Brevet FR2382129A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un procédé permettant l'obtention d'une vitesse de rotation lente,pour moteurs asynchrones triphasés,ainsi qu'un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. I1 peut être intéressant,dans certains cas où l'on utilise un moteur asynchrone triphasé,de disposer,en plus de sa vitesse de régime fixée par la fréquence du réseau et le nombre de pales, d'une vitesse réduite. Les procédés connus permettant d'obtenir au moins deux viteases de fonctionnement à partir d'un meme moteur asynchrone triphasé sont nombreux mais présentent tous des inconvénients,la plupart d'entre eux étant complexes,encombrants et coûteux. Un premier procédé connu consiste à réaliser une transmis sion au moyen de poulies à plusieurs diamètres,dénommées aussi poulies à gradins,reliées par une courroie plate,trapézoidale, crantée ou autre, qui peut occuper plusieurs positions correspondant chacune à un rapport de transmission différent.Ce dispositif nécessite un arbre secondaire,avec des paliers,des poulies et une courroie supplémentaires; il est encombrant et sa manoeuvre est incommode. Le-recours à une botte de vitesses est coûteux et,en plus de l'encombrement,il entrasse une diminition du rendement au régie normal d'utilisation. Le moteur asynchrone à rotor bobiné,à bagues,permet d'obtenir une gante de vitesses mais est plus coûteux et plus vulnérable qu'un moteur à rotor à cage. Il nécessite un entretien des bagues et balais, ainsi qu'un rhéostat souvent volumineux et cher,ou encore un dispositif électronique coûteux à bhyristors,permettant de réinjecter du courant dans le réseau d'alimentation.Ce type de moteur est irremplaçable dans le cas du démarrage de machines ayant une très grande inertie,mais son emploi ne se justifie pas dans d'autres applications. On utilise aussi des moteurs asynchrones triphasés à deux ou plusieurs enroulements commutables, permettant de modifier le nombre de poles,par exemple des moteurs 4/8 pales Ces moteurs ne permettent pas d'obtenir à proprement parler une vitesse lente,dans un rapport d'au moins 1 à 10 avec la vitesse la plus élevée, sauf Si l'on réalise des moteurs à très grand nombre de pô- les, dont l'encombrement et le coût ne seraient que rarement justifiés. Enfin, on peut citer les moteurs asynchrones triphasés alimentés par un variateur de vitesse électronique, à fréquence et tension variables.Ce genre de variateur convient pour des applications spécifiques mais son cotit et sa complexité sont excessifs dans le cas où l'on désire obtenir simplement une vitesse de rotation normale et une vitesse lente. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant un procédé permettant d'obtenir une vitesse de rotation réduite sans agencements complexes,encombrants et coûteux. Â cet effet,elle a pour objet un procédé permettant l'obtenu tion d'une vitesse de rotation lente,pour moteurs asynchrones triphasés,qui consiste à supprimer au moins partiellement les alternances d'un signe déterminé sur l'une quelconque des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur. Ce procédé permet d'obtenir un effet de freinage,donnant une vitesse de rotation fortement réduite par rapport à la vitesse de régime normale,tout en conservant un couSe moteur non négligeable par rapport à celui fourni à vitesse normale.Un tel résultat s'observe dans la généralité des cas,pour des moteurs à4,6,8,... pales Comme pour un moteur alimenté de façon normale,le sens de rotation reste défini par l'ordre de succession des phases et il s'inverse quand on intervertit deux des trois fils d'alimentation. La vitesse de rotation lente,résultant de la suppression d'une alternance sur deux sur l1une des phases d'alimentation suivant le procédé défini ci-dessus,s'accompagne d'un régime de rotation légèrement pulsatoire.Cet effet est d'autant plus prononcé que le nombre de piles du moteur est faible mais il ne présente pas d'inconvénients pour la plupart des applications. On constate aussi que la vitesse lente obtenue par le procédé selon l'invention est d'autant plus réduite par rapport à la vitesse de régime normale que le nombre de pôles du moteur est faible.De l'ordre d'un dixième de la vitesse nominale pour un moteur à 8 pôles, elle est inférieure à un vingtième de la vitesse nominale pour un moteur à 4 piles. La mise en oeuvre de ce procédé nécessite,pour etre efficace et sûre,et en particulier pour éviter un échauffement exa géré des enroulements statoriques du moteur,d'alimenter ce vernie sous une tension triphasée réduite pendant les périodes de rotation lente du moteur,ctest-à-dire lorsque les alternances d'un signe déterminé sont supprimées sur l'une des trois phases. "e dispositif nécessaire à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est extrêmement simple et comprend essentiellement une diode intercalée sur l'une des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur.Cette -diode est avantageusement associée à des moyens de commutation permettant d'assurer soit sa mise en service pour obtenir le fonctionnement du moteur à vitesse lente, soit sa mise hors service pour obtenir le fonctionnement du moteur à vitesse normale. Lorsque la diode est effectivement insérée sur l'une des trois phases d'alimentation,la tension triphasée réduite qui est soahai- table peut etre fournie par un autotransformateur. De toute façon,l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit,en réforence au dessin schématique annexé représentant,à titre d'exemples non limitatifs,deux formes de réalisation du dispositif selon l'invention permettant l'obtention d'une vitesse de rotation lente,pour moteurs asynchrones triphasés: Figure 1 est le schéma d'un circuit électrique très simple, illustrant le principe de l'invention; Figure 2 représente un circuit plus élaboré,avec un autotransformateur et des moyens de commutation adaptés. Figures 3 et 4 sont des schémas similaires à celui de la figure 1,montrant deux variantes du dispositif selon l'invention. Dans les deux exemples de circuits représentés,le moteur asyh- chrone triphasé M est alimenté à partir des trois phases R,S et T d'un réseau d'alimentation. Dans le cas de la figure l,une diode D est intercalée sur la phase R par exemple,le sens de montage de cette diode étant indifférent.La diode D est montée en parallèle sur une branche de circuit comportant un interrupteur I. Âinsi,lorsque l'interrupteur I est ouvert,la diode D est insérée sur la phase d'alimentation R du moteur M,et ne permet le passage que des alternances d'un signe déterminé sur cette phase R.Le moteur M fonctionne alors à vitesse lente. Si l'interrupteur I est fermé,la diode D se trouve courtcircuitée et ne provoque plus la suppression d'une alternance sur deux. te moteur M est alors alimenté de façon habituelle et fonctionne donc à sa vitesse de régime normale. Dans le cas de la figure 2, les circuits d'alimentation des enroulements statoriques du moteur M comprennent un autotransformateur triphasé AT, éventuellement à prises multiples,délivrant une tension réduite sur trois phases r, s et t. Les enroulements du moteur M sont reliés d'une part aux trois phases R, S et s du réseau d'alimentation, d'autre part aux trois phases r,s et t. Sur la phase s par exemple est intercalée une diode 1),montée dans un sens indifférent. Un premier contacteur tripolaire CI est monté de manière à permettre ou interdire le passage du courant dans les trois phases r, s et t. Un second contacteur tripolaire C2 est monté de manière à permettre ou interdire l'alimentation directe du moteur M par les phases R, S et T. Ainsi, lorsque le contacteur C1 est fermé et le contacteur C2 ouvert,les enroulements du moteur n sont alimentés sous une tension triphasée réduite par l'intermédiaire de l'autotransformateur ÂT, et la diode D intervient comme dans l'exemple de la figure 1 pour faire fonctionner le moteur M à vitesse lente. Inversement, lorsque le contacteur CI est ouvert et le contacteur C2 fermé, le moteur M est alimenté sous une tension normale,sans passer par l'intermédiaire de l'auto transformateur AT, et fonctionne donc à sa vitesse de régime normale. Dans le cas présent, où le moteur M est alimenté sous une tension inférieure à sa tension nominale lorsque la diode D est en service,son couple à vitesse lente est diminué en conséquence et il en est de même,bien évidemment, de la puissance du moteur. Afin d'illustrer concrètement les résultats obtenus,on indique ci-dessous, à titre d'exemples;quelquesvaleurs de vitesses obtenues au cours d'essais effectués avec des moteurs asynchrones triphasés à 6 et 8 pâles Dans le cas du moteur à 6 pôles, dont la vitesse de régime normale est voisine de 1000 tours/minute, on a obtenu, suivant le dispositif accouplé à l'arbre du moteur, une vitesse de 8 à 12 tours/minute sous une tension de 37 volts, et une vitesse de 65 à 92 tours/minute sous une tension de 125 volts. Dans le cas du moteur à 8 pôles,dont la vitesse de régime normale est voisine de 750 tours/minute,on a obtenu,suivant le dispositif accouplé à l'arbre du moteur,une vitesse de 25 à 30 tours /minute sous une tension de 45 volts, et une vitesse de 90 à 110 tours/minute sous une tension de 125 volts. Pour les tensions situées entre les valeurs extrêmes indiquées, on a bien entendu pu relever des valeurs de vitesses intermédiaires. Deux variantes de réalisation du dispositif selon l'invention permettant l'obtention d'une vitesse réduite pour un moteur asynchrone triphasé M sont représentées par les figures 3 et 4, où l'on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1 indiqués par les mêmes repères. Dans le cas de la figure 5,la diode est replacée par un thyristor TH, intercalé sur la phase T par exemple.Ce thyristor fonctionne de manière habituelle comme une diode à déclenchement, dont le point de déclenchement peut être soit fixe,soit réglable à volonté par un procédé connu. Dans le cas de la figure 4, la diode D, intercalée sur la phase T par exemple, est associée à un thyristor TE monté en parallèle suivant un montage " tête-bêche ".Le point de déclen chenet du thyristor peut être soit fixe, soit réglable à volonté par un procédé connu. Ce thyristor réalise l'équivalent de l'interrupteur I de la figure 1 et permet en outre d'obtenir un réglage de vitesse, en laissant passer une partie plus ou moins importante des alternances que la diode D arrête. Le procédé selon l'invention trouve des applications dans les cas où il est nécessaire ou avantageux de doter un appareil ou une machine, équipé d'un moteur asynchrone triphasé,de la possibilité de fonctionner temporairement à vitesse lente,ce qui peut être obtenu de la manière décrite ci-dessus sans appareillages complexes et coûteux, dont l'adjonction pourrait s' avérer impossible dans le cas de matériels déjà existants à transformer. A titre d'exemples généraux d'applications, on peut citer: -les appareils de levage et de manutention, tels que palans et ponts roulants,dans lesquels on peut ainsi obtenir une vitesse lente pour le positionnement précis d'un organe de préhension, pour déposer en douceur une charge; -le positionnement exact d'une pièce en cours d'usinage après un arrêt, la remise en position de départ précise d'un organe de tachine, la mise à niveau exacte d'une plateforme; -le montage et le réglage d'outillages sur les presses,ou une vitesse d'approche lente pourrait éviter les accidents corporels ou matériels. Une application très particulière,qui se trouve cependant être à l'origine de la présente invention, est l'entralnement en rotation des coronelles, sortes de disques tournants,qui équipent des appareils permettant le défilage continu de bobines chargées de conducteurs électriques,pour l'alimentation de lignes de gainage, de tréfilage, ou de mise en couronnes, etc.. Les exemples d'applications donnés ci-dessus n'ont évidemment aucun caractère limitatif et l'invention peut être intéressante pour toute opération dont le déroulement à vitesse normale doit être précédé ou suivi,de façon systématique ou occasionnelle,d'une phase de fonctionnement à faible vitesse. On peut même mettre en oeuvre l'invention sans prévoir de moyens de commutation " vitesse normale/vitesse lente ",pour la réalisation d'opérations devant être effectuées à faible vitesse,avec un couple réduit. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation du dispositif qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exemples;elle en embrasse,au contraire,toutes les variantes de réalisation comportant des moyens équivalents,quelles que soient leurs applications. C'est ainsi,notamment, que l'on ne s'éloignerait pas de l'esprit de l'invention en remplaçant l'autotransformateur ÂT de l'exemple représenté sur la figure 2 par un transformateur ordinaire ou par d'autres moyens, utilisés seuls ou en as-sociation,qui permettraient également d'abaisser la tension d'alimentation, ou d'éviter l'échauffement,pour le fonctionnement à vitesse lente:commutation triangle-étoile,emploi de moteurs à rotor résistant ou bobiné, ou de moteurs à plusieurs enroulements commutables, insertion de résistances statoriques,ventilation forcée, etc.. Enfin, dans le mAme ordre d'idées,il est à noter que les dispositifs décrits peuvent alimenter simultanément plusieurs moteurs devant fonctionner dans les mêmes conditions,et non seulement un seul moteur, et peuvent bien entendu être incorporés dans des circuits électriques plus élaborés que ceux représentés,comprenant par exemple des organes de protection,un gradateur de tension, un système de freinage électrique,un inverseur du sens de rotation du moteur, etc... -REVENDICATIONS 1.- Procédé permettant l'obtention d'une vitesse de rotation lente,pour moteurs asynchrones triphasés,caractérisé en ce qu'il consiste à supprimer au moins partiellement les alternances d'un signe déterminé sur l'une quelconque des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur. 2.- Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que les enroulements statoriques sont alimentés sous une tension triphasée réduite pendant les périodes de rotation lente du moteur,ctest-à-dire lorsque les alternances d'un signe déterminé sont supprimées sur l'une des trois phases. 3.- Dispositif permettant l'obtention d'une vitesse de rotation lente,pour moteurs asynchrones triphasés, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une diode intercalée sur l'une des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur. 4.-Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la diode est montée en parallèle sur une branche de circuit comportant un interrupteur,dont la position ouverte assure la mise en service de la diode pour le fonctionnement du moteur à vitesse lente, et dont la position fermée, court-circuitant la diode, permet le fonctionnement du moteur à vitesse normale. 5.~Dispositif selon la revendication 3,pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce que les circuits d'alimentation des enroulements statoriques du moteur comprennent un autotransformateur délivrant une tension réduite sur trois phases dont l'une quelconque comporte la diode précitée, des moyens de commutation étant prévus de manière à alimenter les enroulements statoriques soit par l'intermédiaire de l'autotransformateur pour le fonctionnement du moteur à vitesse lente, soit directement,sans passer par l'intermédiaire de l'autotransformateur,pour le fonctionnement du moteur à vitesse normale. 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une simple diode intercalée sur l'une des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur. 7.- Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce qu'il comprend une diode à déclenchement,c'est-à-dire un thyristor, intercalée sur l'une des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur. 8.- Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce qu'il comprend une diode intercalée sur l'une des trois phases d'alimentation des enroulements statoriques du moteur et montée en parallèle avec un thyristor, suivant un montage 'ItSte-b8che".