Brevet FR2292367A1 — publié le 19760618

La présente invention concerne les moteurs monophasés à condensateur permanent et a pour but d'apporter des perfectionnements visant à augmenter le nombre de vitesses possibles de fonctionnement de ces moteurs. Les moteurs monophasés connus, de type à condensateur permanent, utilisent deux enroulements distincts au stator. L'un de ces enroulements appelé enroulement principal, ou quelquefois enroulement de "marche", est alimenté directement par la source de courant alternatif monophasé à fréquence industrielle. L'autre enroulement appelé Rauxiliaire" est connecté à la mdme source par l'intermédiaire d'un condensateur en série, et il est placé dans les encoches du stator de telle façon que les axes des deux enroulements soient décalés entre eux d'un angle électrique de 900 Pour obtenir un moteur à plusieurs vitesses de fonctionnement, on ajoute des portions d'enroulement additionnel en phase avec l'enroulement principal, et connectées en série avec l1ensem- ble de deux enroulements mentionnés précédemment. Un commutateur approprié est utilisé pour insérer dans le circuit une ou plusieurs portions de cet enroulement additionnel, selon la vitesse désirée. Ce procédé connu présente plusieurs inconvénients s - le nombre d'échelons de vitesse possibles à obtenir est très limité sous peine d'abaisser considérablement le rendement et d' augmenter le coût de construction du moteur. - dans certaines applications, comme par exemple dans le cas d'en tratnement d'un ventilateur à circuit de charge variable, le fonc tionnement du moteur n'est pas satisfaisant, et il faut prévoir des moteurs dimensionnés différemment pour chaque cas de charge. - en conséquence de ce qui précède il faut tenir en magasin un nombre trop grand de moteurs légèrement différents les uns des autres. L'un des buts de la présente invention est de permettre d'obtenir un nombre d'échelons de vitesse supérieur à celui obtenu avec le schéma connu, sans Pour autant augmenter le nombre de portions d'enroulement additionnel utilisées. Un autre but de l'invention est de Derfectionner le schéma de couplage des moteurs monophasés, à condensateur permanent, de faÇon à ce que ces moteurs puissent s'adapter aisément aux différentes conditions de fonctionnement resultant des caractéristiques de la charge entraîn4e. Suivant l'invention, le moteur monophasé à condensateur permanent comprenant un enroulement principal et un enroulement auxiliaire, ainsi qu'au moins une portion d'enroulement additionnel commutable, est caractérisé parce que l'angle électrique de décalage entre les enroulements auxiliaire et principal est différent de 900, et parce que les portions d'enroulement additionnel commutable sont décalées par rapport à l'enroulement principal d'un certain angle (z sur la Fig. 2). Cette disposition permet d'obtenir un nombre d'échelons de vitesse supérieur à celui que donne le schéma connu par l'art antérieur utilisant le même nombre de portions d' enroulement additionnel. Ainsi par exemple dans le cas d'une seule portion, la disposition selon l'invention permet d'obtenir quatre échelons de vitesse selon la position de deux commutateurs dont on expliquera plus loin le rôle à l'aide de la figure 2. Les avantages apportés par la présente invention consistent essentiellement en a) la possibilité de faire travailler la ou les portions addi tionnelles d'enroulement au choix comme partie électrique de l'enroulement principal ou de l'enroulement auxiliaire. b) la possibilité de déplacer le point d'application du conden sateur mis en série avec l'enroulement auxiliaire, ce qui per met d'accroître le nombre d'échelons de vitesse réalisables. L'invention sera mieux comprise par la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, où la figure 1 montre le schéma de cbnnexicns d'un moteur monophasé à condensateur permanent à trois vitesses, selon l'art connu jusqu'à présent, la figure 2 montre le schéma de connexions d'un moteur monophasé à cundensateur permanent, suivant la présente invention, les figures 3 et 4 montrent les diagrammes vectoriels relatifs à un moteur suivant l'invention. Le schéma de connexions comme représenté à la figure 1 montre les divers enroulements formant entre eux des angles qui sont des angles electriques. L'enroulement auxiliaire 2 est décale de 900 electri- ques par ranport è l'enroulement orinciral, ou ce marche, 1. Les deux enroulements ont un o;nt conimun 8, leurs deux autres extrémités étant reliées aux deux armatures d'un condensateur K. Les deux portions 3 et 4 de l'enroulement additionnel sont reliées en série entre elles au point 9 et en série avec les deux enroulements précédents au point 8. Ces deux portions 3 et 4 sont en phase, c'est-à-dire à décalage nul, par rapport à l'enrou- lement principal 1. Le point commun de l'enroulement principal 1 et du condensateur K est relié à l'une des bornes de la ligne d'a- limentation monophasée, en l'occurence 5. L'autre borne 7 de la ligne d'alimentation est reliée au contact mobile 6 d'un commutateur à trois positions I, II et III. Selon la position choisie de ce commutateur, la borne d'alimentation 7 se trouve reliée soit au point commun 8 entre les enroulerents 1, 2 et 3, soit au point commun 9 entre les deux portions d'enroulementgdditionnel, soit enfin à l'extrémité 10 de la portion 4 dudit enroulement. Suivant la position du commutateur le moteur peut tourner à trois vitesses différentes. Un exemple de schéma du moteur suivant l'invention est montré à la figure 2. Sur cette figure, 11 désigne l'enroulement principal ou de marche, 12 désigne l'enroulement auxiliaire formant avec le premier un angle électrique ss différent de 90*, et 13 et 14 désignent les deux portions d'enroulement additionnel décalées d'un angle électrique * par rapport à l'enroulement principal 11. I1 est fait appel suivant 1' invention à deux commuta- teurs 16 et 21. Selon la position A, B ou C du coNeutateur 21, 1' armature du condensateur K' opposée à celle qui est reliée à à 1@ extrémité de l'enroulement auxiliaire 12, se trouve reliée respectivement au point eo- un 18 entre l'enroulement principal 11 et la portion 13 d'enroulement additionnel, ou au point intermédiaire t9 entre les deux portions 13 et 14, ou bien à l'extrémité 20 de la portion 14. Les mêmes points 18, 19 et 20 sont reliés au choix selon la position du commutateur 16, à une borne d'alimentation 17 de la ligne monophasée, l'autre borne 15 de cette ligne étant reliée d'une façon fixe au point commun des enroulements 11 et 12. Les considérations suivantes permettent de déterminer les angles électriques optima et | entre les enroulements, et les intervalles dans lesquels on peut modifier les dits angles sans influencer d'une façon excessive les bonnes caractéristiques de fonctionnement d'un tel moteur. Les conditions optimales sont obtenues par les dispositions des enroulements 11, 12, 13 et 14 de telle sorte que l'axe du champ principal soit décalé de 900 par rapport à l'axe du champ auxiliaire, que ce soit pour la première vitesse correspondant à la position C du commutateur 21 et la position I du commutateur 16, ou pour la troisième vitesse correspondant toujours à la position C du commutateur 21 et la position III du commutateur 16. Ces conditions sont parfaitement possibles lorsque le nombre d'encoches du stator par p81e est divisible par trois (par exemple un moteur à 4 pôles et 24 encoches)0 Dans ce cas, les portions 13 et 14 d'enroulement additionnel seront décalées par rapport à l'enroulement principal de 1/3 du pas polaire soit 600 électriques, et l'enroulement auxiliaire de 2/3 du pas polaire soit 120' électriques. Le diagramne vectoriel des tensions est alors, pour la première vitesse (commutateur 16 en position I), celui représenté à la figure 3, et pour la troisième vitesse (commutateur 16 en position III) celui représenté à la figure 4. Dans ces figures V1 représente la tension de la ligne d'alimentation, Vm la tension de fonctionnement du moteur, Vat la tension totale du circuit auxiliaire conforme à l'équation Vat - Vpa + Va où Vpa est la tension d'une portion additionnelle et Va la tension d'enroulement auxiliaire, enfin Vit est la tension totale de fonctionnement. Les conditions idéales qui précèdent né peuvent pas toujours être remplies, par exemple lorsqu'on veut réaliser des enroulements plus simples, ou des couples de démarrage élevés, ou des vitesses de rotation de base différentes par changement du nombre de piles. La présente invention recouvre tous les cas de ce genre pour lesquels l'intervalle de choix de l'angle des portions d' enroulement additionnel s'étend d'environ 20' à environ 70e, et celui p de l'enroulement auxiliaire s'étend d'environ 75' à environ 120'. A titre d'exemple, pour un moteur à 6 pôles et 24 encoches au stator, les angles en question peuvent être respectivement de 67.301 et 112 30t sans sortir du cadre de la présente invention. En utilisant les idées apportées par la présente invention, on a réalisé un moteur à 4 @ôles défini par le tableau I(page 6). Le moteur ainsi réalisé a été utilisé successivement à l'entraînement de trois ventilateurs de convecteurs dont les débits d'air respectifs étaient de 680, 510 et 340 m3/h (désignés respectivement N 1, 2 et 3) Le tableau i indique les différents paramètres et Ca- ractéristiques mesurés. Les moteurs conformes à l'invention trouvent surtout leur emploi pour les appareils de ventilation qui appellent une puissance d'entraînement variable avec la vitesse et dont le débit d'air est utilisé pour le refroidissement des moteurs. Avec le moteur suivant l'invention, il est particulièrement avantageux, au point de vue du rendement, d'utiliser la totalité des enroulements statoriques pour les vitesses les plus élevées ; le condensateur est alors connecté au point C de la figure 2 et les portions d'enroulement additionnel agissent comme une partie de l'enroulement principal ou de l'enroulement auxiliaire. Pour les plus basses vitesses ces portions 13 et 14 sont associées partiellement avec les autres enroulements ce qui conduit à un rendement plus faible. Une application importante de l'invention concerne l'entraînement des ventilateurs-convecteurs pour lesquels un modèle unique de moteur électrique monophasé remplacera avantageusement une série de trois moteurs à trois vitesses, en déplaçant simplement le point de connexion du condensateur sans changer le condensateur lui-m & me. Plusieurs variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre général de l'invention. Ainsi, par exemple, on peut utiliser une seule portion d'enroulement additionnel. D'autre part, le commutateur 21 peut être remplacé par un simple étrier qui, selon les conditions de service exigées, est placé pour établir la connexion du condensateur au point A, B ou C. TABLEAU I Diamètre Nombre Section Enroulement Nbre Condrs Section Rotor extr. tôles d'enco- d'encoche. stator x Condr. Nombre Section cage encoches ches encoches Principal 600 0,2 Aluminium 1ère portion 200 0,16 coulé 122 24 70 33 20 2ème portion 200 0,16 sous mm mm2 mm2 Auxiliaire 500 0,16 pression TABLEAU II Ventil-r Puissance Rend-t Cos # 1ère vitesse 2ème vitesse 3ème vitesse Conden- Connewatts RPM RPM RPM sateur xion du # F condensr. N 1 20 0,3 0,98 1200 1050 850 1,5 point C N 2 16 0,25 0,97 1200 1000 800 1,5 point B N 3 12 0,3 0,96 1200 1000 750 1,5 point A REVENDICATIONS 1. Perfectionnements aux moteurs monophasés à condensateur perma nent comportant un enroulement principal un enroulement auxi liaire, et au moins une portion dtenroulement additionnel per mettant de changer la vitesse de rotation, caractérisés par ce qutau moins cette portion ou d'autres portions d'enroulement additionnel sont décalées d'un certain angle électrique par rap port à l'enroulement principal. 2. Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés par ce que ltenroulement auxiliaire est décalé par rapport à lten- roulement principal dtun angle électrique différent de 900. 3. Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés par ce que l'angle électrique de décalage de la ou des portions dt enroulement additionnel est compris entre environ 200 et envi ron 700. 4. Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés par ce que l'angle électrique de décalage de l'enroulement auxili- aire par rapport à l'enroulement principal est compris entre environ 750 et environ 1200. 5. Perfectionnements suivant une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisés par ce que les connexions entre le condensateur et les différents points des portions dtenroule- ment additionnel sont établies sélectivement par tout disposi tif électrique connu tel que,par par exemple, commutateur, étrier, barrettes, etc. 6. Application des moteurs suivant une ou plusieurs des revendica tions précédentes aux appareils de ventilation ou de clinati- sation.