Brevet FR2517490A1 — publié le 19830603

-1- Moteur asynchrone à rotor en court-circuit et a commutation de pôles. La présente invention se rapporte à un moteur asynchrone à rotor en courtcircuit et à commutation de pdles avec inversion du sens de rotation, démarrage progressif et freinage électrique. Les moteurs à rotor en court-circuit sont particulièrement avantageux pour de nombreux cas dtapplication en raison de la simplicité de leur construction et de leur faible coût dtentretien. Les possibilité d'application peuvent encore être élargies par des dispositifs qui rendent l'accélération et le freinage réglables On connaît des dispositifs qui réduisent le couple de démarrage du moteur en alimentant l'enroulement du stator à travers une résistance additionnelle dans une ou plusieurs phases. Ces résistances dites de démarrage progressifs sont à nouveau courtcircuitées après la période de démarrage afin que le moteur puisse développer sa pleine puissance. La même fonction est assurée par les commandes de réglage de phase qui limitent l'angle du flux de courant dans les phases commandées pendant la phase de démarrage Une particularité désavantageuse des moteurs à rotor en court-circuit consiste dans les fortes intensités de démarrage et dans les pertes dans le rotor qui en résultent. Dans les moteurs à rotor à court-circuit à commutation de p 6 les, on peut réduire les pertes et mieux exploiter la capacité de puissance du moteur en amenant toujours initialement le moteur à la petite vitesse de rotation synchrone au moyen de l'enroulement de petite vitesse à grand nombre de pôles et en l'accélérant ensuite à la grande vitesse de rotation au moyen de l'enroulement de grande vitesse ou à petit nombre de p 8 les. Pour freiner électriquement un moteur asynchrone -2- à rotor en courtcircuit, on peut utiliser le freinage par contre-courant ou bien, dans le cas des moteurs à commutation de pôles, on peut utiliser pour ralentir à la petite vitesse le freinage en générateur Etant donné que le couple de freinage en générateur est très grand, ce procédé est inutilisable dans la plupart des cas, de sorte qu'en remplacement du freinage électrique en générateur, on utilise un frein mécanique pour ralentir le moteur jusqu'à la vitesse de rotation synchrone de l'enroulement de petite vitesse, ce qui donne lieu à une complication supplémentaire, pour déterminer l'instant auquel l'enroulement de petite vitesse doit être remis en circuit À la place du frein mécanique, on connaît ici également des procédés dans lesquels l'enroulement du stator est excité par un champ électrique continu qui exerce l'effet de freinage Toutefois, cette solution est très coûteuse en raison des dispositifs utilisés pour alimenter et commander le champ continu nécessaire. Le frein mécanique est désavantageux en raison de son usure et du coût de l'entretien que cela implique Par ailleurs, le comportement de freinage du frein mécanique est très fortement affecté par les influences de l'environnement (température, humidité de l'air, dép 8 ts de matières étrangères) et par la durée de fonctionnement, de sorte quesur une durée relativement longue, le freinage n'est plus reproduc- tible. Dans de nombreuses opérations de transport, de manutention et de roulement, on exige un démarrage et une accélération ainsi qu'un freinage sans à coup et, dans le cas des opérations de positionnement, on exige en outre un comportement de freinage exactement reproductible Bien que deux vitesses de rotation du moteur soient suffisantes pour ces applications, l'éco- nomique moteur à rotor en court-circuit à commutation -3- de p 8 les y est fréquemment inapplicable parce qu'il ne remplit pas les conditions relatives au comportement de démarrage et de freinage de sorte que lon doit adopter des solutions plus coûteuses comportant des moteurs à rotor à bagues et des moteurs à courant continu. Le but de l'invention est donc d'équiper un moteur à rotor en court-circuit à commutation de p 8 les d'un dispositif peu coûteux de telle manière que le couple de démarrage et l'accélération puissent âtre commandés et que le moteur puisse être freiné électriquement avec un couple réglable. Suivant l'invention, ce problème est résolu avec un circuit caractérisé par le fait que (a) il est prévu, en série avec les enroulements du moteur, du moins dans une phase, un commutateur électronique, de préférence un Triac, qui est commandé par un appareil de commande de manière que, pendant la montée de la vitesse, l'angle du flux de courant croisse, conformément à une relation en fonction du temps, d'une valeur initiale réglable jusqu'à la pleine valeur de la demi-onde sinusoïdale, (b) l'appareil de commande est relié à un générateur d'impulsions qui débite des impulsions proportionnel- lement à la vitesse de rotation, qui détermine une commutation des pales utilisés à la petite vitesse aux pôles utilisés à la grande vitesse lorsque le moteur atteint la petite vitesse, (c) l'appareil de commande est conçu de manière qu'au début du freinage, c'est-à-dire de la commutation des pales utilisés à la grande vitesse aux p 8 les utilisés à la petite vitesse, l'angle de flux de courant soit limité par le Triac à la valeur initiale réglée et croisse ensuite avec le temps. On obtient par ce moyen un commutateur électroni- que, de préférence un Triac, quiestcommandé, dans au moins une phase de l'enroulement du moteur, de telle manière -4- que,pendant la montée de la vitesse, l'angle de flux de courant croisse, par réglage de phase, conformément à une relation en fonction du temps, d'une valeur initiale réglable jusqu'à la valeur de la demi-onde sinusoïdale La valeur initiale de l'angle de flux de courant définit le couple de démarrage, lequel peut tre abaissé, suivant le réglage choisi, jusqu'à environ 20 % du couple de démarrage nominal La variation en fonction du temps de l'angle de flux de courant a pour effet que, même lorsque le couple de décrochage est plus grand que le couple de démarrage réglé, le moteur ne reste que peu de temps en court- circuit puis commence à tourner; de même, on peut modifier la dynamique du processus de montée de la vitesse par l'intermédiaire de cette relation en fonction du temps. L'accélération du moteur à partir de l'arrêt s'effectue toujours avec l'enroulement de petite vitesse. Ceci est assuré par une logique de commande qui reçoit d'un générateur d'impulsions une ou plusieurs impulsions électriques par tour du moteur et, à partir de cette information de vitesse de rotation, transmet l'ordre de commutation sur l'enroulement de grande vitesse. A la différence des cricuits de démarrage habituels qui comportent une commande de commutation de p 8 les par un relais à temps, la commande en fonction de la vitesse de rotation garantit que l'instant dé commuta- tion sera toujours exactement respecté, même en fonctionnement intermittent et avec interruption du freinage ou encore en présence d'un couple résistant variable. Après la commutation sur l'enroulement de grande vitesse l'accélération qui y fait suite doit s'amorçer de façon aussi dépourvue d'à-coups que possible Ce résultat est atteint par le fait qu'après la commutation de pôles sur l'enroulement de grande vitesse, le commutateur électronique limite à nouveau l'angle de 17490 -5- flux de courant à une valeur initiale dans une ou plusieurs phases puis fait ensuite croître cet angle avec le temps En combinaison avec la commande de l'instant de commutation en fonction de la vitesse de rotation, on peut de cette façon régler la vitesse de commutation et la valeur initiale de l'angle de flux de courant au cours de l'accélération de telle manière que les deux enroulements produisent le même couple à l'instant de la commutation Lors de l'accé- lération à partir de la vitesse de rotation constante de l'enroulement de petite vitesse, la valeur initiale de l'angle de flux de courant peut être réglée de telle manière que le couple d'accélération croisse avec le temps à partir d'une très faible valeur initiale de manière que l'accélération se produise très progres- sivement. Le circuit suivant l'invention remplit donc les conditions suivantes qui sont nécessaires pour la montée de la vitesse du moteur à rotor en court-circuit à commutation de pôles: - 1 Amorçage progressif de l'accélération à partir de la vitesse de rotation nulle ainsi qu'à partir de la petite vitesse de rotation. 2 Réduction des pertes et réduction des intensités de démarrage par accélération forcée au-dessous de la petite vitesse de rotation avec l'enroulement de petite vitesse. 3 Transition sans à-coups de l'accélération au moment de la commutation de l'enroulement de petite vitesse sur l'enroulement de grande vitesse, même dans des conditions de travail variables. Le freinage électrique du moteur à rotor en court-circuit par contrecourant donne lieu à un couple de freinage initial élevé et produit de très grandes puissances de perte dans le rotor de sorte que, pour réduire le haut couple initial, il est nécessaire de prendre des dispositions additionnelles 17490 -6- et que, d'autre part, la fréquence admissible des freinages est réduite en raison de la sollicitation thermique du rotor Au contraire, le freinage en générateur produit 1/5 de cette puissance de perte dans le rotor, mais il donne un couple de freinage initial encore plus grand que le freinage par contre- courant Le dispositif suivant ltinvention évite cet inconvénient du freinage en générateur grâce au fait que le commutateur électronique déjà décrit plus haut limite l'angle de flux de courant à la valeur initiale réglée, dès le début du freinage par la mise en circuit de l'enroulement de petite vitesse et, de cette façon, réduit le couple de freinage en générateur. Le couple de générateur peut être commandé, par un angle de flux de courant constant ou variable, selon la caractéristique désirée du moteur, pour stannuler à la vitesse de rotation synchrone, de sorte que le ralentissement se produit avec un couple de générateur réduit et que le passage à la petite vitesse de rotation se produit sans à-coups Comparativement au frein mécanique ou à un autre procédé de freinage électrique, le dispositif suivant l'invention apporte l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter de capter un temps de freinage ni une vitesse de rotation pour remettre l'enroulement de petite vitesse en circuit après le freinage Si le moteur doit être ralenti jusqu'à l'arrêt, il est freiné à force par mise en générateur jusqu'à ce qu'il ait atteint la petite vitesse de rotation de la façon décrite plus haut sous la commande de la logique de commande et, ensuite l'instant de commutation sur le frein mécanique est élaboré en se basant sur la vitesse de rotation mesurée Ici, il est à nouveau possible de choisir la vitesse de rotation de commutation de manière qu'à l'instant de la commutation, le couple de freinage en générateur et le couple de freinage mécanique soient identiques De cette façon, la détection de la vitesse 17490 -7- de rotation du moteur sert à fixer la valeur supérieure de vitesse de rotation utilisée pour l'accélération exécutée avec l'enroulement de petite vitesse et utilisée également pour l'enclenchement du frein mécanique Un avantage de l'invention consiste en ce qu'elle permet d'utiliser également la détection du nombre de tours pour éviter le freinage à contre-courant dans le cas des moteurs réversibles Ce résultat est obtenu par la surveillance d'une valeur additionnelle de la vitesse de rotation qui est proche de l'arrêt de manière que le sens de rotation opposé ne puisse être enclenché que lorsque la vitesse de rotation est tombé au-dessous de cette valeur. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est un schéma électrique d'un moteur asynchrone à rotor en court-circuit et à commutation de pôles selon l'invention. Le circuit est composé d'un moteur 1 à rotor en court-circuit à commutation de p 8 les, d'un commuta- teur électronique ou d'un triac 2 pour la commande du réglage de phase, d'un générateur d'impulsions 3 servant à capter la vitesse de rotation sur le moteur, d'un appareil de commande 4, de commutateurs électromé- caniques 5 pour les deux sens de rotation et de commutateurs 6 pour les deux vitesses de rotation du moteur, ainsi que de commutateurs manuels 7 et 8 permettant à l'utilisateur de fixer le sens de rotation et la vitesse de rotation Le circuit du moteur est alimenté par des lignes de raccordement 9 et le circuit de commande par des lignes de raccordement 10 Le générateur d'impulsions 3 est relié à l'arbre 11 du moteur Le signal de sortie électrique du générateur d'impulsions 3 est transmis à l'appareil de commande 4 par la ligne 17. L'appareil de commande 4 commande l'angle -8- d'allumage du commutateur électronique 2 par la ligne 12, le commutateur enclenchant la petite vitesse de rotation par la ligne 13, le commutateur enclenchant la grande vitesse de rotation par la ligne 14, le commutateur enclenchant le premier sens de rotation par la ligne 15 et le commutateur enclenchant le sens de rotation inversé par la ligne 16 L'appareil de commande reçoit l'ordre pour le premier sens de rotation par la ligne 18 et pour le sens de rotation inversé par la ligne 19 et un ordre commun pour les deux sens de rotation pour la grande vitesse de rotation par la ligne 20. Dans l'exemple de réalisation représenté, le moteur est commandé dans le premier sens de rotation, au moyen du commutateur 7, par exemple par un utilisateur Dans sa fonction de fermeture à séquence, ce commutateur engendre, dans la première position- de travail, l'ordre "vitesse de rotation lente" pour l'appareil de commande, lequel capte la vitesse de rotation fournie par le générateur d'impulsions 3 et, si la vitesse devient inférieure à la valeur limite pour un contre-blocage supprime le contre-blocage et fait manoeuvrer le commutateur électromécanique 5 enclenchant le premier sens de rotation par l'intermé- diaire de la ligne 15 ainsi que-le commutateur électro- mécanique 6 enclenchant la petite vitesse de rotation par l'intermédiaire de la ligne 13 tandis que, par l'intermédiaire de la ligne 12, il commande l'angle du flux de courant du commutateur électronique, en partant de la vitesse initiale réglée, d'après une certaine relation en fonction du temps, de sorte que le moteur accélère avec un couple de démarrage réduit Même lorsque le commutateur 7 est amené jusqu'à la deuxième position de travail par l'utilisateur, le processus d'accélération se produit de la même façon jusqu'à la valeur de vitesse de rotation supérieure réglée pour l'accélération réalisée avec l'enroulement 17490 -9- de petite vitesse et, ensuite, il se poursuit par le fait que l'appareil de commande met l'enroulement de grande vitesse en circuit par l'intermédiaire de la ligne 14 et du commutateur 6 et l'enroulement de petite vitesse hors circuit par l'intermédiaire de la ligne 13 et du commutateur 6 Dans cette opération, l'appareil de commande 4 ramène l'angle de flux de courant du commutateur électronique 2 à la valeur initiale de sorte que l'accélération se poursuit avec le couple réduit L'utilisateur peut déclencher un freinage consécutif en ramenant le commutateur 7 à sa première position de travail L'appareil de commande 4 reconnaît ce nouvel ordre et remet l'enrou- lement de petite vitesse en circuit par l'intermédiaire de la ligne 13 et du commutateur 6 cependant, que, en même temps, l'angle de flux de courant du commutateur électronique 2 est ramené à la valeur initiale et que l'enroulement de grande vitesse est mis hors circuit de sorte qu'un couple de générateur réduit freine le moteur jusqu'à la petite vitesse de rotation. Après un certain temps de fonctionnement, l'angle de flux de courant est à nouveau reporté à la pleine demi-onde sinusoïdale Si le freinage est déclenché par le fait que le commutateur 7 est ramené à sa position de repos, le freinage se poursuit jusqu'à ce qu'on ait atteint la valeur de vitesse de rotation inférieure réglée pour le freinage électrique, également de la façon décrite plus haut, puis l'appareil de commande 8 met hors circuit l'enroulement de petite vitesse du moteur 1, par la ligne 13 et le commutateur 6 et met hors circuit le premier sens de rotation, par la ligne 15 et le commutateur 5, de sorte que le frein mécanique entre en action Pour le contre- blocage, l'appareil de commande mémorise en outre le sens de rotation mis en circuit en dernier. Si la montée de la vitesse est interrompue, le frein mécanique entre en jeu au-dessous de la valeur 2517490- - de vitesse de rotation correspondant au freinage électrique et, en outre, le freinage électrique par mise en générateur est enclenché de telle manière que l'angle de flux de courant soit toujours ramené à la valeur initiale sur le commutateur électronique 2. Si le freinage est interrompu, pour l'accélération, c'est l'enroulement de petite vitesse qui est mis en circuit si le moteur se trouve au-dessous de la valeur supérieure des vitesses de rotation correspondant à l'enroulement de petite vitesse tandis qu'au-dessus de cette valeur, c'est l'enroulement de grande vitesse- qui est mis en circuit En présence de l'accélération qui s'établit à nouveau, l'angle de flux de courant est toujours ramené à la valeur initiale sur le commutateur électronique 2. Les processus fonctionnels qui *ont été décrits pour le premier sens de rotation se répètent de façon correspondante pour le sens inverse lorsque, à la place du commutateur manuel 7, ctest le commutateur manuel 8 qui est manoeuvré. 17490 REVENDICATIONS 1. Circuit pour un moteur asynchrone à rotor à court-circuit et à commutation de pôles, avec inversion du sens de rotation, démarrage progressif et freinage électrique, caractérisé par le fait que: (a) il est prévu, en série avec les enroulements du moteur, du moins dans une phase, un commutateur électronique, de préférence un Triac ( 2), qui est commandé par un appareil de commande ( 14) de manière que pendant la montée de la vitesse l'angle du flux de courant croisse conformément à une relation en fonction du temps d'une valeur initiale réglable jusqu'à la pleine valeur de la demi-onde sinusoïdale, (b) l'appareil de commande ( 4) est relié à un générateur d'impulsions ( 3) qui débite des impulsions proportionnellement à la vitesse de rotation, qui détermine une commutation des p 8 les utilisés à la petite vitesse aux pôles utilisés à la grande vitesse lorsque le moteur atteint la petite vitesse, (c) l'appareil de commande ( 4) est conçu de manière qu'au début de l'opération de freinage, c'est-à-dire, de la commutation des p 8 les utilisés à la grande vitesse aux pôles utilisés pour la petite vitesse, l'angle de flux de courant soit limité par le Triac ( 2) à la valeur initiale réglée et croisse ensuite avec le temps. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que des commutateurs à main ( 7, 8) associés aux deux sens de rotation sont _o réalisés sous la forme de commutateurs de fermeture à séquence, qui coopèrent avec un contre-blocage dépendant du sens de rotation qui est contenu dans l'appareil de commande.