Brevet FR2437105A1 — publié le 19800418

La présente invention a pour objet un dispositif de conversion d'un moteur asynchrone en générateur asyncnrone autonome, du type comprenant une machine tournante asynchrone triphasée susceptible d'être entraînée en rotation par un rnoyen d'entraînement extérieur. I1 est bien connu que les machines asynchrones peuvent fonctionner, de par leur nature même, soit en moteur, soit en génératrice. Toutefois, du fait que lors d'un fonctionnement en génératrice, une machine asynchrone produit certes de l'énergie active, mais doit consommer de llenergie réactive nécessaire à son aimantation, on a jusqu'à present renoncé à faire fonctionner des génératrices asynchrones de manière autonome, et celles-ci ne sont généralement utilisées que comme générateur d'appoint connecté sur un réseau d'alimentation existant. On a souvent besoin de disposer de petits groupes générateurs de secours pour fournir de l'énergie électrique à une installation en cas de panne du réseau d'alimentation normal. I1 convient que ces groupes générateurs de secours puissent être mis en marche de façon rapide et commode. Par ailleurs, il est souhaitable qu'en cas de non fonctionnement du réseau d'alimentation principal, les éléments principaux du générateur ne restent pas inemployés. La présente invention a précisément pour but de fournir un générateur électrique de secours racile à mettre en marche et convertible de manière à permettre en permanence une utilisation de ses éléments fonctionnels fondamentaux. Les alternateurs utilisés habituellement pour fournir de ltenergie électrique, notamment de l'énergie électrique d'appoint, ne répondent pas aux critères énoncés ci-dessus. En effet, la commutation d'un alternateur sur une installation n'est pas simple et il est toujours nécessaire de disposer d'un régulateur de vitesse. Par ailleurs, lorsqu'il ne fonctionne pas en générateur, un alternateur est difficilement convertible. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités grâce à un dispositif simple et bon marché. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de conversion du type mentionné au début, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première batterie de condensateurs connectés en triangle et une deuxième batterie de condensateurs connectés en étoile, lesquelles batteries de condensareur sont prévues pour être connectées aux bornes des phases de la machine asynchrone montée en étoile, et en ce qu'il comprend en outre au moins un premier et un deuxième relais dont les bobines d'excitation présentent une connexion commune reliée à la borne de neutre de la machine asynchrone, le premier relais étant excité le premier lors de la mise en rotation de la machine asynchrone par un moyen d'entraînement extérieur, pour servir de relais de temporisation, et le second relais étant commandé par ledit premier relais pour actionner un commutateur d'enclenchement du circuit d'utilisation sur les bornes des phases de la machine asynchrone entraînée par un moyen d'entrainement extérieur. Ainsi, une machine asynchrone peut très facilement être connectée à un circuit d'utilisation par l'intermédiaire du dispositif selon l'invention pour fonctionner en génératrice autonome, dès lors que la machine asynchrone est entraînée en rotation par un moyen d'entraSnement extérieur, par exemple un moteur thermique. Par ailleurs, lorsque le réseau d'alimentation électrique principal fonctionne normalement, la machine asynchrone peut tout aussi facilement être déconnectée du circuit d'utilisation pour être rebranchée sur le réseau principal et fonctionner en moteur. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, plus spécialement adapté aux machines asynchrones de relati- vement forte puissance, les première et deuxième batteries de condensateur sont connectées en permanence aux bornes des phases de la machine asynchrone fonctionnant en générateur. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, plus spécialement adapté aux machines asynchrones de relativement faible puissance, lorsque la mchine asynchrone fonctionne en générateur, la première batterie de condensateurs montes en triangle est connectée en permanence aux bornes des phases de la machine asynchrone tandis que la batterie de condensateurs montés en étoile n'est connectée aux bornes des phases de la machine asynchrone que lors de l'amorçage du fonctionnement en générateur. Dans ce cas, de façon avantageuse, les condensateurs de la batterie de condensateurs montés en étoile sont reliés aux bornes respectives des phases de la machine asynchrone par l'intermédiaire de contacts qui, à un instant prédéterminé après la mise en fonctionnement de la machine asynchrone en générateur, sont ouverts par un relais qui déclenche simultanément l'excitation de la bobine dudit premier relais de tempori sation.Des résistances sont montées en parallèle avec les condensateurs de la batterie de condensateurs montés en étoile pour décharger ceux-ci pendant la temporisation dudit premier relais. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux dela description suivante, de modes particuliers de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un schéma électrique montrant le principe de la présente invention, et - la figure 2 represente le schéma électrique d'un exemple particulier de montage conforme à l'invention. On voit sur la figure 1 le schéma du circuit de base d'un dispositif convertisseur selon l'invention. Une machine tournante asynchrone triphasée 10 comporte trois bornes de phase U,V,W et trois bornes ZXY interconnectées pour servir de borne de neutre. La machine 10 est ainsi couplée en étoile. Les fils 1,2,3,4 reliés respectivement aux bornes U,V,W et ZXY servent à la transmission de I'energie.électrique fournie par la machine 10 lorsque, entraînée en rotation par un moyen d'entraînement extérieur, non représenté sur les figures, elle fonctionne en génératrice. Les fils 1,2,3 sont commutés sur le circuit d'utilisation 1"', 2"', 3"' par 1 l'in- termédiaire de l'ensemble de commutation 40,50. Le fil de neutre 4 peut etre relié directement à la ligne de neutre 4' du circuit d > utilisation. Par ailleurs, deux batteries de condensateurs 20 et 30 sont reliées aux bornes U,V,W de la machine 10 pour réaliser l'ajustement de la réactance déterminant le courant magnétisant dans la machine 10 lorsque celle-ci doit fonctionner en génératrice. La présence des batteries de condensateurs 20 et 30 permet un fonctionnement de la machine asynchrone 10 en géneratrice autonome. La batterie de condensateurs 20 comprend trois condensateurs 21,22,23 montés en triangle entre les diverses phases U,V,W. La batterie de condensateurs 30 comprend trois condensateurs 31,32,33 montés en étoile et connectés également aux diverses phases U,V,W. Le sous-ensemble de commutation 40,50 est constitué par un premier relais de temporisation 40 comprenant une bobine d'excitation 41 et deux contacts 42,43, et un deuxième relais d'enclenchement 50 comprenant une bobine d'excitation 51 et des contacts 52 à 56. Les bobines 41 et 51 présentent un point commun relié à la ligne de neutre 4. Le fonctionnement du sous-ensemble de commutation 40,50 est le suivant : consécutivement à la mise en rotation de la machine 10 par un moteur d'entraînement extérieur, et après un temps d'amorçage très bref, de l'ordre de 0,6 à O,ss un courant d'excitation circule dans la bobine 41 du relais 40 entre la ligne de neutre 4 et la ligne de phase W par l'intermédiaire du contact fermé 53 du relais 50 toujours au repos, Le courant circulant dans la bobine d'excitation 41 est lui-même stabilisé très rapidement, après environ 2s. Le relais de temporisation 40 présente un contact retardé à la fermeture 43 qui se ferme à un instant prédéterminé après le début de l'excitation de la bobine 41. La fermeture du contact 43 assure la connexion de la bobine 51 du relais 50 entre la ligne de neutre 4 et une ligne de phase 3. Le relais 50 est ainsi excité et les différents contacts 52 à 54 changent d'état. La fermeture des contacts 54 à 56 assure la commutation des lignes 1"',2"',3"' du circuit d'utilisation sur les lignes de sortie 1,2,3 de la génératrice 10. Simultanément, la fermeture du contact 52 assure le maintien de l'excitation du relais SQ tandis que l'ouverture du contact 53 provoque la désexcitation du relais 40. En cas de surcharge accidentelle, le relais 50 est désexcité et les contacts 52 à 56 reviennent à leur position initiale représentée sur la figure it Le système est prêt à redémarrer et un nouveau cycle de commutation du circuit d'utilisation sur les lignes 1,2,3 par l'intermédiaire des relais 40 et 50 peut se réaliser sans intervention de l'utilisateur. La figure 2 représente un exemple plus détaillé de dispositif convertisseur selon l'invention, capable d'assurer la commutation de la sortie d'une machine asynchrone 10 fonctionnant en génératrice sur un circuit d'utilisation 1"',2"',3"' prévu par exemple pour l'alimentation d'un petit moteur 70. Sur la figure 2, les éléments analogues aux éléments déjà décrits en référence au schéma de principe de la figure 1 portent les mêmes références. Sur la figure 2, un inverseur tétrapolaire 90 permet la commutation de la machine 10 soit sur un réseau normal d'alimentation triphasé, soit sur le dispositif 20,30,40,50,60 de commutation de la machine 10 sur un circuit d'utilisation. Lorsque l'inverseur 90 est connecté en position 1 sur le réseau normal d'alimentation, la machine 10 fonctionne comme un moteur asynchrone triphasé classique. Le moteur 10 peut ainsi entraîner par exemple une pompe. En revanche, lorsque l'inverseur 90 est commuté en position 2, et que simultanément la machine 10 est entraînée en rotation par des moyens mécaniques, celle-ci fonctionne en génératrice capable de fonctionner de façon autonome pour fournir de l'énergie à un circuit d'utilisation qui peut éventuellement etre prévu pour être commuté normalement sur le réseau normal d'alimentation et n'être branché sur la machine 10 fonctionnant en génératrice que lorsque le basculement de l'inverseur 90 en position 2 a été effectué et a déclenche l'excitation des relais 40,50,60. Les relais 40 et 50 fonctionnent de la manière décrite précédemment en référence à la figure 1. Toutefois, le relais 40 n'est excité que lorsque le relais supplémentaire 60 a lui-même été excité Le relais 60 vise à permettre de n'assurer la mise en circuit de la batterie de condensateurs 30 que pendant un très cours intervalle de temps, à l'amorçage, lorsque la machine 10 commence de fonctionner en générateur. Comme on peut le voir sur la figure 2, la batterie de condensateurs en triangle 20 est connectée en permanence sur les lignes 1',2',3' raccordées à l'inverseur 90 et corres pcndant aux bornes de phase U,V,W de la machine 10. La batterie de condensateurs 30 composée des condensateurs 31,32,33 couplés en étoile peut être également connectée en permanence sur les lignes 1',2',3', si les connecteurs 80 composés respectivement des connecteurs 81,82,83 sont fermés. En général, on prévoit de connecter en permanence les batteries de condensateurs 20 et 30 lorsque la machine 10 est de relativement forte puissance, par exemple; de 3 ou 4 ch. En revanche, dans le cas d'une machine 10 moins puissante, par exemple de l'ordre de 2 ch, il convient de n'assurer la mise en service de la batterie 30 que de façon temporaire.Dans ce cas, les connecteurs 80 sont alors ouverts, et les condensateurs 31,32,33 ne peuvent être connectés aux lignes 1',2',3' que par l'intermédiaire des contacts 64a,65a,66a respectivement du relais 60. Ainsi, les condensateurs 31,32,33 ne sont en service que pendant la periode initiale d'amorçage de la génératrice 10 puisque les contacts 64a, 65a,66a s'ouvrent dès que le relais 60 est excité, c'est-à-dire dès qu'une tension suffisante est apparue aux bornes de la bobine d'excitation 61 du relais 60, connectée entre la ligne de neutre 4' et une ligne de phase 3'. L'excitation du relais 60 provoque simultanément la fermeture des contacts 64,65,66 qui assurent la connexion entre les lignes 1',2',3' issues de l'inverseur 90 et les lignes 1",2",3" conduisant au relais d'enclenchement 50. Par suite de la fermeture du contact 66, la bobine 41 du relais 40 est connectée, par l'intermédiaire du contact 53 entre la ligne de phase 3' et la ligne de neutre 4. Le relais de temporisation 40 fonctionne alors de la manière indiquée précédemment en référence à la figure 1, et assure, après un temps prédéterminé la fermeture du contact 43 qui provoque l'excitation du relais 50. Le circuit d'utilisation 1"', 2"',3"' est alors relié aux lignes 1",2",3" et par suite aux bornes U,V,W, par la fermeture des contacts 54,55,56, Le relais 50 reste lui-même excité grâce à la fermeture du contact 52 tandis que l'ouverture du contact 53 provoque la désexcitation du relais 40. Des résistances 34,35,36 sont montées en parallèle sur les condensateurs 31,32!33 de manière à permettre une décharge des condensateurs 31,32,33 pendant la temporisation effectuée par le relais 40, lorsque le relais 60 a lui-même provoque l'ouverture des contacts 64a,65a,66a. La décharge des condensateurs 31 à 33 a pour but d'éviter la déterioriation des contacts du relais 60 à l'arrêt de l'installation ou sur déclenchement par surcharge de la machine 10. Le relais 60 comprend des contacts supplémentaires 62,63 qui permettent, lorsque le relais 60 est désexcité, c'est-à-dire lorsque l'inverseur 90 est commuté en position 1, de relier un circuit d'utilisation monophasé à une phase d'un réseau normal d'alimentation, par l'intermédiaire du contact fermé 63, et, lorsque le relais 60 est excité, c'est-à-dire lorsque l'inverseur 90 est commuté en position 2 et que la machine 10 fonctionne en génératrice, de relier le même circuit d'utilisation monophasé à une phase, par exemple la phase V, du système de courant triphasé produit par la génératrice 10, grâce à la fermeture du contact 62. Le moteur 70, par exemple un moteur de 0,4 à 1 ch, qui peut être placé dans le circuit d'utilisation 1"',2"',3"', peut de même être relié à un réseau normal triphasé d'alimentation par l'intermédiaire des contacts 54a,55a,56a lorsque le relais 50 est désexcité, c'est-à-dire lorsque la machine 10 ne fonctionne pas en génératrice. Bien entendu diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de conversion d'un moteur asynchrone en générateur asynchrone autonome, du type comprenant une machine tournante asynchrone triphasée susceptible d'être entraînée en rotation par un moyen d'entrainement extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première batterie de condensateurs connectes- en triangle et une deuxième batterie de condensateurs connectés en étoile, lesquelles batteries de condensateurs sont prévues pour être connectées aux bornes des phases de la machine asynchrone montée en étoile, et en ce qu'il comprend en outre au moins un premier et un deuxième relais dont les bobines d'excitation présentent une connexion commune reliée à la borne de neutre de la machine asynchrone, le premier relais étant excité le premier lors de la mise en rotation de la machine asynchrone par un moyen d'entraînement extérieur, pour servir de relais de temporisation, et le second relais étant commandé par ledit premier relais pour actionner un commutateur d'enclenchement du circuit d'utilisation sur les bornes des phases de la machine asynchrone entraînée par un moyen d'entraînement extérieur. 2. Dispositif de conversion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et deuxième batteries de condensateur sont connectées en permanence aux bornes de phases de la machine asynchrone fonctionnant en générateur. 3. Dispositif de conversion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la machine asynchrone fonctionne en générateur, la première batterie de. condensateurs montes en triangle est connectée en permanence aux bornes des phases de la machine asynchrone tandis que la batterie de condensateurs montés en étoile n'est connectée aux bornes des phases de la machine asynchrone que lors de l'amorçage du fonctionnement en générateur. 4. Dispositif de conversion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les condensateurs de la batterie de condensateurs montés en étoile sont reliés aux bornes respectives des phases de la machine asynchrone par l'intermédiaire de contacts qui, à un instant prédéterminé après la mise en fonctionnement de la machine asynchrone en générateur, sont ouverts par un relais qui déclenche simultanément l'excitation de la bobine dudit premier relais de temporisation. 5. Dispositif de conversion selon la revendication 4, caractérisé en ce que des résistances sont montées en parallèle avec les condensateurs de la batterie de condensateurs montés en étoile pour décharger ceux-ci pendant la temporisation dudit premier relais. 6. Dispositif de conversion selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le commutateur associé audit deuxième relais assure la commutation du circuit d'utilisation soit sur un réseau d'alimentation extérieur, soit sur les bornes de sortie de la machine asynchrone, en fonction de l'état dudit second relais. 7. Dispositif de conversion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que un relais dont la bobine d'excitation est connectée entre la borne de neutre et une borne de phase de la machine asynchrone commande simultanément la commutation d'un circuit d'utilisation monophasé entre ladite borne de neutre et ladite borne de phase, et l'excitation de la bobine dudit relais de temporisation. 8. Dispositir de conversion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur pour commuter les bornes de la machine asynchrone soit sur un réseau d'alimentation extérieur, pour un fonctionnement en moteur, soit sur le dispositif constitué par les batteries de condensateurs et lesdits relais.