Brevet FR2379183A1 — publié le 19780825

La présente invention concerne un dispositif de protection pour un appareil electro-ménager équipé d'un moteur à aimant permanent alimenté par une tension redressée découpée à commutation cyclique variable incluant un pont de redressement comportant au moins deux thyristors, ledit pont étant lui-meme raccordé au secteur électrique d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance série d'assez faible valeur capable de dissiper une puissance élevée. On sait que l'utilisation de moteurs électriques à aimants permanents alimentés en commutation cyclique variable à l'aide de circuits électroniques appropriés a permis, entre autres, une très grande simplification de l'entraînement mécanique du tambour des machines à laver le linge, et la mise en oeuvre de vitesses d'essorage élevées, réglables, et à variation progressive; toutefois, certains incidents contre lesquels les moteurs d'entraînement desdites machines à laver n'ont été jusqu ici protégés que d'une manière assez imparfaite, sont susceptibles de nuire à la fiabilité de ces moteurs et des circuits électroniques qui leur sont associés. Parmi ces incidents, il faut citer le cas où la porte de fermeture du tambour rotatif n'a pas été verrouillée avec suffisamment de soin et où elle s'ouvre apres un certain nombre de rotations alternées du tambour en permettant à du linge de s'échapper hors de celui-ci: il en résulte alors inévitablement un blocage du tambour dans la cuve de la machine à laver et une surcharge thermique importante du moteur qui ne peut plus tourner sous l'action du courant qui le traverse. L'intensité du courant qui traverse le moteur est heureusement limitée par la résistance série qui est constituée par le thermoplongeur chauffant le bain lessiviel contenu dans la cuve de la machine, mais cette disposition n'est pas suffisante en elle-meme. On connaît des dispositifs électroniques de protection contre de semblables incidents, lesdits dispositifs fonctionnant par détection de certaines conditions anormales de tensions électriques aux bornes d'un moteur alimenté en commutation cyclique variable et dont le rotor est bloqué; le circuit de protection qui constate l'exis- tence d'un tel état interrompt alors pratiquement l'alimentation du moteur d'une manière stable. Ces dispositifs accomplissent parfaitement leur fonction, mais du fait d'un coût relativement élevé lié à une certaine complexité de structure, leur usage est pratiquement réservé aux machines de "haut de gamme". Un des huts de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection limitant le courant moyen d'induit du moteur à une valeur non-dangereuse en cas de blocage du rotor. Un autre but de l'invention est d'obtenir ce résultat en mettant en oeuvre un nombre très réduit de composants additionnels, de telle sorte que le coût du dispositif de protection est faible en -regard de celui du circuit de commutation cyclique variable du moteur. Selon l'invention, le dispositif de protection pour un appareil électro-ménager équipé d'un moteur à aimant permanent alimenté par une tension redressée découpée à commutation cyclique variable incluant un pont de redressement comportant au moins deux thyristors, ledit pont étant lui-meme raccordé au secteur électrique d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance série d'assez faible valeur capable de dissiper une puissance élevée, est notamment remarquable en ce que les moyens de commande des gâchettes des thyristors sont constitués par deux transistors de polarités complémentaires dont la base de chacun d'eux est reliée au collecteur de l'autre transistor, le circuit d'une électrode de commande de l'un des transistors comportant une résistance à fort coefficient de température couplée thermiquement avec un composant parcouru par le courant d'induit du moteur. Avantageusement, la résistance à fort coefficient de température est couplée thermiquement avec une inductance antiparasites parcourue par le courant d'induit du moteur. Dans une première forme de réalisation du dispositif de protection selon l'invention, la résistance à fort coefficient de température est une résistance à coefficient de température positif (CTP) disposée dans le circuit d'émetteur de l'un des transistors. Dans une seconde forme de réalisation du dispositif de protection selon l'invention, la résistance à fort coefficient de température est une résistance à coefficient de température négatif (GON) disposée dans le circuit de base de l'autre transistor. Le fait de commander les gâchettes des thyristors par deux .transistors de polarités complémentaires interconnectés permet de contrler l'angle de conduction dèsdits thyristors en régulation automatique de vitesse de rotation lors du fonctionnement normal, ou en fonction d'une surintensité anormale due au blocage du rotor. En cas de blocage du rotor, la surintensité qui en résulte échauffe l'inductance couplée thermiquement avec la résistance à fort coefficient de température disposée dans le circuit d'une électrode de commande de l'un des transistors; dans ces conditions la variation de valeur de ladite résistance retarde l'instant d'amorçage des thyristors, réduisant ainsi le temps de conduction de ces derniers au cours de chaque alternance du secteur; il en résulte alors une diminution du courant moyen d'induit qui se stabilise à une valeur non-dangereuse pour le moteur. La mise en oeuvre du dispositif de protection selon l'invention est particulièrement économique puisqu'elle ne requiert, en plus de la réalisation du couplage thermique, qu'un ou deux composants supplémentaires de faible coût, ce qui permet de l'incorporer aux machines les plus simples. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure1 représente le schéma de principe d'un circuit régulateur de vitesse de moteur de machine à laver muni du disposée tif de protection selon l'invention. La figure 2 représente le schéma de principe d'un circuit régulateur analogue à celui de la figure 1 muni d'une variante de réalisation du dispositif de protection selon l'invention. Sur la figure 1, l'une des bornes d'un moteur 1 muni d'inducteurs à aimants permanents est connectée à un conducteur négatif 2 relié aux anodes réunies de deux diodes redresseuses 3 et 4, l'autre borne du moteur 1 étant connectée à un conducteur positif 5 relié aux cathodes réunies de deux thyristors 6 et 7. Une première borne 8 du secteur électrique est reliée à travers une résistance 9, constituée par un élément thermoplongeur, et par le premier enroulement d'un tore antiparasites 10, aux cathode et anode réunies de la diode 3 et du thyristor 6; une seconde borne 11 du secteur est connectée à travers le second enroulement du tore 10 aux cathode et anode réunies de la diode 4 et du thyristor 7, tandis qu'un condensateur antiparasites 12 est disposé entre les extrémités aval des deux enroulements du tore 10. Les cathodes réunies de deux diodes redresseuses 13 et 14 sont reliées par une résistance 15 à la cathode d'une diode Zéner 16 dont l'anode est réunie au conducteur positif 5, la cathode et ladite diode constituant par ailleurs un conducteur 17 de tension positive pulsée. Les anodes des diodes 13 et 14 sont reliées res peetivement aux cathode et anode réunies de la diode 3 et du thyristor 6 d'une part, et aux cathode et anode réunies de la diode 4 et du thyristor 7 d'autre part. Les émetteurs de deux transistors 18 et 19, respectivement de type PNP et NPN, sont reliés, l'un au conducteur 17 par un réseau comportant deux résistances fixes 20 et 21 et une CTP 22, et l'autre au point commun de deux résistances 23 et 24 dont les extrémités sont respectivement réunies aux gâchettes des thyristors 6 et 7. Les bases et collecteurs mutuellement réunis des deux transistors précités sont reliés, d'une part au conducteur 5 par une résistance 25 et, d'autre part, à un pont de résistances disposé entre les conducteurs 5 et 17, ledit pont comportant une résistance fixe 26, une résistance ajustable 27 et en série une résistance fixe 28. Un condensateur de découplage 29 est disposé entre le point commun aux résistances 26 et 27 et le conducteur 5, un autre condensateur 30 étant placé entre ce dernier conducteur et l'émet- teur du transistor 18. Le point commun aux résistances 20 et 21 est relié à la cathode d'une diode Zéner 31, l'anode de cette dernière étant connectée au conducteur 5 par une résistance fixe 32 et variable 33 montées en série. Pour la clarté des explications qui vont suivre, les schémas des figures 1 et 2 ont été volontairement réduits à l'essentiel; c'est ainsi que les commutations ayant trait aux différents régimes de rotation du moteur ainsi que celles des inversions de marche ne sont pas figurées. De même, différents composants de protection contre des courants de crete excessifs ou des surtensions, ainsi que des circuits électroniques annexes de protection dits "antibalourd" ont été omis. En faisant abstraction pour l'instant du dispositif de protection proprement dit, la partie régulation du schéma de la figure 1 fonctionne de la façon suivante: Les diodes 3 et 4 constituent avec les thyristors 6 et 7 un pont de redressement alimentant le moteur 1 par une tension continue pulsée formée d'arches de sinusoïdes dont la durée varie en fonction inverse du retard à l'amorçage des thyristors par rapport à l'origine desdites arches; la résistance 9 est constituée par un élément thermoplongeur qui limite le courant de crete circulant dans l'induit du moteur, l'énergie ainsi dissipée par effet Joule étant récupérée au cours du cycle de lavage de la machine. Les gâchettes des thyristors 6 et i sont alimentées depuis l'émetteur du transistor NPN 19 dont la combinaison avec le transistor NPN 18 constitue un dispositif à effet de déclenchement analogue à celui d'un thyristor tétrode. Les deux transistors 18 et 19 sont alimentés depuis le conducteur 17 de tension positive pulsée et écretée par la diode Zéner 16, ladite tension étant bien entendu court-circuitée lorsque les thyristors 6 et 7 sont conducteurs. La grandeur de consigne utilisée pour la régulation est la tension de force contre-électr6-motrice de l'induit développée par le moteur 1 fonctionnant en génératrice pendant les intervalles de temps où les thyristors 6 et 7 sont bloqués; cette tension étant pratiquement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, en l'absence de cette FCEM, au démarrage par exemple, le déclenchement des transistors 18 et 19 intervient très tôt après le début de chaque alternance du secteur et le moteur 1 est alors pratiquement alimenté en pleine onde. Au fur et à mesure que le moteur 1 accélère, la tension de FCEM croît sur l'anode de la diode Zoner 31, et dès que le seuil d'amorçage de celle-ci est atteint, la chute de tension dans la résistance 21 fait décroître la tension d'émetteur du transistor 18, ce qui retarde le déclenchement des thyristors 6 et 7; à ce moment, la régulation devient effective, toute variation de la FCEM modifiant le délai de déclenchement des thyristors 6 et 7 dans un sens tel qu'il tende à compenser lesdites variations et , par conséquent, à maintenir constante la vitesse du moteur. Le processus de déclenchement de la combinaison des transistors 18 et 19 est le suivant: Au début d'une alternance du secteur, la tension entre les conducteurs 5 et 17 est nulle, le condensateur 30 est déchargé et les transistors 18 et 19 sont bloqués. Lorsque la tension croît, le condensateur 30 se charge progressivement et lorsque la tension base-émetteur du transistor 18 devient suffisante, ce dernier commence à conduire, entraînant ainsi également la conduction du transistor 19. Le processus étant cumulatif, les deux transistors sont portés à saturation en un temps très court, ce qui décharge très rapidement le condensateur 30, appliquant ainsi une impulsion positive aux gâchettes des thyristors 6 et 7 qui deviennent conducteurs à leur tour; à ce moment la tension entre les conducteurs 5 et 17 s'annule jusqu'au début de l'alternance suivante et le processus recommence. La vitesse de rotation du moteur 1 est ajustée à l'aide de la résistance 33 qui, dans la pratique, est constituée par un groupe de résistances fixes commutables. La résistance 27 sert à ajuster le point de déclenchement du système en fonction des différences de caractéristiques des moteurs utilisés; elle agit donc également et indirectement sur la-vitesse de rotation du moteur. La présence du condensateur 29 impose à la tension de base du transistor 18 une loi de variation à peu près identique à celle de l'émetteur, et préserve en meme temps le système des déclenchements intempestifs dus à l'application à la base d'éventuelles impulsions parasites. Le dispositif de protection selon l'invention fonctionne de la façon suivante: En cas de blocage du rotor du moteur 1, la FCEM disparaît et l'angle de conduction des thyristors 6 et 7 est maximal; il en résulte un accroissement du courant circulant dans la double inductance antiparasites 10 qui est couplée thermiquement avec la résistance CTP 22. L'augmentation de valeur de cette dernière accroit la constante de temps R21, R20, C30, Ce qui fait que les thyristors 6 et 7 sont commandés de plus en plus tard à chaque alternance du secteur; à la limite, et compte tenu de la caractéristique à effet de seuil d'une résistance CTP, le dispositif peut entraîner un blocage total des thyristors; la CTP tend alors à revenir à sa valeur antérieure ce qui ramène les thyristors en état de conduction, et ainsi de suite. Le système tend donc dans ces conditions à osciller avec une période dépendant de l'inertie thermique de l'ensemble tore-GTP. Plus généralement, l'état de blocage total n'est pas atteint et le système tend vers un état d'équilibre à courant réduit. Dans les deux eas, le but recherché est atteint, à savoir 1' interdiction d'apparition d'une surintensité dangereuse du courant d'induit du moteur 1. Sur la figure 2, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, les différences avec cette dernière portent sur la suppression de la CTP 22, le remplacement de la résistance 25 par une résistance OTN 250 couplée thermiquement avec le tore 10, et d'adjonction d'une résistance CTN 34 en parallèle sur la résistance 27. Dans la variante de réalisation du dispositif de protection de la figure 2, le blocage du rotor du moteur I entraîne indirectement la diminution de valeur de la CTN 250, ce qui a pour effet de rapprocher le transistor 19 de son point de blocage, retardant progressivement de ce fait le point de déclenchement de l'impulsion d'amorçage par rapport au début de chaque alternance, avec atteinte d'un état d'équilibre à courant réduit. En raison de la différence d'allure des caractéristiques des résistances CTP et CTN, le montage de la figure 2 est muni d'une résistance CTN auxiliaire 34 qui compense en régime normal les variations de vitesse du moteur 1 dues à l'échauffement permanent de la résistance CTN 250. Dans les montages des figures 1 et 2 le capteur de l'information de température élevée consécutive au blocage du rotor est avantageusement constitué par le tore 10. D'autres moyens de prélèvement de cette information sont utilisables, en particulier au niveau des résistances de limitation de courant de crete (non représentées) très généralement disposées en série avec les thyristors. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de protection pour un appareil électro-ménager équipé d'un moteur à aimant permanent alimenté par une tension redressée découpée à commutation cyclique variable, incluant un pont de redressément comportant au moins deux thyristors, ledit pont étant lui-meme raccordé au secteur électrique d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance série d'assez faible valeur susceptible de dissiper une puissance élevée, caractérisé en ce que les moyens de commande des thyristors sont constitués par deux transistors de polarités complémentaires dont la base de chacun d'eux est reliée au collecteur de l'autre transistor, le circuit d'une électrode de commande de l'un des transistors comportant une résistance à fort coefficient de température couplée thermiquement avec un composant parcouru par le courant d'induit du moteur. 2.- Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance à fort coefficient de température est une résistance à coefficient de température positif (CTP) disposée dans le circuit d'émetteur de l'un des transistors. 3.- Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance à fort coefficient de température est une résistance a coefficient de température négatif (CTN) disposée dans le circuit de base de l'autre transistor. 4.- Dispositif de protection selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistance à fort coefficient de température est couplée thermiquement avec une inductance antiparasites parcourue par le courant d'induit du moteur. 5.- Dispositif de protection selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résIstance à fort coefficient de température est couplée thermiquement avec au moins l'une des résistances de limitation de courant de crête disposées en série avec les thyristors.