aussi un commutateur Il de valeurs de consigne du courant de fonctionnement, qui est réalisé sous la forme d'un diviseur de tension constitué par des résistances 12, 13, 14, 15 et 16 mises en série. Le diviseur de tension est branché en parallèle sur les redresseurs 9 et 10. Le commutateur 11 de valeurs de consigne du courant ds fonctionnement peut prendre cinq positions 17, 18, 19, 20 et 21 qui permettent la protection de moteurs électriques de différente puissance.A la sortie du commutateur 11 sont branchés en parallèle, à travers une diode semi-conductrice 22, une résistance 23 et un élément à seuil 24, les organes suivants : un élément 25 de stabilisation, un circuit temporisateur formé d'une résistance 26 et d'un condensa-teur 27 mis en série et des circuits 27' d'alimentation d'un amplificateur à transistors et à relais utilisant des transistors 28 et 29, une résistance 30 et un relais actionneur électromagnétique 31. L'élément à seuil 24 et ltélément de stabilisation 25 sont des diodes régulatrices de tension (diodes Zener). L'amplificateur à transistors et à relais utilise le montage à émetteur asservi. Au point commun à la diode 22 et à la résistance 23 est branché, en dérivation aux bornes du diviseur de tension, un condensateur 32. Un contact à ouverture 33 du relais actionneur 31 est place en série dans le circuit du bouton "Arret't du démarreur de la machine (le bouton "Arrêt" et le démarreur ne sont pas représentés sur la figure). La figure 2 montre une caractéristique mécanique type et une caractéristique de courant type d'un moteur asynchrone, illustrant le fonctionnement du dispositif proposé. En ordonnées est porté le glissement S d'un moteur asynchrone : le point 34 correspond à S=0, le point 35 au glissement critique et le point 36, au glissement S=l. En abscisses sont ports le courant I du moteur asynchrone et son couple moteur M : le point 36 correspond à I=O et M=0, le point 37 correspond au couple de démarrage M1, le point 38 au couple maximal Mmaxi le point 39, au courant critique I1 pour le couple maximal Mmax > et le point 40, au courant de démarrage I2. La caractéristique mécanique 41 du moteur asynchrone traduit la variation de son couple moteur M en fonction du glissement S et la caractéristique de courant 42 représente l'intensité du courant I en fonction du glissement. Sur la caractéristique mécanique 41 on peut remarquer deux points caractéristiques 43 et 44 : le point 43 correspond au couple nominal N2 du moteur asynchrone et le point 44, au couple maximal MmaX (le point 38 sur l'axe d'abscisses). Au couple nominal I3 du moteur asynchrone (le point 45 sur la caractéristique 42 de courant et le point 46 sur l'axe d'abscisses).Le point 47 sur la caractéristique 42 de courant correspond au courant du moteur asynchrone pour un couple maximal Rima, Les caractristiques types du moteur asynchrone reprsen- tes sr la figure 2 sont apnllcables au moteur électrique 3 (fIgure 1). Le dispositif proposé pour la protection du moteur electri- que dans le cas de son renversement (inversion de sens de rotation) fonctionne de la manière suivante La tension proportionnelle au courant absorbé par le moteur électrique 3 (figure 1), et mesuré par les capteurs 1 et 2, est anpliquée, par ltinterrnédiaire des redresseurs 9 et 10, du commutateur ll de valeurs de consigne du courant de fonctionnement et de la diode semi-conductrice 22, au condensateur 32 qui assure son filtrage. Depuis le condensateur 32 la tension est transmise, par la résistance 23 et l'élément à seuil 24, à la résistance 26 et au condensateur 27 faisant partie du circuit temporisateur.La tension disponible aux bornes du condensateur 27 attaque ltentrée de l'amnlificateur à transistors et à relais. Lorsque la tension obtenue aux bornes du condensateur32 aevient supérieure au seuil de fonctionnement de l'élément à seuil 24, une tension apparaît sur le circuit temporisateur et danses circuits 27t alimentant l'amplificateur à transistors et à relais. Cette tension est stabilisée par l'élément de stabilisation 25. Au fur et à mesure que le condensateur 27 se charge, la tension développée entre ses armatures est transmise à l'aide des transistors 28 et 29 au relais de commande 31. Dès que la tension agissant sur le relais 31 dpasse son seuil de fonctionnement; ce relais fonctionne et son contact 33 stouvre en interrompant le circuit de commande du démarreur de la machine (non représenté sur la figure) qui débranche le moteur électrique 3 du réseau triphasé 4, 5,6. En charge nominale et en surcharge admissible, le point de travail du moteur électrique 3 se situe entre les points 43 et 44 (figure 2) de la caractéristique mécanique 41 et l'intensité du courant I absorbé par le moteur électrique 3 est comprise entre les points 45 et 47 sur la caractéristique 42 du courant (les points 46 et 39 sur itaxe d'abscisses ). La tension aux bornes du condensateur 32 (figure 1) ne dupasse pas le seuil de fonctionnement de l ment 24 à seuil.Dans ces conditions, la tension au circuit temporisateur et aux circuits 27' d'alimentation de ltamplificateur à transistrs et à relais est nulle, le relais actionneur 31 ntest pas excité, son contact ,3 est fermi, le moteur électrique 3 est branché sur le réseau triphasé 4, 5, 6 et fonctionne normalement. Au démarrage du moteur électrique 3 (le point 40 sur la figure 2), la tension développée aux bornes du condensateur 32 (figure 1) est supérieure au seuil de fonctionnement de l'élément à seuil 24. I1 en résulte une tension agissant sur le circuit temporisateur qui est stabilisée par l'élément 25 de stabilisation. Le condensateur 27 se charge à travers la résistance 26 et la tension au relais actionneur 31 s'accroît. Etant donné que la durée du démarrage du moteur électrique 3 est limitée, le condensateur 27n'arrive pas à se charger jusqu'à une tension suffisante pour provoquer le fonctionnement du relais actionneur 31, si bien que ce dernier n'entre pas en action. Après la fin du démarrage du moteur électrique 3, son courant diminue jusqu'à la valeur du courant nominal I3, le condensateur 27 se décharge à travers le relais actionneur 31 et les jonctions émetteur-base des transistors 28 et 29, si bien que le dispositif de protection est de nouveau prêt au fonctionnement. Après la décharge complète du condensateur 27 la tension entre ses armatures, et par conséquent, celle qui agit sur le relais actionneur 31 sont nulles, le relais 31 est désexcité, le moteur électrique 3 est branché sur le réseau triphasé 4, 5, 6 et fonctionnè donc normalement (le point 43 sur la caractéristique mécanique de la figure 2). En cas de renversement de marche du moteur électrique 3 (figure 1) son courant est égal pendant une longue durée au courant de démarrage I2 (le point 37 sur la caractéristique mécanique 41 et le point 40 sur la caractéristique de courant de la figure 2). Le condensateur 27 (figure 1) se charge jusqu'à la tension de fonctionnement du relais actionneur 31 de sorte que ce dernier fonctionne et coupe, par son contact 33 normalement fermé, le circuit du démarreur (non représenté sur la figure) de la machine. Le moteur électrique 3 se trouve débranché du réseau triphasé 4, 5, 6, la tension à la sortie des capteurs 1 et 2 de courant disparaît, le condensateur 27 se décharge et le dispositif de protection du moteur électrique 3 est de nouveau prêt au fonctionnement. Le dispositif de protection proposé permet de prolonger la durée de vie des moteurs électriques et de réduire les temps d'immobilisation de différentes machines, notamment des machines minières. En outre, il prévient 11 échauffement anormal des enroulements des moteurs électriques et améliore la sécurité de leur exploitation, ce qui est surtout important dans le cas des machines utilisées dans des milieux présentant des risques d'incendie et d'explosion. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'a' ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. RtVENDICATI0NS 1. Dispositif de protection d'un moteur électrique en cas de renversement de sens de rotation accidentel, comportant un capteur de courant avec redresseur mesurant le courant du moteur électrique à protéger et placé en série sur l'une des phases du réseau d'alimentation du moteur électrique, un circuit temporisateur et un relais actionneur débranchant le moteur électrique pour un courant supérieur au courant correspondant au couple maximal du moteur électrique, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un élément à seuil, d'un élément de stabilisation et d'un amplificateur à transistors et à relais, l'élément de stabilisation, le circuit temporisateur et les circuits d'alimentation de l'amplificateur à transistors et à relais étant mis en parallèle et branchés, par l'intermédiaire de l'élément à seuil, sur la sortie du capteur de courant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni dtun capteur de courant complémentaire avec redresseur, ce capteur avec redresseur étant branché sur une autre phase du réseau d'alimentation du moteur électrique, de sorte que la sortie de ce capteur de courant complémentaire soit mise en parallèle avec la sortie du premier capteur de courant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède un commutateur de valeurs de consigne du courant de fonctionnement dudit relais, qui est monté entre le capteur de courant et l'élément à seuil.