Brevet FR2465341A1 — publié le 19810320

L'invention concerne des circuits de protection de moteurs, et plus particulièrement un circuit de protection d'un moteur destiné à détecter des conditions présentes à la fois sur le côté de la ligne et sur le côté du moteur des contacteurs du moteur principal du circuit. Des circuits de protection de moteurs actuelle- ment disponibles détectent diverses conditions de dérangement dans des circuits polyphasés telles qu'une faible tension, une surtension, un décalage ou une inversion de phase, la perte d'une phase, des défauts de terre et les problèmes s'y rapportant. Lors de la détection de l'une quelconque ou de plusieurs des conditions précitées, le circuit de protection ouvre les contacteurs du moteur afin de protéger ce dernier contre une condition de dérangement ou la ligne contre un moteur défaillant. Dans de tels circuits connus dans l'art antérieur, la détection s'effectue totalement sur le côté des contacteurs du moteur situé vers la ligne, de sorte que des conditions réelles présentes sur le côté du moteur restent souvent non détectées ou ne sont détectées qu'à la suite d'une défaillance destructrice. Des dérangements tels qu'un fil rompu entre le côté du contacteur tourné vers le moteur et le moteur ne peuvent être détectés qu'après que la marche du moteur sur deux phases (ou sur une phase dans un système diphasé) a détérioré le moteur. Un effet analogue peut résulter de la rupture ou du brûlage d'un contacteur. Une condition de faible tension peut également résulter d'un contacteur partiellement brûlé, d'un conducteur ou d'une ligne commune endommagée. Comme indiqué précédemment, l'art antérieur ne permet pas de réaliser une détection sur le côté moteur des contacteurs du moteur, les dangers de dérangements sur ce côté n'étant pas reconnus. Le circuit de protection d'un moteur selon l'invention peut être utilisé uniquement comme un circuit de protection ayant une possibilité de rétablissement, ou bien comme un circuit combiné avec une fonction de mise en marche- arrêt d'un moteur. Dans les deux dispositions, les contacteurs du moteur sont connectés communément à un circuit principal d'alimentation polyphasé et le côté ligne du circuit de protection du moteur détecte des conditions présentes sur ce circuit principal. Si le circuit est utilisé uniquement pour une fonction de rétablissement, un commutateur de rétablissement placé dans le circuit de protection est actionné et un circuit de fermeture du contacteur du moteur est amorcé de manière qu'à la suite d'une manoeuvre du dispositif de commande principal du moteur, les contacteurs soient fermés et le moteur mis sous tension. Lorsque le circuit de protection est également utilisé pour une fonction de commande de mise en marche- arrêt, le commuateur de rétablissement précité devient le commutateur de mise en marche et il est associé à un commutateur d'arrêt. Dans la première forme de réalisation du circuit, le commutateur de rétablissement est, par exemple, un commutateur à bouton-poussoir qui ferme ses contacts uniquement lorsqu'il est enfoncé. La fermeture de ces contacts permet au circuit de commande du contacteur d'être fermé si tous les paramètres détectés par le circuit de protection sur le côté ligne des contacteurs sont convena- bles. Un circuit de maintien provisoire, monté en parallèle avec le commutateur de rétablissement, est établi si tous les paramètres à détecter sur le côté ligne du contacteur sont normaux. Le circuit de maintien comporte une section supplé- mentaire qui comprend des contacts commandés par les circuits de détection situés sur le côté moteur des contacteurs. Lorsque les contacteurs du moteur sont fermés, cette section supplémentaire du circuit de maintien maintient le circuit si tous les paramètres à détecter sur le côté moteur des contacteurs sont normaux. Une anomalie apparaissant sur l'un ou l'autre des côtés des contacteurs provoque l'ouverture de l'un ou l'autre des circuits de maintien ou des deux circuits de maintien, entraînant une ouverture des contacteurs. La section supplémentaire du circuit de maintien comprend les contacts normalement fermés d'un relais à tempo- risation monté en série avec le commutateur de rétablisse- ment, et d'un relais à fonction de protection monté sur le côté ligne du circuit de protection. L'excitation du relais à fonction de protection établit un circuit de dérivation contournant le commutateur de repositionnement et amorce le circuit de fermeture des contacteurs. La fermeture des contacteurs par le circuit de mise en marche du moteur provoque la fermeture des contacts d'un second relais à fonction de protection ou relais situé sur le côté moteur si tous les paramètres sont appropriés, les contacts de ce relais étant en dérivation par rapport aux contacts du relais à temporisation. Ces derniers contacts sont ouverts au bout d'un temps prédéterminé après la fermeture des contacteurs, quelle que soit la condition du circuit côté moteur; le relais à temporisation est alimenté en courant provenant du côté moteur des contacteurs. Les contacts du relais à temporisation montés dans le circuit de maintien sont nécessaires pour permettre la fermeture des contacteurs en l'absence d'informations provenant du côté moteur des contacteurs, et l'intervalle de temporisation doit être tel qu'il permette l'établissement et la détection de conditions sur le côté moteur et que le second relais à fonction -de protection puisse être actionné avant d'être retiré du circuit de maintien. L'invention a donc pour objet un circuit de protection destiné à un moteur dans lequel des conditions anormales d'alimentation apparaissant sur les côtés ligne et moteur des contacteurs du moteur sont détectées. L'invention a également pour objet des circuits de détection de paramètres des côtés ligne et moteur, compor- tant des commandes de contacteurs en relation les unes avec les autres afin de permettre la mise à l'état initial du système et l'établissement de conditions de maintien. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma du circuit de protection d'un moteur selon l'invention. Comme représenté sur le schéma de la figure unique, une tension triphasée est appliquée à des conducteurs 1, 2 et 3. La tension présente sur le conducteur 1, désignée ci-après par l'expression "tension de la phase 1", est appliquée à un conducteur 4, alors que la tension présente sur le conducteur 2, désignée ci-après "tension de la phase 2", est appliquée à un conducteur 6. Un circuit de maintien est monté entre les conducteurs 4 et 6 et il comprend, en-série, un interrupteur 7 de rétablissement à bouton-poussoir, des contacts normalement fermés 8 d'un relais 9 à temporisation, une résistance 11, une diode 12, une bobine 13 d'un premier relais 15 à fonction de protection et un redresseur 14 commandé au silicium. La bobine 13 est shuntée par un condensateur 16 d'emmagasinage et de temporisation et le redresseur 14 est shunté par un condensateur 17 de dérivation. L'interrupteur 7 est shunté par des contacts 18 normalement ouverts du relais 15, alors que les contacts 8 sont shuntés par des contacts 19 normalement ouverts du relais 9. Les contacts 18 sont également connectés en dérivation à une lampe 21 et une résistance 22 montées en série avec une autre résistance 23 entre les conducteurs 4 et 6. Le conducteur 3 porte la phase 3 qui est appliquée à un conducteur 24. Cinq résistances 26, 27, 28, 29 et 31 sont montées en série entre les conducteurs 4 et 24,- la résistance 31 constituant l'élément résistif d'un potentiomètre 32 qui comporte un curseur 33 connecté au conducteur 4 afin de permettre la mise en court-circuit d'une section variable de la résistance 31. Un condensateur 34 est monté en dérivation avec les résistances 28, 29 et 31 et la jonction des résistances 27 et 28 est reliée, par un circuit série comprenant une diode bidirectionnelle 36 ou "Diac" et des résistances 37 et 38, au conducteur 4. La jonction des résistances 37 et 38 est connectée à l'électrode 40 de commande du redresseur 14 commandé au silicium. La jonction des résistances 26 et 27 est reliée par un condensateur 40 à la jonction de la résistance 11 et des contacts 8 et 19 des relais 9 et 15, respectivement. Pour compléter le circuit côté ligne, une lampe 41 est montée en série avec des résistances 42 et 43 entre les conducteurs 6 et 4 et un second jeu de contacts 44 norma- lement fermés du relais 15 à fonction de protection est monté en dérivation avec la lampe 41 et la résistance 42. Pour la mise en fonction, on appuie sur l'inter- rupteur 7 de rétablissement et, si le redresseur 14 commandé au silicium est conducteur, le relais 15 est excité. Les conditions nécessaires pour rendre conducteur le redresseur commandé au silicium sont l'absence d'une condition de basse tension, la présence de toutes les phases et le fait que les phases de tension soient convenables. En particulier, le redresseur 14 est allumé lorsque la tension de charge du condensateur 34 atteint une- valeur particulière, par exemple 8 volts, le "Diac" 36 devenant alors conducteur. Le condensateur 34 se décharge dans des résistances 37 et 38 et rend conducteur le redresseur commandé. Deux conditions doivent être remplies le condensateur 34 doit atteindre une charge convenable à l'instant approprié. Si une condition de basse tension existe, le "Diac" peut ne pas s'allumer du fait que le condensateur 34 ne se charge pas à la tension de 8 volts, ou bien il peut s'allumer à un instant tel que-la tension aux bornes du redresseur commandé 14 s'inverse. Pour que le condensateur 34 se charge à la tension appropriée, une tension minimale acceptable de ligne doit être atteinte sur les trois phases. Le condensateur 39 et la résistance 26 sont utilisés comme circuit de déphasage afin que la tension de la phase 2, présente sur le conducteur 6, soit ajoutée à la différence entre les tensions des phases présentes sur les conducteurs 4 et 24. Si la phase de chacune des trois tensions est correcte et présente, et si les tensions sont supérieures au niveau minimal déterminé par le point de réglage établi par le potentiomètre 32, le condensateur 34 se charge à la tension appropriée d'allumage du "Diac" 36, au moment approprié pour allumer le redresseur commandé 14. L'allumage du redresseur commandé 14 provoque l'excitation du relais 15 dont les contacts 18 se ferment afin de shunter l'interrupteur 7 de rétablissement et de court-circuiter l'ampoule 21 qui est une ampoule rouge indiquant que le circuit n'est pas en service. Le condensateur 16 allumée, que le circuit est en service. Le bouton 7 de repositionnement peut à présent être relâché, le circuit étant maintenu par les contacts 18 et le contact 8 du relais à temporisation. Le relais 9 à temporisation est utilisé de manière que ses contacts s'ouvrent au bout d'un intervalle de temps nécessaire pour que le côté moteur du système se stabilise dans des conditions de fonctionnement après la mise en marche. Le relais 15 ferme également un jeu de contacts 46 montés en série avec une bobine 47 d'un conjoncteur 48 qui, lorsqu'il est excité, ferme des contacts 51, 52 et 53 connectés respectivement aux contacts 4, 6 et 24 afin d'alimenter le moteur 54 et les circuits situés sur le côté moteur du contacteur. Si le circuit de protection est incorporé unique- ment dans un circuit de rétablissement, un jeu de contacts 50 est placé dans le circuit de la bobine 47 de manière que le système puisse être mis en service ou hors service par ouver- ture ou fermeture des contacts 50. Si le circuit de protection est incorporé dans le circuit de mise en marche- arrêt du moteur, le contact 50 est inutile, mais un contact narrêt" doit être incorporé dans le circuit de protection, par exemple sur le conducteur 6. En ce qui concerne les circuits situés sur le côté moteur du contacteur, les pièces placées sur ce côté et correspondant aux pièces situées sur le côté ligne portent les mêmes références numériques auxquelles un signe prime est ajouté. Le circuit de temporisation comprend un circuit redresseur triphasé portant la référence numérique générale 56 et à la sortie duquel est connecté un filtre de lissage comprenant des résistances 57 et 58 montées en série avec un condensateur 59 de filtrage pour appliquer une tension continue à des conducteurs 61 et 62. La bobine 63 du relais 9 est montée en série avec un redresseur 64 commandé au silicium entre les conducteurs 61 et 62 de manière que, lorsqu'une tension appropriée est appliquée à l'électrode 66 de déclenchement du redresseur commandé 64, le relais 9 soit excité et ouvre ses contacts 8 montés en série avec l'interrupteur 7 de mise en marche. Un circuit 67 de temporisation est destiné à retarder l'ouverture des contacts 8 pour la raison indiquée. Il convient de noter que les contacts 8 du circuit 67 de temporisation et les contacts 19 d'un relais 15' à fonction de protection du circuit de détection de dérangements côté moteur sont en parallèle. Le circuit de maintien peut être maintenu si les contacts 8 ne sont pas ouverts ou bien, dans le cas o ils sont ouverts, si les contacts 19 sont fermés avant l'ouverture des contacts 8. En outre, si un dérangement sur le côté moteur seul du circuit est détecté, le système peut être arrêté uniquement si les contacts 8 ont été ouverts. Par conséquent, les contacts 8 doivent être ouverts même si une condition de faible tension existe et également en présence de la perte d'une phase. Si les deux phases sont perdues, le moteur ne peut fonctionner, de sorte qu'aucune détérioration n'est possible. Le circuit de temporisation comporte un conducteur 61 relié par des résistances 67 et 68 et un condensateur 69 à un conducteur 62. Le point commun aux résistances 67 et 68 est relié par une résistance variable 71 (de précision), par une résistance fixe 72 et par un conden- sateur 73 au conducteur 62 et le point commun à la résistance 68 et au condensateur 69-est relié par une résistance 74 au conducteur 62. Le collecteur 77 d'un transistor unijonction programmable 76 est relié au point commun de la résistance 72 et du condensateur 73, l'électrode 78 de commande programmable de ce transistor étant connectée à la jonction de la résistance 68 et d'un condensateur 69 de dérivation, et la base 79 du transistor étant connectée au conducteur 62 par l'intermédiaire de résistances 81 et 82 montées en série. La résistance 82 est shuntée par un condensateur 83 de suppression de bruits. Le transistor unijonction 76 est utilisé pour permettre une sélection d'une tension de travail appliquée à la commande et pouvant être adaptée au circuit, plutôt que d'avoir une valeur fixe, inhérente au dispositif. Le transistor unijonction et le "Diac" 36 sont utilisés dans le premier cas pour constituer des circuits de synchronisation appropriés, car les redresseurs commandés au silicium sont des dispositifs ayant une impédance d'entrée notablement très basse, difficiles à utiliser, en l'absence de ces dispositifs auxiliaires, dans des circuits de synchronisation. Les résistances 71 et 72 et le condensateur 73 constituent une temporisation à base de temps qui peut être réglée au moyen de la résistance variable 71 entre des limites souhaitées. Le transistor 76 présente un seuil d'allumage bas, de sorte qu'il conduit malgré la présence d'une condition de faible tension telle que celle pouvant résulter de la perte d'une phase ou de conditions de faible tension en ligne. La conduction du transistor a pour effet d'allumer le redresseur commandé 64 à l'électrode de déclenchement duquel un filtre 82-83 anti-bruit est relié afin d'empêcher son déclenchement inopiné et prématuré en présence de parasites électriques intenses. L'allumage du redresseur commandé 64 a pour effet d'exciter le relais 9 qui ouvre ses contacts 8. Si les contacts 19 n'ont pas été fermés, les contacteurs 51-53 s'ouvrent, indiquant la présence d'un problème sur le côté moteur. Si les contacts 19 sont fermés, le système fonctionne convenablement et continue d'être alimenté. Les contacts 19 sont commandés par le relais 15' du circuit de protection du côté moteur. Ce dernier circuit est identique au circuit correspondant situé sur le côté ligne, sauf qu'il ne comporte pas l'interrupteur 7 de mise en marche et ses contacts 18 en dérivation. Les valeurs suivantes peuvent être utilisées dans un circuit typique: RESISTANCES 11 - 5 000 ohms 23 - 47 000 ohms 26 et 27 - 82 000 ohms 28 - 2 200 ohms 29 - 470 ohms 31 - 1 000 ohms 37 - 22 ohms 38 - 1 000 ohms 43 - 47 000 ohms CONDENSATEURS - 22 000 ohms - 47 ohms - 470 000 ohms - 39 000 ohms - variable - 200 000 ohms - 200 000 ohms - 22 ohms - 1 000 ohms 16 -- 50PF 17 -- 0,019F 34 -- 0,05iF 39 -- 0,033PF 59 -- 2pF 69 -- 0,05pF 73 -- 0,33pF 83 -- 1,04F REDRESSEURS COMMANDES AU SILICIUM 14 et 64 -- C106Dl TRANSISTOR UNIJONCTION 76 -- 2N6027 DIAC 36 -- 2N4991 L'appareil représenté peut être aisément utilisé dans un système à enroulements partiels et dans un conjoncteur étoile-triangle. Une, deux ou trois minuteries et deux circuits de détection de phase de tension peuvent être nécessaires sur le côté moteur des contacteurs, une minuterie ayant une plus longue temporisation que les autres afin d'assurer une détection précoce d'une transition incomplète vers une connexion finale du circuit en service. Le circuit peut être aisément utilisé dans des systèmes diphasés, sans changement de principe et en n'introduisant qu'une faible charge dans les circuits. Le circuit de déphasage doit être modifié pour réaliser un déphasage de 900 au lieu de 120 . Le circuit pour sous-tension peut être aisément utilisé comme circuit pour sur-tension par modification de la temporisation afin qu'une sur- tension ne puisse allumer le redresseur commandé au silicium. Des redresseurs commandés au silicium montés en série peuvent être utilisés pour assurer une protection contre les sur-tensions et contre les tensions insuffisantes. Le montage général peut comprendre un détecteur de déséquilibre de tension diphasé, triphasé ou polyphasé, pouvant ouvrir le circuit principal de maintien si un déséquilibre dépasse un niveau prédéterminé. D'une manière analogue, un détecteur de déséquilibre de courant de charge diphasé, triphasé ou polyphasé peut être incorporé dans l'élément de protection du moteur. Il convient de noter que tout nombre de fonctions peut être ajouté au circuit par l'addition de circuits appropriés de détection pour la commande de redresseurs au silicium supplémentaires. Si les redresseurs commandés au silicium sont montés dans des circuits séparés plutôt qu'en série ou en parallèle les uns par rapport aux autres, les contacts des relais de protection situés sur le côté moteur du système doivent tous être montés en série les uns avec les autres, le contact 8 du relais à temporisation étant monté en parallèle avec ce circuit série. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1. Appareil de protection d'un moteur électrique pouvant être relié à une source d'alimentation en énergie électrique par l'intermédiaire d'un dispositif coupe-circuit commutable, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit de protection comprenant un premier dispositif de protection destiné à détecter un premier paramètre électrique présenté par la source d'alimentation et nuisible au moteur (54), et un premier dispositif de commande au moyen duquel le dispositif coupe-circuit est commuté vers une position d'ouverture dans laquelle il sépare le moteur de la source d'alimentation, le premier dispositif de commande pouvant être actionné lors de la détection du paramètre électrique par le premier circuit de détection, et un second circuit de protection qui comprend un second dispositif de détection destiné à détecter un paramètre électrique présenté par le côté du dispositif coupe-circuit connecté au moteur, ce paramètre étant nuisible au moteur, un second dispositif de commande destiné à commuter le dispositif coupe-circuit vers une position d'ouverture afin de séparer le moteur de la source d'alimentation, le second dispositif de commande pouvant être actionné lors de la détection dudit paramètre électrique par le second circuit de détection. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier paramètre électrique comprend plusieurs premiers paramètres électriques, le premier dispositif de commande pouvant être actionné par le premier dispositif de détection lors de la détection des premiers paramètres électriques seuls et en combinaison. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second paramètre électrique comprend plusieurs paramètres électriques, le second dispositif de commande pouvant être actionné par le second circuit de détection lors de la détection des seconds paramètres électriques seuls et en combinaison. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les premier et second paramètres sont les mêmes. 5. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le second dispositif de commande est relié fonctionnellement au premier dispositif de commande qui peut être actionné par le second dispositif de commande. 6. Procédé de protection d'un moteur électrique connecté à une source d'alimentation en énergie électrique par l'intermédiaire d'un dispositif coupe-circuit commutable afin de déconnecter le moteur électrique de la source d'ali- mentation, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre des premier et second dispositifs de protection et à connecter le premier dispositif de protection afin qu'il détecte des paramètres électriques entre la source d'alimentation et le dispositif coupe-circuit, ces paramètres étant nuisibles au moteur, le second dispositif de protection étant connecté afin qu'il détecte des paramètres électriques entre le dispositif coupe-circuit et le moteur, ces paramètres étant nuisibles au moteur. 7. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif coupe-circuit commutable comprend au moins deux contacts électriques et un élément destiné à déplacer les contacts électriques entre des positions d'ouverture et de fermeture de circuits. 8. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte un circuit (67) de temporisation et un élément destiné à retarder l'effet du second dispositif de commande sur l'ouverture du dispositif coupe-circuit, pendant une durée prédéterminée. 9. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la source d'alimentation en énergie électrique comprend une source de courant alternatif polyphasé (1, 2, 3), le moteur électrique (54) étant un moteur polyphasé. 10. Appareil de protection d'un moteur électri- que pouvant être relié fonctionnellement à une source d'alimentation en énergie électrique comportant plus de deux conducteurs par l'intermédiaire d'un dispositif coupe- circuit commutable, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit de protection comprenant un premier dispositif destiné à détecter des paramètres électriques à la connexion entre le dispositif coupe-circuit et le moteur (54), et un dispositif de commande qui agit sur le dispositif coupe-circuit afin qu'il ouvre la connexion entre la source d'alimentation en énergie électrique et le moteur, le dispositif de commande pouvant être actionné lors de la détection, par ledit dispositif de détection, de paramètres électriques nuisibles au moteur, le dispositif de détection étant alimenté par plus de deux conducteurs provenant de la source d'alimentation, et comprenant un élément de détection destiné à ouvrir le dispositif coupe-circuit lors d'une diminution sensible de la puissance sur l'un des conducteurs d'alimentation. 11. Appareil selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il comporte un second circuit de protection comprenant un second dispositif destiné à détecter des paramètres électriques présentés par la source d'alimenta- tion et nuisibles au moteur électrique, un second dispositif de commande qui agit sur le dispositif coupe-circuit afin de le faire commuter vers une position d'ouverture à laquelle il déconnecte le moteur de la source d'alimentation, le second dispositif de commande pouvant être actionné lors de la détection, par le second dispositif de détection, des paramètres électriques nuisibles au moteur, le premier dispositif de commande étant relié de manière fonctionnelle au dispositif coupe-circuit par l'intermédiaire du second circuit de protection et agissant sur le dispositif coupe- circuit de manière à déconnecter le moteur de la source d'alimentation par l'intermédiaire d'une action du dispositif de commande. 12. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la charge peut être une charge monophasée ou polyphasée, réactive ou résistive et autre qu'un moteur, cette charge nécessitant une certaine partie ou la totalité de la protection offerte par l'appareil.