Brevet FR2468238A1 — publié le 19810430

L'invention se rapporte à la protection des moteurs électriques au moyen d'un contacteur entreposé sur les conducteurs de phase de l'alimentation triphasée et, plus précisémment, à la génération de signaux de commande de ce contacteur en vue d'interrompre l'alimentation en cas de surcharge ou d'absence de phase. Ces signaux de commande sont généralement fournis, dans l'art antérieur, par des relais thermiques différentiels. L'invention vise à la réalisation d'un circuit electro- nique de commande qui soit auto-alimente et de réalisation simple. On a decrit, dans le brevet US 3.602.771, un dispositif électronique comportant trois transformateurs dont les enroulements primaires sont constitués par les conducteurs de phase et les enroulements secondaires fournissent, après redressement et filtrage, des courants qui constituent une image de ceux qui alimentent le moteur, du fait que les noyaux de ces transformateurs sont constitués par des boucles métalliques entourant lesdits conducteurs de phase. Cette solution presente des inconvénients pratiques en ce qui concerne la realisation des transducteurs courant-tension et, en outre, ne protège pas le moteur en cas de perte de phase. La présente invention a pour objet un dispositif electronique perfectionné du genre susvisé, capable de détecter aussi bien les pertes de phase que les surcharges et exempt des incon vénients des dispositifs de l'art antérieur. Suivant l'invention, ce dispositif comprend un organe d'interruption de ladite tension d'alimentation; des moyens de prélever une tension tri-phasée constituant l'image du courant dans les conducteurs de phase, des moyens de redresser et de filtrer ladite tension et d'un organe effectuant la comparaison de la tension redressée et filtre à une tension de référence, pour engendrer des signaux de commande dudit organe d'interruption et est caractérise en ce que lesdits moyens de filtrage comportent une self en tête et en ce qu il est prévu des moyens de prélever la tension en amont de ladite self et de l'écrêter pour mettre en évidence ses passages par zéro en cas de perte de phase, et des moyens de détecter lesdits passages par zero pour engendrer des impulsions calibrées, un condensateur charge par lesdites impulsions calibrees à travers une résistance et des moyens de déclencher la production desdits signaux de commande par l'organe de comparaison, en mettant sa tension de référence à zéro chaque fois que la tension aux bornes dudit condensateur a atteint une valeur prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à la lumiere de la description ci-apres. Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention, comportant des comparateurs réalisé au moyen d'un circuit intégré; La figure 2 représente les formes d'ondes de signaux prélevés en différents points du circuit de la figure 1. A la figure 1, on a representé uniquement les enroulements secondaires respectifs T1, T2, T3 de trois transformateurs jouant le rôle de transducteurs courant-tension, dont les enroulements primaires respectifs sont constitués par les conducteurs de phase reliant le moteur au secteur triphasé d'alimentation. Les tensions aux bornes des enroulements T1, T2, T3 sont respectivement proportionnelles aux courants qui circulent dans ces conducteurs de phase. Ces tensions sont redresses au moyen d'un pont de Graetz composé de diodes D1 à D6, et filtrées au moyen d'une cellule à self en tête comportant une self S et un condensateur C2. On a représenté en (a), à la figure 2, la tension à la borne amont A de la self S, en pointillé dans le cas de fonctionnement normal ou le moteur est alimenté en triphasé, en trait plein dans le cas accidentel d'absence de phase. On constate que la tension en A passe alors franchement par la valeur zéro à chaque alternance, ce qui n'est pas le cas de la tension à la borne aval A'. Cette derniere tension, non figurée, subit en effet l'effet de filtrage et même lorsqu'elle est monophasée, passe de ce fait par des valeurs minimales largement variables, sans qu'il soit possible de détecter des zéros francs. C'est la tension aval, appliquée aux bornes d'un pont potentiométrique R2 PR3, qui est utilisée, comme on l'expliquera plus loin,pour exciter,en cas de surcharge,le relais RX qui coupera, par l'ouverture de son contact K,l'alimentation du contacteur monté dans les conducteurs de phase.La tension aval fourniten outre l'auto-alimentation du circuit électronique, comme on le verra dans la suite. Par contre, la tension amont, après avoir subi un écrêtage (résistance R1 et diode de Zener Z1 : forme d'onde (b) prélevée au point B), est utilisée, comme on l'expliquera plus loin, pour détecter la perte d'une phase. Le signal redressé et filtré aux bornes du condensateur C2 est, pour alimenter le circuit, régulé au moyen de deux transistors T1 et T2. Le transistor T1 est monté aux bornes de C2 en série avec une résistance d'émetteur R6 et une diode de Zener Z2 dans son circuit de collecteur. Sa base est reliée au point commun entre une résistance R5 et une diode Dg. La diode Dg est montée en série avec une diode D8 et la résistance R5, aux bornes du condensateur C2. Le transistor T1 effectue une régulation en courant. Le transistor T2 est monté en série avec la self S et sa base est reliée au collecteur de T1. Il effectue une régulation en tension, particulièrement nécessaire au démarrage du moteur, alors que les courants de phase peuvent atteindre des valeurs jusqu'à cinq à dix fois supérieures au courant d'emploi du moteur. Le signal régulé par T1 et T2 charge un condensateur C3 et le signal de commande du relais Rx résultera de la décharge de C3, à travers un transistor T4, lorsque la base de ce dernier aura reçu un signal de commutation fourni par un comparateur A2. Cette décharge commande le contacteur par l'intermédiaire d'un relais symbolisé au dessin par une bobine Rx et qui pourra être de type quelconque (électro-magnetique, statique ou autre). Le condensateur C3 fournit l'alimentation de l'ensemble du circuit électronique. Le comparateur A2 a une borne négative à laquelle est appliquee une tension continue de référence fixee par un pont de résistance R12 - R13 et une borne positive à laquelle est appliquée la tension aux bornes d'un condensateur C1, lui-même charge par une tension prelevée sur le curseur P du pont potentiometrique R2 PR3 et convertie, de manière à constituer une image appro ximative du carré i2 des courants de phases au moyen d'un circuit connu en soi, constitué de résistances R15 à R22 et de diodes de Zener Z4 à Z6.Pour des valeurs faibles de la tension au point P, aucune des diodes de Zener ne conduit, si bien que la valeur de la tension transmise par la résistance R4 ne dépend que des résistances R15 à R22 pour des valeurs croissantes de la tension au point P, les diodes de Zener successives se mettent à conduire ce qui augmente par paliers la tension transmise par R4, la courbe de conversion étant finalement grossièrement parabolique. L'intérêt de cette conversion est lié au fait que le moteur doit essentiellement être protégé contre les échauffements excessifs, qui sont fonction de I2 e non de I. Le disposi- tif ne déclenchera pas pour une surcharge relativement faible, ce qui est un résultat favorable. Dans le cas d'une absence de phase, on a expliqué cidessus que la tension au point B4 présente des passages francs par la valeur zéro. Le point B est relie, par un condensateur C4, à la borne d'entrée positive C d'un comparateur A3, et à une borne d'une résistance R8. La borne négative de A3 est reliée au point commun à deux résistances R11 et R10 qui fixent la tension de référence appliquée à ladite borne négative et à la borne positive d'un autre comparateur A1. La sortie de A3 est reliée au point commun à deux résistances R7 et R9 en séries entre les bornes de T2, entre elles et avec un condensateur C5 relié à la masse commune. Le point commun à N et C5 est relié à la borne négative de A1. La tension en C, du fait de la liaison capacitive C4, a la forme d'onde représentée en (c) à la figure 2. Pendant les intervalles de temps t1 t2 où la tension en C est supérieure à la tension de référence appliquée à la borne négative de A3, ce dernier fournit un niveau logique 1 à sa sortie D; on obtient ainsi en D, des impulsions calibrées en amplitude et en durée (forme d'onde d) lesquelles chargent le condensateur C5 jusqu'à la valeur de la tension de référence appliquée à la borne positive de A1. Lorsque cette valeur est obtenue, A1 bascule, ce qui a pour effet de mettre sa sortie au niveau logique zéro (puisque C5 est relié à la borne négative d'entrée). La borne de référence de A2 est ainsi mise au niveau zéro, d'ou il résulte que la charge, toujours présente de C1, sera suffisante pour faire basculer A2, débloquant ainsi le transistor T4 et excitant la bobine du relais Rx. Le temps de charge de C5 à travers Rg jusqu'à la tension de référence appliquée à-la borne négative de A1 est suffisant (10 à 15 sec. par exemple) pour qu'une micro-coupure de durée plus brève ne soit pas vue par le dispositif comme une absence de phase. Lorsque l'absence de phase est terminée, C5 se décharge par une diode D10 et une résistance R10, qui relient directement le point D à la masse commune. On notera que du fait de la constante de temps C5 Rg, pendant la période de démarrage du dispositif, une absence de phase éventuelle ne sera prise en compte qu'après la charge de C3 et que l'électronique sera convenablement alimentée. Il doit être bien compris que les comparateurs du montage decrits, du type à amplificateur opérationnel, pourraient être remplacés par d'autres organes équivalents, en particulier par des transistors à unijonction programmable "PUT", sans s 'é- carter de l'esprit de l'invention. Par exemple, un tel transistor PUT, dont l'anode serait reliée à un condensateur charge par les tensions images redresses et filtrées, et dont la gâchette serait soumise à une tension de référence, pourrait fournir le signal de commande en cas de surcharge. Ladite tension de référence de la gâchette pourrait être court-circuitée, en cas de perte de phase, par un transistor lui-même commandé par un Diac débloqué par la charge du condensateur C4, lorsque celle-ci atteindrait la tension du Diac. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un moteur electrique contre les surcharges et la perte d'une phase de la tension alternative tri-phasée d'alimentation, comportant : un organe d'interruption de ladite tension d'alimentation; des moyens de prélever une tension tri-phasée constituant l'image du courant dans les conducteurs de phase, des moyens de redresser et de filtrer ladite tension et un organe effectuant la comparaison de la tension redressée et filtre à une tension de référence, pour engendrer des signaux de commande dudit organe d'interruption, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage comportent une self en tête et en ce qu'il est prévu des moyens de prélever la tension en amont de ladite self et de l'écrêter pour mettre en évidence ses passages par zéro en cas de perte de phase, et des moyens de détecter lesdits passages par zéro pour engendrer des impulsions calibrées, un condensateur charge par lesdites impulsions cali brées à travers une résistance et des moyens de déclencher la production desdits signaux de commande par l'organe de comparaison, en mettant sa tension de référence à zéro, chaque fois que la tension aux bornes dudit condensateur a atteint une valeur prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détecter lesdits passages par zéro pour engendrer des impulsions calibres comprennent une liaison capacité-résistance et un premier comparateur agencé pour fournir un niveau logique 1, qui charge ledit condensateur, pendant les intervalles de temps où la tension transmise par ladite liaison est supérieure à un seuil prédéterminé, tandis que lesdits moyens de déclenchement de l'organe de comparaison comprennent un second comparateur, agence pour fournir un niveau logique chaque fois que le premier comparateur fournit un niveau logique 1. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caracterisé en ce que la tension en aval de ladite self est utilise pour charger un -condensateur réservoir, servant à l'alimentation du dispositif. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit organe de comparaison reçoit la tension redresse et filtrée par l'intermédiaire d'un circuit apte à la rendre sensiblement proportionnelle au carré du courant. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caracterise en ce que ledit condensateur charge par les impulsions calibrees forme, avec ladite résistance, une constante de temps de l'ordre d'une dizaine de secondes. 6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit organe de comparaison est constitué par un transistor à uni-jonction programmable dont la tension de réfé- rence de gâchette est court-circuitée par un transistor commande par un Diac, lui-même débloque par la tension aux bornes dudit condensateur.