Brevet FR2495855A1 — publié le 19820611

GRY/HAU/POL 1 2495855 MOTEUR ELECTRIQUE ASYNCHRONE, DISPOSITIF DE COMMANDE DE L'ALIMENTATION D'UN TEL MOTEUR ET CIRCULATEUR COMPORTANT UN TEL MOTEUR L'invention est -eAative à un moteur électrique asynchrone monophasé muni d'un bU binage auxiliaire de démarrage en série avec un condensateur, à un dispositif de commande de la vitesse d'un tel moteur et à un circulateur d'installation de chauffage central comprenant un moteur de ce type pour entraîner la pompe de commande de la circulation de l'eau. On sait que, pour un couple résistant de valeur déterminée, la vitesse d'un moteur asynchrone ne dépend que de la puissance fournie à ce moteur. C'est pourquoi on a déjà proposé de faire varier la vitesse par modification de la puissance d'alimentation de ce moteur, par exemple a l'aide d'un rhéostat en série avec le réseau alternatif. Mais au démarrage-ou lorsque le couple résistant augmente, entraînant ainsi un ralentissement du moteur-il est nécessaire de fournir de façon momEntanée une puissance plus importante. A cet effet, il est connu de faire intervenir un relais qui court-circuite le rhéostat de façon à fournir la puissance maximale au démarrage ou lorsque la vitesse du moteur est trop faible. aie relais est monté de façon à être sensible à l'intensité du courant traversant la phase auxiliaire constituée pa, le bobinage auxiliaire et le condensateur en série; en effet plus la vitesse du moteur s'approche de la vitesse de synchronisme plus l'inti usité du courant traversant cette phase est élevée. Mais le montage connu est tel que le relais consomme inutilement de l'énergi:? électrique et qt'il ne perme't pas une régulation satisfaisante de la vitesse. L'invention remédie à cet inconvénient. Elle est caractérisée en ce que le moteur étant alimenté en courant alternatif par l'intermédiaire d'une alimentation à décou- page, un moyen est prévu pour agir sur le temps de conduction de l'interrupteur électronique de cette alimentation en fonction de la tension aux bornes du condensateur ou de!a tension aux bornes du bobinage auxiliaire. L'énergie électrique fournie au moteur peut donc être juste celle nécessaire à son fonctionnement et il est possible d'obtenir une régulation satisfaisante et particulièrement économique de la vites- se du moteur. Dans un mcde de réalisation de l'invention, spécialement adapté à la commande de l'alimentation d'un moteur d'entraînement d'une pompe de circulation de l'eau d'une installation de chauffage central, le circuit de commande est tel que, lorsque la vitesse est au-dessous d'un seuil déterminé, des moyens sont prévus pour alimen ter le moteur à puissance maximale pendant un temps t pré- déterminé, par exemple de l'ordre de quelques secondes, et est ensuite alimenté à la puissance affichée. De cette manière le moteur est alimenté à puissance maximale au démarrage pendant le temps t. Si, lorsque le moteur tourne, la vitesse diminue, du fait de l'augmentation du couple résistant dO à l'entartrage de la pompe, le moteur e.t Je nouveau alimenté a puissance maximale pendant ce temps t. à' imentation a puissance raximale permet d'enlever le tartre qu ?rovoque i'augmentaJ:ion excessive du couple résistant. On obtient ai:esl un "dégommageI' autcnatique. D'au-,es caractéristous jede V'invention apparaîtront avec la c'cr;ipt. de ceranM de ses moedes de réalisation, celle-ci etan[ effectuée en!iaison. c les dessins cianne;es sur lesquels - 1--iure 1 est un schema d'un moteur, de son alimentation, et de son ccicuit de commande selon l'invention, et - le fa, ure 2 est une ariante de la figure 1. rDa.s les exemp!es 'es moteurs sont destinés à l'entraînement de pompes de circulation d'eau dans une installation de chauffage central. Le moteur (figure 1) comprend un enroulement statorique principal 1, alimenté en courant électrique monophasé par le secteur grâce à deux conducteurs 2 et 3. L'ensemble en série d'un enroulement auxiliaire 4 et d'un condensateur est disposé en permanence en parallèle sur l'enrou- lement, ou bobinage, principal 1. On sait en effet qu'un bobinage alimenté en courant alternatif monophasé crée deux champs magné- tiques tournants qui s'opposent et ne peuvent donc faire tourner le rotor lorsque celui-ci est à l'arrêt. C'est seulement lorsque le rotor commence à tourner que le champ s'excerçant sur ce rotor (non représenté) a un effet non nul. L'ensemble formé par le bobinage satorique auxiliaire 4 et le condensateur 5 vise, de façon -en soi connue, à permettre le démarrage du moteur asynchrone monophasé par création d'un champ tournant résultant non nul lorsque le rotor est à l'arrêt. Dans l'exemple de la figure 1, et comme déjà décrit dans le brevet français n0 80 15491 du 11 juillet 1980 pour "MOTEUR ELECTRIQUE ASYNCHRONE" au nom de la demanderesse, l'enrou- lement principal 1 est formé de deux demi-enroulements 6 et 7 entre lesquels est interposé un triac 8 formant l'interrupteur élec- tronique d'une alimentaion à découpage. Ainsi une borne du demi- enroulement 6 est connectée directement à la ligne 2, la borne opposée est reliée à une borne du demi-enroulement 7 par l'inter- médiaire du triac 8 et la borne opposée de ce demi-enroulement 7 est reliée au conducteur 3. Cette disposition à deux demi enrou- lements empêche la transmission vers le réseau des signaux parasi- tes provoqués par les changements d'état de conduction du triac. La gâchette 9 du triac est reliée à la borne commune 10 à une résistance variable Il et un condensateur 12 par l'intermédiaire d'un diac 13. L'ensemble en série de la résistance variable Il et du condensateur 12 est en parallèle sur le triac 8. La valeur de la résistance Il dépend de la vitesse désirée pour le moteur. On peut ainsi afficher une vitesse quelconque par le choix de la valeur de la résistance 11. Selon une disposition de l'invention en parallèle sur la résis- tance variable 11 est disposé l'ensemble en série d'une résistance 14, de valeur nettement inférieure à celle de la résistance 11, et d'un interrupteur commandé 15 tel qu'un relais. L'interrupteur 15 est fermé quand on désire alimenter le moteur à sa puissance maximale. A cet effet, la bobine 16 de ce relais est disposée dans un circuit 17 de commande de la vitesse. L'énergie nécessaire au fonctionnement du circuit 17 est obtenue par redressement du courant fourni par le secteur. A cet effet, l'anode d'une diode 18 est reliée au conducteur 2 tandis que la cathode de cette diode est connectée à la cathode d'une diode Zener 19 par l'intermédiaire d'une résistance 20 et l'anode de la diode Zener 19 est reliée au conducteur 3. Un condensateur de filtrage 35 est en parallèle sur la diode Zener 19. La vitesse du moteur est détectée par surveillance de la tension aux bornes du condensateur 5. Le circuit 17 comprend donc une résistance 21 reliée, d'un côté, au point commun 22 à l'enrou- lement 4 et au condensateur 5 et de l'autre côté à l'anode d'une diode 23 dont la cathode est connectée au conducteur 3 par l'intermédiaire d'un condensateur 24. L'ensemble en série d'une résistance 25 et d'un condensateur 26 est en parallèle sur le condensateur 24. En parallèle sur le condensateur 26 est disposée la résistance totale d'un potentiomètre 27 dont la prise ou curseur 28 est reliée à la base d'un transistor 29 de type NPN dont l'émetteur est relié au conducteur 3. Le collecteur du transistor 29 est connecté à la cathode de la diode Zener 19 par l'intermédiaire d'une résitance 30. Ce collecteur est également relié à l'anode d'une diode 31 dont la cathode est reliée à l'émetteur du transistor 29 par l'intermédiaire d'un condensateur 32 ainsi qu'à la base d'un autre transistor NPN 33 par l'intermédiaire d'une résistance 34. Une borne de la bobine 16 du relais est reliée à la cathode de la diode Zener 19 et son autre borne est connectée au collecteur du transistor 33 dont l'émetteur est relié au conducteur 3. Le fonctionnement est le suivant: Au démarrage du moteur le potentiel de la base du transistor 33 est supérieur au potentiel de son émetteur et ce transistor 33 est conducteur. Ainsi la bobine 16 du relais est alimentée en courant continu et l'interrupteur 15 est fermé. Le moteur est donc alimenté à la puissance maximale. Après le démarrage, le condensateur 5 se charge et cette charge est transmise aux condensateurs 24 et 26. La charge du condensateur 26 est retardée par la présence des résistances 21 et 25. Lorsque le condensateur 26 est chargé le potentiel du curseur 28 est supérieur au potentiel de l'émetteur du transistor 29 et celui-ci devient donc conduct ur. Dans ces conditions le potentiel du collec- teur de ce transistor 29 et celui de l'anode de la diode 31 est pratiquement égal au potentiel du conducteur 3 et ainsi le potentiel de la base du transistor 33 diminue. Pour cette raison ce dernier se bloque, éventuellement après decharge du condensateur 32 à travers la jonction base-émetteur du dit transistor 33. Il en résulte que la bobine 16 du relais n'est plus alimentée et l'interrupteur 15 s'ouvre. La puissance d'alimentation, et donc la vitesse est alors déterminée par la valeur de la résistance 11. Ainsi, au démar.aage, l'interrupteur 15 est fermé et le moteur est alimenté à puissance maximale et, après un temps t de l'ordre de quelques secondes, l'interrupteur 15 s'ouvre et la puissance d'alimen- tation correspond alors à celle nécessaire pour obtenir la vitesse désirée. Si la vitesse du moteur diminue- la tension aux bornes du condensateur 5 diminue. Il en résulte également une chute de la tension aux bornes du condensateur 26 et le blocage du transistor 29 ce qui permet, après la charge du condensateur 32, de ramener le transistor 33 à l'état 'Conducteur et ainsi de fermer l'interrupteur 15. Ainsi la puissante maximale sera fournie au moteur tant que sa vitesse de rotation sera insuffisante. Le seuil en dessous duquel doit tomber la vitesse de rotation du moteur pour que lui soit fourni sa puissance maximale d'alimen- tation est déterminé par la position du curseur 28 du potentiomètre 27. La temporisation, c'est-à-dire l'alimentation du moteur à sa puissance maximale pendant le temps t, de l'ordre de quelques secondes, empêche les déclenchements trop fréquents du relais 15 et assure donc un asservissement satisfaisant. A la place du relais 15 et de sa bobine de commande 16 on peut prévoir un dispositif optc6lectroriique. L'exemple de la figure 2 se distingue de celui décrit en relation avec la figure I par les dispositions suivantes: L'enroulement 1' est d'un seul tenant, l, triac 8' étant inter- posé entre unre borne de cet enroulement et le conducteur 3'. On ne prévoit pas de résistance et d'interrupteur en parallèle sur la résistance variable 11' mais, à la place, une connexion 50 entre l'émetteur du transistor 33' et la gâchette 9' du triac 8'. En outre, urie résistance 51 est disposée dans la connexion 50 et une résistance 52 se trouve entre l'émetteur du transistor 33' et le conducteur 3'. Le collecteur du transistor 33' est directement relié à la cathode de la diode Zener 19'. Le fonctionnement du circuit 17' est le même que celui du circuit 17. Le transistor 33' est conducteur lorsque la tension aux bornes du condensateur 5' est inférieure à un seuil déterminé; le potentiel de l'émetteur de ce;ransistor 33' est alors positif et ce potentiel 'r.:4tif est transmis 3 la gcette 9S du triac 8', ce qui a pour consê-;- _-Ce queL. -s.-cnJucteur en permanence. Bien entendu on oc:rc t l'o oir cns l'exemple de la figure 1 que l'enrrv_:rert pïr:- a it d'un.-uI tenant. le-tr ac etant br-r-né c-:; me danz le f e -;7' 2 entre une extrémité de la 2o phap. -.,.eet, d- *e- d:al_-n;-a'eon. L-- vr:at l. e-. iss: t aU:tiot lu moteur est asservie à sa vitess p:ar mes;. dede cette nfr à l'aide de la tension aux bornes du;-:-binage aux. iafre 4 au lieu de mesurer la tension aux borr:es du:o5Jensateur. 30... arian: e encore -:; vitesse est mesuree par interposition d'une résis-.a ce en srie avec le bobinage principal I; cependant cette dernière r6alisation est moins avantageuse que les deux précédentes. Un avantage particulier du choix, pour la mesure de la vitesse, de la tension aux bornes du condensateur 5 est que ses bornes sont en général aisément accessibles de l'extérieur. En variante encore l'asservissement est du type progressif et non par tout ou rien, un signal d'erreur étant fourni à la gâchette du triac (9 ou 9') pour que la vitesse soit exactement celle affichée quel que soit le couple résistant. A cet effet on prévoit un circuit intégré tel que celui de référence L 120 ou L 121 de la société SGS pour commander le temps de condction (ou angle d'allumage) du thyris- tor 8'. La vitesse affichée est alors une tension continue appliquée à l'entrée de ce circuit intégré et le signal d'erreur est obtenu par comparaison entre cette tension et celle apparaissant entre la prise 28' et le conducteur 3'. Les condensateurs 24 et 26 et les résistances 21 et 25 constituent alors un intégrateur évitant des variations brusques de la vitesse du moteur qui pourraient le rendre bruyant. 2495QZ57 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de la puissance d'alimentation d'un moteur électrique asynchrone monophasé muni d'un bobinage auxi- liaire (4) de démarrage en série avec un condensateur (5), carac- térisé en ce que l'alimentation étant du type à découpage, ii comprend un moyen pour faire varier le temps de conduction de l'interrupteur (8, 8') de cette alimentation en fonction de la tension aux bornes du condensateur ou de la tension aux bornes du bobinage auxiliaire (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen est monté pour que soit fournie la puissance maximale d'alimentation lorsque la vitesse tombe au-dessous d'un seuil déter- miné. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de temporisation (21, 23, 24, 25, 26, 32) pour que la puissance maximale soit fournie pendant une durée au moins égale à un temps t prédéterminé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée t est de l'ordre de quelques secondes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'interrupteur (8) étant un triac dont la gâchette (9) est reliée au point commun (10) à un condensateur (12) et à une résistance (11) par l'intermédiaire d'un diac (13), l'ensemble en série de ce condensateur (12) et de la résistance (11) étant en parallèle sur le triac, ledit moyen permet de faire varier la valeur de la résistance (11) pour faire varier la puissance d'alimentation. 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (14, 15) pour court-circuiter la résistance (11) lorsque la puissance maximale d'alimentation est demandée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de court-circuit comporte un interrupteur (15) tel qu'un relais. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (27, 28) pour faire varier ledit seuil de vitesse. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen comporte un circuit (17, 17') alimenté en courant continu par des moyens pour redresser et filtrer (18, 20, 19, 35) le courant alternatif alimentant le moteur. 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite résistance (11) est variable de façon à permettre l'affichage de plusieurs vitesses. 11. Moteur électrique monophasé, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Appareil-pour faire circuler l'eau dans les conduits d'une installation de chauffage central comprenant une pompe entraînée par un moteur asynchrone monophasé, caractérisé en ce qu'il com- porte un moteur selon 19 revendication 11.