Brevet FR2478399A1 — publié le 19810918

1. La présente invention concerne un système de com- mande pour moteurs en courant alternatif à induction et, plus particulièrement,un système de commande permettant de reconnecter les enroulements primaires d'un moteur en cou- rant alternatif à induction pour les monter en étoile lorsque la charge est faible, de façon à économiser l'énergie. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2.106.833 au nom de W. F. Eames du ler février 1938, on dé- crit un moteur et un système de commande permettant le fonc- tionnement d'un escalier mobile par connexion en étoile des enroulements primaires du moteur lorsque la vitesse est peti- te, et par changement du montage des enroulements primaires pour les faire passer d'un montage étoile à un montage trian- gle dans le cas o la vitesse est élevée, au moment o cela est imposé pour le transport de personnes. Un dispositif sen- sible à la lumière est utilisé qui permet de détecter la pré- sence de personnes et de commander l'escalier pour qu'il fonctionne à petite et grande vitesse. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2.709.775 au nom de A. Del Carlo du 31 mai 1955,on décrit un système de régulation automatique pour machines électri- ques dans lequel les enroulements du moteur passent d'un mon- tage en triangle à un montage en étoile dans le cas seule- ment o les variations de la charge se maintiennent pendant 2. une certaine durée. L'opération de commutation se fait en réponse à l'intensité du courant fourni au moteur, laquelle correspond à des conditions prédéterminées de charge. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.764.872 au nom de W. K. Boice du 9 octobre 1973, on décrit un dispositif permettant d'amortir les oscillations de vites- se d'un moteur dans un système d'entraînement par moteur al- ternatif à vitesse réglable qui comprend un détecteur de courant fournissant un signal en phase qui varie en fonc- tion des variations de la vitesse du moteur. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.863.741 au nom de Y. Mitsuishi du 4 février 1975, on dé- crit un système de commande permettant l'enroulement et le déroulement d'une bobine d'un câble d'alimentation d'une ma- chine de terrassement alimentée électriquement qui comprend un moteur couple triphasé à induction entraînant mécanique- ment la bobine. Le moteur couple est connecté sélectivement à une source électrique par un montage en étoile lorsque la machine se déplace vers l'avant et par un montage en trian- gle lorsqu'elle recule. Un levier sert à changer la direc- tion de déplacement de la machine, levier qui est relié à la boîte de vitesse. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.084.406 au nom de D. A. Brenneman du 18 avril 1978, on dé- crit un démarreur à semi-conducteur pour moteur de compres- seur de refroidissement qui comprend un circuit détecteur de courant de moteur commandant un banc de redresseurs au silicium commandés pour acheminer le courant au moteur afin d'en permettre le démarrage et le fonctionnement. Dans des applications diverses de machines telles que des turbocompresseurs centrifuges entraînés par des moteurs alternatifs à induction, le fonctionnement des mo- teurs est soumis à des conditions de charge très variables. On sait que des moteurs de ce genre peuvent fonctionner avec un rendement et un facteur de puissance élevés dans des conditions de pleine charge, mais lorsque les moteurs fonc- tionnent à charge réduite ou à faible charge, le rendement 3. et le facteur de puissance diminuent sensiblement, ce qui provoque un gaspillage d'énergie. On a trouvé qu'on pou- vait améliorer sensiblement le rendement et le facteur de puissance en reconnectant en étoile les enroulements primai- res de ces moteurs pour couplage à la source électrique en réponse à une chute de la charge du moteur au-dessous d'un niveau prédéterminé. En conséquence, la présente invention a pour ob- jet général de prévoir un système de commande perfectionné pour la reconnexion en étoile des enroulements primaires d'un moteur électrique lorsque la charge est faible de fa- çon à réaliser des économies d'énergie. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système de commande permettant de reconnecter en étoile les enroulements primaires d'un moteur électrique pour couplage à la source électrique en réponse à la chute de la charge du moteur au-dessous d'un niveau prédéterminé. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système de commande permettant la reconnexion en étoile des enroulements primaires d'un moteur électrique qui comprend un circuit comparateur différentiel pour produire un signal d'actionnement destiné à faire fonctionner un dis- positif de commutation permettant d'établir alternativement et sélectivement une première connexion et une seconde con- nexion entre un moteur électrique et une source électrique. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système de commande pour la reconnexion en étoi- le des enroulements primaires d'un moteur électrique qui com- prend un démarreur étoile-triangle pour connecter le moteur à une source d'énergie électrique. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système de commande qui comprend un dispositif de commutation, un transducteur de puissance, et un circuit comparateur différentiel, branchés de façon à reconnecter en étoile les enroulements primaires d'un moteur électrique pour couplage avec la source électrique en réponse à la puissance fournie au moteur lorsque sa charge chute au- 4. dessous d'un niveau prédéterminé. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système de commande qui soit d'une construction relativement simple et d'une fabrication facile. Selon la présente invention, on prévoit un sys- tème de commande permettant de reconnecter en étoile les en- roulements primaires d'un moteur électrique pour couplage à une source électrique,qui comprend un dispositif de commu- tation étoile-triangle, un transducteur de puissance, et un circuit comparateur différentiel. Le dispositif de commuta- tion est interconnecté entre une source d'énergie électri- que et le moteur électrique. Un transducteur de puissance produit un signal de commande proportionnel à la puissance appliquée au moteur électrique. Le circuit comparateur différentiel comprend un amplificateur opérationnel qui répond au signal de commande et à ur signal de référence réglable pour générer un signal d'actionnement qui provoque le fonctionnement du dispositif de commutation de façon à établir alternativement et sélectivement une première posi- tion et une seconde position entre le moteur électrique et la source d'énergie électrique. Normalement, lors du fonctionnement en pleine char- ge, le dispositif de commutation se trouve dans la seconde position et connecte le moteur électrique à la source d'énergie électrique suivant un montage en triangle. Lorsque la puissance appliquée à la charge du moteur décroît au- dessous d'un niveau prédéterminé, le dispositif de commuta- tion est actionné par le signal d'actionnement de façon à reconnecter le dispositif de commutation dans sa première position et à connecter en étoile le moteur électrique à la source d'énergie. La présente invention sera bien comprise lors de la description faite en liaison avec le dessin ci-joint dans lequel la figure représente un schéma sous forme de blocs d'un système de commande selon la présente invention, permet- tant de reconnecter en étoile les enroulements primaires d'un moteur électrique pour le couplage à une source d'énergie 5. électrique. En liaison avec la figure, on a représenté un système de commande 10 selon la présente invention. Le système de commande comprend un dispositif de commutation 12 tel qu'un démarreur étoile-triangle connecté entre une source triphasée d'énergie électrique et un circuit de char- ge constitué d'un moteur triphasé à induction 14. La sour- ce d'énergie électrique peut être connectée à des bornes d'entrée 16 et 18 et 20 du dispositif de commutation 12 par l'intermédiaire de lignes polyphasées Ll, L2 et L3. Des bornes de sortie 22, 24 et 26 du dispositif de commutation sont reliées à des lignes polyphasées respectives 28, 30 et 32. Des bornes 14a, 14b et 14c sont reliées chacune à une extrémité des enroulements primaires respectifs du moteur 14 ainsi qu'aux lignes polyphasées respectives 28, 30 et 32. Des conducteurs 34, 36 et 38 sont connectés entre des bornes de sortie respectives 40, 42 et 44 du dispositif de commutation et des bornes respectives l4d, 14e et 14f du moteur 14. Les bornes 14d, 14e et 14f sont également reliées aux autres extrémités des enroulements primaires du moteur 14. Le système de commande comprend un moyen de dé- tection de puissance, qui incorpore un transducteur de puis- sance 46, une boîte en étoile 48, et un transformateur de courant 50. Pour détecter la tension entre phase et neutre appliquée au moteur 14, la boîte 48 est utilisée pour four- nir un point pseudo-neutre en ayant son entrée connectée, par l'intermédiaire des lignes 52 et 54,aux lignes polypha- sées 30 et 28, respectivement. Pour mesurer le courant absor- bé par le moteur 14, le transformateur de courant est dis- posé autour de la ligne polyphasée 32. Le transducteur de puissance 46 a ses bornes d'entrée de courant connectées au transformateur de courant 50 par l'intermédiaire de conduc- teurs 56 et 58. Les bornes d'entrée de tension du transduc- teur 46 sont connectées à la sortie de la boîte 48 par une ligne 60 et à la ligne polyphasée 32 par un conducteur 62. Un signal de commande est produit à la sortie du transducteur 6. 46 sur un conducteur 64 qui est directement proportionnel à la puissance appliquée au moteur à induction 14. Le circuit comparateur différentiel est constitué d'un amplificateur opérationnel 66 et d'un relais tripolaire s à deux directions 68 qui est connecté à la sortie de l'ampli- ficateur 66 par une ligne 70. L'amplificateur 66 a sa borne d'entrée d'inversion connectée à une tension en courant con- tinu positive par l'intermédiaire d'un potentiomètre 72 de façon à donner un niveau réglable ou signal de référence. L'entrée de non inversion de l'amplificateur 66 est couplée à une résistance fixe 74 et à un potentiomètre 76. L'autre extrémité de la résistance 74 est connectée à la sortie du transducteur 46 par l'intermédiaire de la ligne 64. L'au- tre extrémité du potentiomètre 76 est connectée à la sortie de l'ampl2ficateur opérationnel 66. Le relais 68 comporte trois contacts normalement ouverts (non représentés) qui sont disposés de manière classique de façon à permettre le fonc- tionnement du dispositif de commutation 12. Le transducteur de puissance 46 est de préféren- ce du type fabriqué et vendu par la société dite Ohio Semi- tronics, Inc. sous le numéro de modèle PC5-36D. La boite 48 est formée en interconnectant de manière appropriée des ré- sistances aux bornes de tension du transducteur 46 de façon à obtenir un réseau en étoile avec un point pseudo-neutre. Le démarreur étoile-triangle 12 peut être du type classique rencontré dans le commerce, le courant spécifique nominal des contacts de ce démarreur étant sélectionné de façon à être approprié à la charge du moteur. Initialement, on suppose que la puissance électri- que est appliquée aux lignes polyphasées Ll, L2 et L3 et que le moteur à induction 14 fonctionne à charge réduite ou faible charge. Ainsi, la tension de commande appliquée à la ligne 64 qui est directement proportionnelle à la puissance appli- quée au moteur sera inférieure au signal de référence régla- ble appliqué à l'entrée d'inversion de l'amplificateur opé- rationnel 66. Typiquement, ce signal de seuil au signal de ré- férence est réglé à une valeur présélectionnée égale à envi- 7. ron 40 % de la pleine charge. Dans ce cas, la sortie de l'amplificateur 66 sur la ligne 70 aura une faible tension, maintenant le relais 68 à l'état désexcité. Cela provoque la connexion par le dispositif de commutation de la source d'énergie électrique aux enroulements primaires du moteur 14 suivant un montage en étoile. Lors d'une augmentation du signal de commande de la ligne 64 due à une augmentation de la puissance appliquée à la charge, la sortie de l'amplificateur 66 passera à une valeur de tension élevée dès que le signal de commande dépas- sera le signal de référence établi par le potentiomètre 72. La haute tension de la ligne 70 provoquera l'excitation du relais 68 et celui-ci fermera ses trois contacts normale- ment ouverts (non représentés). Cela provoquera une commuta- tion sélective et alternative du dispositif de commutation avec passage d'un montage en étoile en montage en triangle, de sorte que le moteur pourra fonctionner à pleine charge. Dès que la puissance appliquée à la charge du moteur décroî- tra au-dessous d'une valeur prédéterminée, le relais se dé- sexcitera de nouveau et le dispositif de commutation revien- dra automatiquement en arrière pour reconnecter en étoile les enroulements primaires du moteur pour couplage à la source d'énergie électrique. Le potentiomètre 76 monté dans le circuit de réaction de l'amplificateur 66 définissant un réglage d'hystérésis est utilisé de façon à régler le ni- veau prédéterminé. En général, la reconnexion est effectuée lorsque la puissance chute à 30 % de la puissance en pleine charge, ce qui évite une commutation rapide dans un sens et dans l'autre entre les montages en étoile et en triangle due à de fausses fluctuations ou oscillations de la charge. D'après la description détaillée précédente, on peut voir que la présente invention prévoit un système de commande perfectionné comprenant un transducteur de puis- sance pour détecter la puissance appliquée à la charge d'un moteur de façon à provoquer la reconnexion en étoile des enroulements primaires du moteur électrique en cas de faible charge et réaliser des économies d'énergie. D'autre part,le 8. système de commande comprend un circuit comparateur différen- tiel pour produire unsignal d'actionnement qui provoque le fonctionnement d'un dispositif de commutation destiné à éta- blir alternativement et sélectivement un montage en étoile et un montage en triangle entre le moteur à induction et la source d'énergie électrique. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Système de commande pour la reconnexion en étoile des enroulements primaires d'un moteur alternatif à induction pour couplage à une source d'énergie électrique triphasée, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de commutation (12) interconnecté fonctionnellement entre le moteur à induction et la source d'énergie électrique; - un moyen de détection de puissance (46) pour produire un signal de commande directement proportionnel à la puissance appliquée au moteur à induction; et - un moyen de comparateur différentiel (66) ré- pondant au signal de commande et à un signal de référence réglable pour produire un signal d'actionnement qui provo- que le fonctionnement du moyen de commutation afin d'établir alternativement et sélectivement une première connexion et une seconde connexion entre le moteur à.induction et la sour- ce d'énergie électrique. 2 - Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première connexion est une con- nexion en étoile qui est établie lorsque le signal d'action- nement se trouve au-dessous d'un premier niveau prédétermi- né et en ce que la seconde connexion est une connexion en triangle qui est établie lorsque le signal d'actionnement est au-dessus d'un second niveau prédéterminé. 3 - Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation comprend un démarreur étoile-triangle. 4 - Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection de puissance comprend un transducteur de puissance (46) ayant son entrée couplée à la sortie d'une boîte en étoile (48) pour détec- ter la tension et à la sortie d'un transformateur de cou- rant (50) pour détecter le courant, le transducteur ayant une sortie (64) à laquelle le signal de commande est pro- duit. - Système de commande selon la revendication 10. 4, caractérisé en ce que le moyen de comparateur différentiel comprend un amplificateur opérationnel (66) ayant présent à sa borne d'entrée d'inversion le signal de référence régla- ble (72) et à sa borne d'entrée de non inversion le signal de commande (64), et un relais (68) couplé à la borne de l'amplificateur opérationnel sur laquelle est produit le si- gnal d'actionnement. 6 - Système de commande selon la revendication , caractérisé en ce que l'amplificateur opérationnel (66) comprend un potentiomètre de réaction (76) connecté entre sa sortie et son entrée de non inversion pour définir un ré- glage d'hystérésis, évitant une commutation par le signal d'actionnement due à de fausses fluctuations des conditions de charge.