Brevet FR2500234A1 — publié le 19820820

PROCEDE POUR DONNER A UN MOTEUR UNE VITESSE DE ROTATION EGALE A UNE FRACTION DETERMINEE DE SA VITESSE DE SYNCHRONISME. La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de donner à un moteur électrique une vitesse de rotation égale à une fraction déterminée de sa vitesse de synchronisme, et, de façon plus précise, une vitesse de rotation, en tours par minute, égale à une fraction déterminée de lZOf/P, formule dans laquelle f est la fréquence de la source d'alimentation du moteur et P le nombre de piles magnétiques du moteur. On sait que la vitesse de synchronisme des moteurs est égale à 120f/P. La vitesse maximale d'un moteur bipolaire est, par exemple, égale à 3600 tours/mn lorsque la fréquence de la source d'alimentation est égale à 60 Hz comme aux Etats Unis d'Amérique. De même, celle d'un moteur ayant 6 pales est égale à 1200 tours/mn dans les mimes conditions, et celle d'un moteur ayant 18 piles à 400 tours/mn. La présente invention offre l'avantage de ne pas nécessiter une multiplication du nombre de pales pour faire tourner un moteur à une vitesse égale à une fraction de la vitesse de synchronisme. En particulier, selon l'invention, on peut obtenir une vitesse de rotation très basse avec un petit nombre de pales là où, selon les procédés conventionnels, le nombre de piles nécessaires serait excessif. Ce résultat est atteint en apportant des modifications très importantes au circuit décrit dans le brevet américain 3.991.353 appartenent à la demanderesse. Selon l'invention, les basses vitesses sont obtenues sans augmentation du nombre de pôles, en découpant la tension d'alimentation en demi-alternances, chaque pSle étant ainsi alimenté à des moments choisis régulièrement décalés, à une fréquence inférieure à celle de la source d'alimentation. I1 en résulte que la source d'alimentation peut être utilisée à 1/100 puisqu'elle est continuellement connectée. Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, la source d'alimentation est monophasée et est découpée de manière à faire fonctionner le moteur, par exemple, à 1/3 de sa vitesse normale de synchronisme, avec un moteur fonctionnant comme un moteur triphasé. Ceci permet d'assurer son démarrage sans nécessiter l'utilisation des dispositifs auxiliaires habituels et, en outre, son changement de sens de rotation, comme on le montrera ci-aprs. La présente invention a donc pour objet un procédé et un dispositif permettant de donner à un moteur électrique une vitesse de rotation égale à une fraction déterminée de sa vitesse de synchronisme sans nécessiter une quelconque augmentation du nomde piles magnétiques du moteur. Elle a également pour objet un moteur de grande flexibilité, dépourvu de dispositif auxiliaire de démarrage et pouvant également fonctionner à basse ou à grande vitesse, notamment pour son application aux machines à laver. Selon l'invention, le procédé est prévu pour donner à un moteur électrique une vitesse de rotation égale à une fraction de sa vitesse de synchronisme, c'est à dire à une fraction de 120f/P, en tours/mn, formule dans laquelle f est la fréquence de la source d'alimentation et P le nombre pair de pales magnétiques du moteur.Selon ce procédé, on applique une tension alternative aux bornes géométriquement espacées d'une pluralité de pôles magnétiques, on alimente chaque pble au moyen d'une demi-alternance complète de la tension d'alimentation toutes les n demi-alternances, n étant égal au dénominateur de la fraction choisie de 120f/P pour la vitesse du moteur, on découpe la tension d'alimentation de manière à n'appliquer aux bornes que la demi-elternanco choisie, chaque demi-alternance devant être rogulièrement décalée dans le temps par rapport aux autres, et on commande la fréquence du découpage de telle manière que chacun des polos magnétiques soit alimenté à des instants dif férente de tout autre pdls au moyen des demi-alternanceschoi- sise de façon à engendrer un champ d'excitation tournant déter- minant une vitesse de rotation du moteur égale à une fraction de 120f/P. Selon l'invention, le moteur électrique a une vitesse de rotation égale à une fraction de se vitesse de synchronisme, c'està-dire à une fraction de 120 f/P en tours/mn, formule dans laquelle f est la fréquence de la source d'alimentation et P le nombre pair de pilas magnétiques.Il comprend en combinaison: - trois enroulements (A, B & C) géométriquement espacés détermi nant les piles magnétiques, reliés chacun en série à un inter rupteur (e, b, c) permettant de commander l'alimentation de l'enroulement correspondant, - des moyens (D) pour délivrer une impulsion lors de chaque pas sage par zéro de la tension de la source d'alimentation, - des moyens (RC) pour appliquer à chaque enroulement une demi alternance complète de la tension d'alimentation parmi n demi alternances successives en réponse à l'impulsion, n étant égal au dénominateur de la fraction choisie de 12Uf/P, les demi alternances appliquées a' chaque enroulement etant régulièrement décalées dans le temps par rapport Q celle appliquées aux autres enroulements, et - des moyens pour commander les interrupteurs d manière à ali menter les enroulements à des moments différents au moyen des demi-alternances pour engendrer un champ '41 excitation tournant tel que la vitesse de rotation du moteur soit égale à une frac tion de 120f/P en tours/mn. L'invention sera mieux comprise et autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparatront plus clairement à la lecture de la description qui suit a' laquelle deux planches de dessins sont annexées. La Figure 1 représente schématiquement le procédé préféré se lon l'inventiont et La Figure 2 illustra le décalage des diffCrents courants Hans le schéma de la figure 1. En référence maintenant à la figure 1, le moteur représenté comprend trois enroulements A, B & C géométriquement espacés, déterminant six piles magnétiques, connectes an Y. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à l'exemple re- présenté et le moteur peut comporter des enroulements connectés différemment et un autre nombre pair de piles magnétiques. Les enroulements sont connectés å une source d'alimentation alternative AC, ici une source monophasée ayant un neutre auquel est relié le point neutre P' des enroulements. Des interrupteurs, par exemple des triacs a, b, sont respec tivement disposés entre les bornes des pales internes des enrou lements et le point neutre P'. Ces triacs sont commandés à partir des trois conducteurs III, IV & V de sortie du compteur RC à l'entrée duquel est appliqué le signal de sortie II d'un détecteur D de zéro qui délivre une impulsion à chaque fois que la tension I de la source d'alimentation alternative passe par zéro. Comme représenté figure 2, la tension I de la source d'alimentation est une tension alternative monophasée de forme sinusoidale composée d'une succession de demi-alternances de polarités opposées et numérotées de 1 à 9 dans l'espace de temps représenté. Le détecteur de zéro n engendre un signal II composé d'une impulsion à chaque passage par zéro de la tension I. Un tel détecteur de zéro est, par exemple, décrit dans la revue "Electronic Design" datée du 27 septembre 1975, page 104, meis d'autres circuits ayant la même fonction connue-peuvent autre avantageusement utilisés. Les signaux de sortie III, IV, V du compteur RC sont respectivement appliqués à la gâchette des triacs a, b et c. Un tel compteur RC a, par exemple, été décrit dans "Signetics Cor." 9/69 Applications (Memo, 7-4), mais d'autres circuits ayant la même fonction peuvent être avantageusement utilisés. De ce fait, les enroulements A, B & C sont alimentés par des demi-alternances déterminées 1, 4, 7 etc..., 2, 5, 8 etc... et 3, 6, 9 etc..., les triacs a, b, et c permettant cette alimentation de façon décalée. Dans le cas représenté, les demi-alternances complètes pour les pales magnétiques de chaque enroulement se produisent toutes les trois demi-alternances, les demi-alternances appliquées à chaque enroulement étant régulièrement décalés dans le temps, les unes par rapport aux autres. En commandant de façon appropriée les triacs a, b et c, les piles magnétiques sont tous alimentés à des instants différents de manière à engendrer un champ tournant tel que la vitesse du moteur soit égale au tiers de sa vitesse de synchronisme. Plus précisément, le détecteur D délivre une impulsion II à chaque passage par zéro de la tension d'alimentation I. Tous les trois passages, une impulsion III est appliquée à la gachette du triac a. De même les impulsions IV qui sont engendrées tous les trois passages par zéro mais qui sont décalées d'un passage supplémentaire, sont appliquées à la gachette du triac b de menière à alimenter l'enroulement B. De même les impulsions V, qui sont engendrées tous les trois passages par zéro de la tension d'alimentation mais qui sont décalés de deux passages par rapport aux premières impulsions III, sont appliquées à la g3chette du triac c de manière à alimenter l'enroulement C. D'une manière générale, la sélection d'uns demi-alternance complète s'effectue toutes les n demi-alternances, n étant égal au dénominateur de la fraction choisie 1 de la vitesse de synchronisme 120f/P. Dans 11 exemple représenté, n=3 et P=6. Le fonctionnement correspond donc à celui d'un moteur triphasé qui aurait, selon les techniques connues jusqu'à présent, 18 piles pour avoir la même vitesse de rotation. En outre, le moteur alimenté conformément à l'invention ne nécessite aucun dispositif auxiliaire de démarrage. D'autre part, il est aisé de changer le sens de rotation du moteur, par exemple en échangeant deux sorties du compteur RC comme représenté figure 1 au moyen du double inverseur S qui est de préférence réalisé au moyen d'interrupteurs électroniques. Un tel procédé d'alimentation trouve son application à la commande des moteurs de machines à laver ou d'autres dispositifs pour lesquels il est nécessaire de prévoir des inversions programmées du sens de rotation du moteur. De tels moteurs doivent en outre pouvoir fonctionner avec des vitesses de rotation alternativement basses et élevées. Ce résultat est obtenu aisément en déconnectant le dispositif décrit aux moments choisis et en faisant fonctionner le moteur de façon conventionnelle, comme indiqué en tirets sur la figure 1, au moyen du dispositif HS/de l'interrupteur de démarrage SS et du condensateur C. Sur la figure, ce mode de fonctionnement est commandé au moyen d'un triac d dont la gâchette est connectée à une bascule flip-flop FF commandant les gâchettes des triacs a, b et c comme représente schématiquement en tirets.Toutefois, le changement de mode de fonctionnement ne doit etre effectué que lorsque le moteur lent tourne dans le sens approprié et à sa vitesse nominale, lors d'un passage à zéro de la tension d'alimentation. De même, en mode de fonctionnement lent, la mise en service ou hors service du moteur doit être effectuée lors d'un passage par zéro de la tension d'alimentation. Dans ce but, une unité logique OOL est disposée entre le compteur RC et les triacs a, b, c. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit, ne sortirait pas du cadre de la présente invention. En particulier, la source d'alimentation peut être une source polyphasée. D'autre part, le passage du mode de fonctionnement lent au mode de fonctionnement rapide peut également entre obtenu en utilisant deux des enroulements du moteur lent, un condensateur de déphasage, par exemple, étant connecté entre les bornes libres des enroulements. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour donner à un moteur électrique une vitesse de rotation égale à une fraction de sa vitesse de synchronisme, c'est-à-dire à une fraction de 120f/P, en tours par minute, formule dans laquelle f est la fréquence de la source d'alimentation et P le nombre pair de piles magnétiques du dit moteur, caractérisé en ce qu'on applique une tension alternative aux bornes géométriquement espacées d'une pluralité de p6les magné tiques, on alimente chaque pble au moyen d'une demi-alternance complète de la tension d'alimentation toutes les n demi-alternances ces, n étant égal au dénominateur de la fraction choisie de 120 f/P pour la vitesse du moteur, on découpe la tension d'alimentation de manière à n'appliquer aux dites bornes que la demi-alternance choisie, chaque demi-aiternance devant âtre régulièrement décalée dans le temps par rapport aux autres, et on commande la fréquence du découpage de telle manière que chacun des dits pâles magnétiques soit alimenté à des instants différents de tout autre pêle au moyen des dites demi-alternances choisies de façon à engendrer un champ d'excitation tournant déterminant une vitesse de rotation du moteur égale à une fraction de 120f/P. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d1aîa.mentation alternative est monophasée. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que P=6 et que le moteur a une vitesse de rotation égale à 400 tours par minute lorsque la fréquence de la source d'alimentation est égale à 60 Hz. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit découpage est effectué lors du passage par zéro des dites demi-alternances. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit moteur est mis en ou hors service lors d'un passage par zéro de la tension d'alimentation 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour inverser le sEns de rotation du moteur, les demi-alternances choisies appliquées aux pôles, sont interchangées. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits pales magnétiques sont déconnectés tandis que la source d'alimentation est connectée à u moteur rapide lorsque le moteur à vitesse fractionnaire a atteint, en sens normal, sa pleine vitesse de rotation, la commutation étant effectuée lors d'un passage par zéro des dites demi-alternances. 8 - Moteur électrique dont la vitesse de rotation est égale à une fraction de sa vitesse de synchronisme, ctest-à- dire à une fraction de 120f/P en tours par minute, formule dans laquelle f est la fréquence de la source d'alimentationt et P le nombre pair de piles magnétiques, le dit moteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison:: - trois enroulements tA, B et C) géométriquement espacés déterminant les piles magnétiques, reliés chacun an série à un interrupteur (a, b, c) permettant de commander l'alimentation de l'enroulement correspondant, - des moyens (D) pour délivrer une impulsion lors de chaque passage par zéro de la tension de la source d'alimentation, - des moyens (RC) pour appliquer à chaque enroulement une de mi-alternance complète de la tension d'alimentation parmi n demi-alternances successives en réponse à la dite impulsions n étant égal au dénominateur de la fraction choisie de 120 f/P, les demi-alternances appliquées à chaque enroulement étant régulièrement décalées dans le temps par rapport à celles appliquées aux autres enroulements, et - des moyens pour commander les dits interrupteurs de manière à alimenter les dits enroulements à des moments différents au moyen des demi-alternances pour engendrer un champ d'excitation tournant tel que la vitesse de rotation du moteur soit ége- le à une fraction de 120f/P en tours par minute. 9 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lassource d'alimentation (AC) est monophasée. 10 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trois enroulements (A, B, C) déterminent six piles magnétiques. 11 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande des dits interrupteurs est effectuée lors du passage par zéro des dites demi-alternances. 12 - Moteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que des moyens (OOL) sont prévus pour la mise en service ou hors service du moteur lors d'un passage par zéro de la dite tension d'alimentation. 13 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens (S) sont prévus pour échanger les demi-alternances choisies appliquées à deux des dits enroulements de manière à inverser le sens de rotation du dit moteur. 14 - Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour déconnecter le dit moteur lorsque ce dernier a atteint, en sens normal, sa pleine vitesse fractionnaire de rotation, la spurce d'alimentation étant alors connectée lors d'un passage par zéro à un moteur rapide.