Brevet FR2513038A1 — publié le 19830318

"DISPOSITIF DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR ASYNCHRONE MONOPHASE" La présente invention concerne un dispositif de démarrage d'un moteur asynchrone monophasé comportant un premier enroulement inducteur dit "principal", un second enroulement inducteur dit "auxiliaire" en série avec lequel est disposé un condensateur de déphasage, et un induit rotatif en court-circuit. Le démarrage de ce type de moteur s'effectue en alimentant les deux enroulements, la présence d'un condensateur en série avec l'enroulement auxiliaire ayant pour effet de créer un champ tournant nécessaire à la mise en rotation de l'induit, après quoi l'enroulement auxiliaire est débranché. La mise en/ou hors circuit de l'enroulement auxiliaire peut s'effectuer automatiquement en mettant à profit le fait que la valeur du courant absorbé sur le réseau au moment de la mise sous tension du moteur représente plusieurs fois celle du régime normal; il suffit donc d'insérer dans l'enroulement principal la bobine de commande d'un relais alternatif dont le contact travail est branché sur l'enroulement auxiliaire, ledit relais étant taré de façon à n'être plus excité pour la valeur de l'intensité en régime normal ce procédé nécessite la mise en oeuvre d'un relais largement dimensionné en raison du risque d'usure des contacts soumis à des arcs électriques lors de leur ouverture. On peut encore insérer dans l'enroulement principal une résistance aux bornes de laquelle la chute de tension, proportionnelle au courant, est utilisée pour commander un interrupteur électronique ; un circuit de ce type est décrit dans le brevet français n0 1 395 080. L'inconvénient d'un tel système réside dans le fait que la puissance dissipée dans la résistance est relativement importante ; en outre, la faible valeur initiale de celle-ci peut être majorée à la longue par des résistances de contacts, rendant ainsi aléatoire le fonctionnement du circuit de démarrage. L'invention a pour but principal la réalisation d'un dispositif de démarrage simple et performant pour des moteurs asynchrones monophasés de puissance égale ou inférieure à 1 kW, tels que ceux, par exemple, qui équipent certains appareils électro-ménagers dits "robots de cuisi ne" Selon l'invention, le dispositif de démarrage d'un moteur asynchrone monophasé comportant un premier enroulement inducteur dit "principal", un second enroulement inducteur dit "auxiliaire" en série avec lequel est disposé un condensateur de déphasage, et un induit rotatif en courtcircuit, est notamment remarquable en ce que l'enroulement de commande d'un relais à lames souples à contact travail, dit "relais reed", est inséré dans l'enroulement inducteur principal du moteur, les contacts dudit relais étant disposés entre une source de tension à courant continu et l'é- lectrode de déclenchement d'un interrupteur électronique commandé inséré dans l'enroulement inducteur auxiliaire du moteur. Selon une forme avantageuse de réalisation du dispositif de démarrage selon l'invention, l'un des contacts du relais à lames souples est couplé à l'électrode de déclenchement de l'interrupteur électronique commandé par l'intermédiaire drun circuit intégrateur suivi d'un générateur d'impulsions à haute fréquence. Du fait de la très faible masse de leurs lames souples, les contacts du relaais reed se ferment à chaque alternance du secteur tant que l'intensité qui parcourt l'enroulement principal est supérieure à une valeur de crête déterminée ; chaque fermeture des contacts du relais applique une tension continue à l'électrode de déclenchement de l'interrupteur électronique disposé en série avec l'enroulement auxiliaire, et ce dernier reste alimenté tant que la valeur de l'intensité de crête dans l'enroulement principal reste supérieure à celle du régime normal de rotation. Dans la forme préférée de réalisation du dispositif de démarrage selon l'invention, l'électrode de déclenchement de l'interrupteur électronique reçoit des impulsions à haute fréquence à partir d'un générateur déclenché par un signal résultant de l'intégration de la tension continue hachée par les contacts du relais. En cas de surcharge du moteur, le dispositif réagit à l'apparition d'un courant crête anormal dans l'enroulement principal et réalimente l'enroulement auxiliaire, ce qui fournit un supplément de couple moteur pendant la durée de la surcharge ; cet effet de régulation, particulièrement souple du fait de l'absence presque totale d'hystérésis du système, est notamment avantageux pour l'équipement d'un robot ménager où les variations de charge sont fréquentes. La conception du dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages liés aux caractéristiques des relais reed : puissance de commande négligeable, absence totale d'hystérésis sur une pluralité d'alternances, bonne tenue aux chocs et vibrations, etc... En outre, la très faible intensité de coupure des contacts leur assure une durée de vie au moins égale à celle du moteur qu'ils équipent. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif selon l'invention. La figure 2A représente le courant traversant l'en- roulement principal du moteur pendant les premiers instants de la mise sous tension de celui-ci. La figure 2B représente, en liaison avec la figure 2A, la tension en créneaux recueillie sur le contact "travail" du relais à lames souples. La figure 2C représente la tension continue résultant de l'intégration du signal en créneaux de la figure 2B. La figure 3 représente le schéma de principe d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 4A, 4B, 4C et 4D représentent respectivement des vues de dessous, de profil, de dessus et en bout d'un circuit imprimé agencé pour exciter le relais à lames souples. Sur la figure 1, un moteur à induction monophasé est muni d'un rotor en cage d'écureuil 2, d'un enroulement principal 3 et d'un enroulement auxiliaire 4. Deux extrémités réunies des enroulements 3 et 4 sont reliées par un interrupteur 5 à une borne 6 du réseau dont l'autre borne 7 est connectée à une masse commune 8. L'autre extrémité de l'enroulement principal 3 est reliée à la masse 8 à travers l'enroulement de commande 9 d'un relais à lames souples 10 à contact travail. L'autre extrémité de l'enroulement auxiliaire 4 est reliée à travers un condensateur de déphasage 11 à l'une des électrodes d'un triac 12 dont l'autre électrode est connectée à la masse 8. Le plot inférieur du relais 10 est connecté, d'une part par une résistance 13 à la gâchette du triac 12, et d'autre part à la masse 8 par une résistance 14. L'anode d'une diode de redressement 15 est reliée par une résistance 16 à l'interrupteur 5 tandis que la cathode est connectée, d'une part au plot supérieur du relais 10, et d'autre part à l'armature positive d'un condensateur réservoir 17 dont l'armature négative est connectée à la masse 8. Le dispositif de la figure 1, réduit à l'essentiel, fonctionne de la façon suivante . la fermeture de l'interrupteur 5 provoque la charge du condensateur 17 tandis qu'un courant IEP (figure 2A) commence à circuler dans l'enroulement principal 3 du moteur 1 ; au temps zéro, le rotor- étant immobile, le courant IEP est très intense et dépasse largement le seuil de collage + IC du relais à lames souples 10 actionné par la bobine 9 ; ce dernier se ferme et son contact "travail" est porté à la tension + Vd qui est transmise via la résistance 13 à la gâchette du triac 12, ce qui provoque son amorçage et l'alimentation de l'enroulement auxiliaire 4 à travers le condensateur de déphasage 11. Lors de la décroissance du courant IEP au cours de la première alternance, celui-ci repasse par la valeur + IC et le relais 10 s'ouvre jusqu'au moment où il se ferme de nouveau à la valeur - IC de l'alternance suivante, et ainsi de suite. Le rotor prenant de la vitesse, la valeur du courant IEP décroît rapidement à chaque alternance ; on obtient ainsi une tension + VD (figure 2B) formée de créneaux dont la largeur décroît au fur et à mesure que le courant IEP diminue, mais qui permettent le réamorçage du triac 12 au cours de chaque alternance. En régime de rotation stable du rotor 2, les alternances de courant IEP restent inférieures aux valeurs + IC et - IC, le relais 10 n'est plus actionné, ce qui provoque le blocage du triac 12, et partant l'interruption du courant dans l'enroulement auxiliaire 4. Si le couple résistant sur l'axe du rotor 2 croit pour une raison quelconque, les valeurs de courant + IC et - IC sont de nouveau atteintes, ce qui provoque la réalimentation de l'enroulement auxiliaire 4 et un accroissement du couple moteur s'opposant à la diminution de vitesse consécutive à la surcharge. I1 est à noter que cet effet de régulation s'effectue sans aucune hystérésis dans les sens d'accroissement ou de diminution de vitesse du rotor ; en effet, s'il existe une certaine hystérésis dans la commande du relais 10, celle-ci ne se manifeste à chaque alternance que par une différence entre les intensités de collage et décollage + IC ou - IC (non représentées) qui n'ont pour effet que de majorer légèrement la durée des créneaux de la tension + VD. Sur la figure 3, où les références sont communes avec celles de la figure 1, un circuit 18 détecteur de passage au zéro de courant est disposé entre l'enroulement 9 du relais 10 et la masse 8 ; la sortie du circuit 18 est couplée à l'entrée de synchronisation d'un générateur d'impulsions 19 dont la sortie est reliée à la gâchette d'un triac 20 disposé entre l'enroulement principal 3 et l'enroulement 9 de commande du relais 10 ; un interrupteur 50 arrêt-marche est disposé entre une entrée d'inhibition du générateur 19 et la masse 8. Le contact travail du relais 10 est relié à un circuit intégrateur constitué par une résistance 21 et un condensateur 22 dont le point commun est couplé à l'entrée de déclenchement d'un générateur 23 d'impulsions à haute fréquence, la sortie de ce dernier étant connectée à la gâchette du triac 12. Par rapport au schéma de la figure 1, celui de la figure 3 présente les différences suivantes : la mise en marche s'effectue au moyen de l'interrupteur 50 qui autorise le fonctionnement du générateur 19 d'impulsions de commande du triac 20, ledit générateur étant déclenché au moment des passages à zéro de courant par le circuit 18 constitué, par exemple, par deux diodes montées en antiparallèle ; dans le cas d'un appareil électro-ménager tel qu'un robot de cuisine, ceci permet d'utiliser un interrupteur marche-arrêt pour courant faible de très petites dimensions, la mise en ou hors service de la cellule de redressement 15 étant alors assurée par la mise en place ou le retrait de la prise de courant dont sont munis ces appareils. Le contact travail du relais 10, au lieu d'attaquer directement la gâchette du triac 12 comme indiqué figure 1, est relié à un circuit intégrateur qui transforme la tension en créneaux VD de la figure 2B en une tension continue VI utilisée pour provoquer le déclenchement du générateur å'im- pulsions 23, de fréquence de récurrence 1 kHz, attaquant la gâchette du triac 12. Cette variante de réalisation autorise une plus grande souplesse de mise en oeuvre ; en effet, dans le montage de la figure 1, la présence ou l'absence d'impulsions de déclenchement sur la gâchette du triac 12 dépend uniquement du nombre d'ampères-tours de l'enroulement 9 de commande du relais 10 ; au contraire, dans le montage de la figure 3, le seuil de déclenchement du générateur 23 peut être ajusté en jouant sur les valeurs du circuit intégrateur, ou encore sur la valeur même dudit seuil de déclenchement. En tout état de cause, l'effet de régulation susindiqué du montage de la figure 1 existe également pour celui de la figure 3, avec la même absence d'hystérésis pour peu que celle-ci soit négligeable pour les valeurs croissante et décroissante de la tension VI (figure 2C) à à l'entrée de déclenchement du générateur 23. Les figures 4A à 4D montrent, à l'échelle 2 environ, un agencement de commande du relais à lames souples 10 à partir d'un circuit imprimé 24 muni de trous et de pistes de connexions 25 et 26 dudit relais (figure 4A) et de trous et pistes de connexions 27, 28, 29 et 30 destinés à recevoir l'enroulement de commande 9 constitué en l'occurence par trois cavaliers en cuivre 90, 91 et 92 (figures 4B, 4C et 4D). Pour un moteur de robot ménager d'une puissance de 650 W sous une tension de 240 V et une vitesse de rotation de 1500 tr/min, la Demanderesse a utilisé un relais 10 commercialisé par ses soins sous la référence RI 22/3A, l'enroulement de commande 9 étant constitué par trois cavaliers 90, 91, 92 d'un diamètre de 12/10 de mm. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de démarrage d'un moteur asynchrone monophasé comportant un premier enroulement inducteur dit "principal", un second enroulement inducteur dit "auxiliaire" en série avec lequel est disposé un condensateur de déphasage, et un induit rotatif en court-circuit, carac térisé en ce que l'enroulement de commande d'un relais à lames souples à contact travail dit "relais-reed" est inséré dans l'enroulement inducteur principal du moteur, les contacts dudit relais étant disposés entre une source de tension à courant continu et l'électrode de déclenchement d'un interrupteur électronique commandé inséré dans l'enroulement inducteur auxiliaire du moteur. 2. Dispositif de démarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des contacts du relais à lames souples est couplé à l'électrode de déclenchement de l'interrupteur électronique commandé par l'intermédiaire d'un circuit intégrateur suivi d'un générateur d'impulsions à haute fréquence. 3. Dispositif de démarrage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le relais à lames souples étant disposé à plat sur un circuit imprimé, l'enroulement de commande dudit relais est constitué par une pluralité de cavaliers métalliques chevauchant celui-ci et connectés en série.