Brevet FR2474698A1 — publié le 19810731

La présente invention se rapporte à un indicateur de charge pour moteurs à courant alternatif. On connaît déjà de tels indicateurs qui basent leur dé- termination de charge sur le courant de moteur, la puissance de moteur ou la différence de phases entre le voltage de mo- teur et le courant de moteur. Chacun de ces types présente des inconvénients dus, par exemple, à une faible sensibilité à certaines charges ou à une dépendance de voltage. Le but de la présente invention est de fournir un indi- cateur de charge qui base au premier lieu sa détermination de charge sur la puissance apportée au moteur mais qui, en ce qui concerne cette détermination, réduit sensiblement la pos- sibilité d'erreurs constituée par les variations de la puis- sance apportée, avec des variations dans le voltage imposé au moteur. Selon l'invention ce but est réalisé en ce que l'indi- cateur de charge possède une ou plus des caractéristiques suivantes. Selon une première caractéristique de l'invention l'indi- cateur de charge,qui comporte un détecteur de courant pour produire un signal représentant le courant de moteur et un détecteur de voltage pour produire un signal représentant le voltage de moteur, est caractérisé par un circuit multiplica- teur pour multiplication des signaux représentant le courant de moteur et le voltage de moteur pour produire un signal re- présentant une puissance fournie, un circuit pour produire un signal représentant la valeur absolue du courant de moteur, un circuit de différence pour former un signal qui représente la différence entre le signal représentant la puissance four- nie et le signal représentant la valeur absolue du courant de moteur, et un circuit pour choisir les grandeurs relatives des signaux d'entrée du circuit de différence en fonction du moteur à courant alternatif connecté. Selon une deuxième caractéristique l'indicateur de charge est caractérisé en ce que le signal représentant le circuit pour produire la valeur absolue du courant de moteur, comprend un redresseur connecté au détecteur de courant pour produire 2 2474698 un signal représentant le courant de moteur. Selon une troisième caractéristique l'indicateur de charge est caractérisé en ce que le redresseur est un redres- seur de demi-ondes. Selon une quatrième caractéristique l'indicateur de charge est caractérisé en ce que le circuit pour le choix des grandeurs relatives des signaux d'entrée du circuit de différence comporte un diviseur de voltage, connecté à la sortie du redresseur, pour réglage de la valeur d'une con- stante k dans le signal P-k|II, formé par le circuit de différence, o P est le signal de sortie du détecteur de cou- rant. Selon une cinquième caractéristique l'indicateur de char- ge est caractérisé par un circuit détecteur pour détecter is quand la valeur moyenne du signal de différence est supérieure ou inférieure aux niveaux pré-réglés correspondant aux charges maximum respectivement minimum prédéterminées. L'invention utilise donc le fait déjà découvert que la charge de moteur est sensiblement proportionnelle à la diffé- rence entre la puissance P fournie au moteur et une magnitude kIlI, o I est le cournat de moteur et k une constante déter- minable par voie empirique. Par cette correction de la puis- sance on obtient donc une mesure de la charge du moteur dans les limites de la capacité de charge normale du moteur, me- sure qui est sensiblement indépendante des variations de vol- tage se présentant normalement sur le réseau de distribution. Plus précisément, ladite mesure est applicable à des varia- tions de voltage de -15% à +10% et jusqu'à 2 à 3 fois la charge normale. Un détecteur de charge utilisant l'invention sera dé- crit plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 est un schéma bloc montrant le détecteur de charge; -. Les figures 2A et 2B constituent un schéma circuit montrant la forme préférée de réalisation du détecteur de charge; - Les figures 3A-3D montrent quelques formes des cour- bes des signaux dans quelques points dans le circuit selon la figure 2A. Le détecteur de charge illustré schématiquement sur la figure 1 comprend des détecteurs de voltage et de courant 1 et 2 qui émettent des signaux représentant le voltage res- pectivement le côurant d'un moteur à courant alternatif (non montré). Ces signaux sont apportés à un circuit multi- plicateur 3 pour produire un signal représentant la puissan- ce fournie au moteur. Un circuit de différence 4 forme la différence entre le signal qui représente la puissance four- nie et un signal qui est proportionnel à la valeur absolue du courant de moteur et, avec une constante de proportion- nalité variable, est produit au moyen d'un redresseur 5. Le signal de sortie du circuit de différence est lissé dans un filtre 6 et est apporté à deux détecteurs de niveau 7 et 8 dont le niveau d'ajustement est réglable au moyen de cir- cuits de réglage séparés 9 et 10. Les détecteurs de niveau 7 et 8 sont connectés chacun à une unité de retard 11 res- pectivement 12 avec un circuit de réglage commun 13 pour la grandeur du retard. Les unités de retard 11 et 12 sont con- nectées chacune à une commande à relais 14 respectivement agissant sur un relais de charge maximum respectivement un relais de charge minimum (non montrés). Le détecteur de courant de moteur 2 émet, via un détecteur de courant 16, un signal à deux intégrateurs 17 et 18 à constantes d'inté- gration différentes, dont les sorties sont connectées à une porte OU exclusive 19 dont la sortie est connectée aux com- mandes à relais 14 et 15 pour rendre ces dernières inactives pendant une période de temps lors de la mise en marche du moteur. La forme préférée de réalisation du détecteur de charge, montré schématiquement sur la figure 1, est illustrée sur les figures 2A-B. Ainsi qu'il ressort de ces figures le dé- tecteur de voltage 1 est constitué par un réseau de circuit de résistances par l'intermédiaire duquel un signal (voir fig. 3A) représentant le voltage de moteur est apporté au circuit multiplicateur 3 ayant la forme d'un circuit inté- gré du type ICL8013CCTC. Le détecteur de courant 2 a la forme d'un transformateur de courant dont l'enroulement se- condaire dans la figure 2A est montré connecté sur les en- trées d'un amplificateur Fl en parallèle avec un réseau de ré- sistances pour l'ajustement du niveau de signal d'entrée à l'amplificateur Fi. La sortie de l'amplificateur Fi est connectée à une entrée dans le circuit multiplicateur 3 dont la sortie est connectée à une entrée dans un amplifica- teur F2 dont la sortie est connectée, via un circuit de lis- sage 6 constitué par des résistances et des condensateurs, à une entrée dans un amplificateur tampon F3. A la sortie de l'amplificateur Fi est connecté un des raccords d'un redres- seur 5, en forme d'une diode. L'autre raccord de la diode est connecté à un potentiomètre Pi à partir de la prise mo- bile duquel un signal proportionnel au courant de moteur est apporté à l'entrée de l'amplificateur F2 toutes les deux demi-périodes. Ainsi, pendant toutes les deux demi-périodes le signal (montré sur la figure 3D) sur la sortie de l'ampli- ficateur F2 est proportionnel à la différence P-k|I et autre- ment proportionnel à P. La sortie de l'amplificateur F3 est connectée à deux détecteurs de niveau 7 et 8 sous forme d'un amplificateur opérationnel, le niveau d'ajustement des détec- teurs étant réglable au moyen de réseaux de résistance sépa- rés 9 et 10. Les sorties des détecteurs de niveau 7 et 8 sont connectées chacune à l'entrée d'un intégrateur 11 respective- ment 12, constitué par un amplificateur opérationnel. Les sorties des intégrateurs 11 et 1-2 sont connectées chacune à une porte OU exclusive Gi et G2 dont les sorties sont connec- tées chacune à un relais RA respectivement RB avec un con- tact de changement. Le voltage développé dans l'enroulement secondaire du transformateur de.courant 2 est amplifié par un amplificateur opérationnel F4 fortement surmodulé qui émet ainsi un signal avec un de deux niveaux selon que le moteur est alimenté ou non en courant. Ce signal est fourni, via une diode Dl, à un premier condensateur.Cl pour charger celui-ci. En série avec une résistance réglable Rl un deux- ième condensateur C2 est connecté en parallèle avec le premier condensateur. Les voltages sur -les deux condensateurs Cl et C2 sont imprimés à une porte OU exclusive G3 dont le signal de sortie commande un transistor Q dont le trajet collecteur- émetteur est connecté entre terre de circuit et deux diodes D2 et D3 connectées respectivement à une des sorties des in- t6grateurs 11 et 12. Aux autres entrées des portes OU exclu- sives Gl et G2 commandant les relais RA et RB il peut alter- nativement être imprimé un potentiel zéro ou un potentiel positif par renversement d'un interrupteur S. Le mode de travail du détecteur de charge décrit ci- dessus est en principe comme suit. L'enroulement secondaire du transformateur de courant 2 apporte au circuit multipli- cateur 3 un signal (voir fig. 3B) représentant le courant de moteur. Le réseau de circuit 1, formé par des résistan- ces, apporte au circuit multiplicateur 3 un signal (voir fig. 3A) représentant le voltage de moteur. Le circuit multiplica- teur 3 émet à l'amplificateur F2 un signal (voir fig. 3C) re- présentant la puissance apportée au moteur, et l'amplifica- teur F2 émet sur sa sortie un signal (voir fig. 3D) repré- sentant la différence entre la puissance apportée au moteur et une magnitude qui est zéro pendant toutes les deux demi- périodes du courant de moteur et autrement proportionnelle à la valeur absolue du courant de moteur. Par le filtre de lissage 6 entre les amplificateurs F2 et F3 on obtient un signal de courant continu sur la sortie de l'amplificateur F3. Le niveau de ce signal est sensiblement proportionnel à l1, grandeur de la charge de moteur et est comparé par les détecteurs de niveau 7 et 8 aux niveaux maximum et minimum réglés de la grandeur de la charge de moteur. Tant que le niveau de signal sur la sortie de l'amplificateur F3 se trouve entre les niveaux maximum et minimum réglés, le vol- tage sur les sorties des intégrateurs 11 et 12 sera de -15V et aucun changement n'aura lieu en ce qui concerne l'état des relais RA et RB. Quand le niveau de signal sur la sortie de l'amplificateur P3 excède le niveau de charge maximum réglé, la sortie du détecteur de niveau supérieur 7 changera d'un potentiel positif à un potentiel négatif, et l'intégra- teur suivant 11 commence une intégration pendant laquelle le potentiel sur la sortie de l'intégrateur augmente de -15V à +7,5V, ce dernier potentiel constituant le point de ren- versement de la porte OU exclusive suivante Gl. Une opéra- tion correspondante aura lieu quand le niveau du signal de sortie de l'amplificateur F3 descend au-dessous d'un niveau de charge minimum préréglé. Au moyen d'un potentiomètre P2, commun aux deux intégrateurs 11 et 12 et dont la prise mobile est connectée, via des résistances R2 et R3, à l'entrée res- pective des intégrateurs 11 et 12, on peut exercer une in-7 fluence sur la constante de temps d'intégration, par exemple dans l'intervalle de 50 ms jusqu'à 4 s. Au moyen des circuits de temps connectés à la sortie de l'amplificateur F4 et qui ont des constantes de temps diffé- rentes, le détecteur de charge est empêché d'agir pendant une période courte après la mise en marche du moteur; ceci pour empêcher un déclenchement non désiré du détecteur de charge. En connectant une diode D4 de la manière montrée sur la ré- sistance R1, on empêche le détecteur de charge d'agir aussi quand le moteur est mis hors d'action. Plusieurs modifications de la forme d'exécution montrée sur les figures 2A et 2B peuvent se faire dans le cadre de l'invention. On pourrait, par exempleutiliser un redresseur d'ondes pleines au lieu de la diode 5 à redresseur de demi- ondes. Par rapport à la forme d'exécution selon les figures 2A et 2B, la valeur de k sera la moitié en cecas puisque main- tenant le signal représentant la valeur absolue du courant n'est pas zéro toutes les deux demi-périodes. Grâce à l'invention on obtient ainsi un détecteur de charge pour moteurs à courant alternatif, ce détecteur com- prenant l'indicateur de charge inventif qui est presque tout indépendant des variations du voltage de moteur à condition que la constante de proportionnalité est choisie d'une façon appropriée. La détermination de la valeur pour la constante k, mentionnée ci-dessus, doit se faire par voie empirique. La valeur, qui se trouve normalement dans l'intervalle 0-5, dépend en premier lieu de la grandeur du moteur et en second lieu du type de moteur. L'indicateur de charge réalisé par l'invention peut être généralement utilisé pour commander ou agir sur le processus en fonction de la charge d'un moteur à courant alternatif. Ainsi, le signal reçu du filtre 6 peut être transforme en un signal de sortie analogue, par exemple dans l'intervalle 0-20 mA. D'une façon générale, l'invention comprend les fonc- tions effectuées par les blocs 1-6 dans la figure 1 et les circuits correspondants dans la figure 2. - REVENDICATIONS - 1. Indicateur de charge pour moteurs à courant alterna- tif, comportant un détecteur de courant (2) pour produire un signal représentant le courant de moteur et un détecteur de voltage (1) pour produire un signal représentant le vol- tage de moteur, caractérisé par un circuit multiplicateur (3) pour multiplication des signaux représentant le courant de moteur et le voltage de moteur pour produire un signal représentant une puissance fournie, un circuit (5) pour pro- duire un signal représentant la valeur absolue du courant de moteur, un circuit de différence (4) pour former un sig- nal qui représente la différence entre le signal représen- tant la puissance fournie et le signal représentant la valeur absolue du courant de moteur, et un circuit (Pi) pour choisir les grandeurs relatives des signaux d'entrée du circuit de différence en fonction du moteur à courant alternatif con- necté. 2. Indicateur de charge selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le signal représentant le circuit (5) pour produire la valeur absolue du courant de moteur comprend un redresseur connecté au détecteur de courant (2) pour produire un signal représentant le courant de moteur. 3. Indicateur de charge selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le redresseur (5) est un redresseur de demi- ondes. 4. Indicateur de charge selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit (Pl) pour le choix des gran- deurs relatives des signaux d'entrée du circuit de différen- ce (4) comporte un diviseur de voltage (Pi) connecté à la sor- tie du redresseur (5) pour réglage de la valeur d'une con- stante k dans le signal P-ktII formé par le circuit de diffé- rence (4), o P est le signal de sortie du circuit multiplica- teur (3) et I est le signal de sortie du détecteur de courant (2). 5. Indicateur de charge selon l'une quelconque des reven- dications 1-4, caractérisé par un circuit détecteur (6, 7, 8) pour détecter quand la valeur moyenne du signal de différen- ce est supérieure ou inférieure aux niveaux pré-réglés correspondant aux charges maximum respectivement minimum prédéterminées.