Brevet FR2527019A1 — publié le 19831118

Dispositif de protection des moteurs électriques de traction contre ltéchauffement anormal. L'invention concerne un dispositif de protection des moteurs électriques de traction contre ltéchauffement anormal. Dans le cas des moteurs électriques de traction, il est d'usage de prévoir des limites de temps de fonctionnement sous conditions anormales. Par exemple, lorsque l'engin est sur une voie en pente, le moteur surchargé pendant la montée, ne peut assurer cette montée de. façon satisfaisante que pendant un temps déterminé.Au-delà de ce temps, le risque de détérioration du moteur est tel que le moteur doit être arrêté. Il ne pourra repartir qu après avoir refroidi jusqu a une température de fonctionnement normale. On connaît, en fonction des intensités traversant un moteur de traction de type donné, les durées de fontionnement admissibles. Par exemple, un moteur pourra fonctionner 30mn sous 700 A, 10 mn sous 900 A, et 3 mn sous 1.000 A. En l'absence de contrôle automatique de la température de fonctionnement du moteur, on sait afficher l'intensité traversant le moteur. Le conducteur de ltengin, en cas de besoin, peut constater qu'il se trouve dans des conditions exceptionnelles et peut, en fonction de l'intensité affichée, contrôler le temps de fonctionnement du moteur pour l'arrêter avant détérioration. Il arrive cependant que ce contrôle soit difficile à effectuer. En particulier, lorsque les conditions exceptionnelles varient, il est difficile d'apprécier la situation instantanée du moteur. Il n'est pas encore possible d'intégrer toutes les phases antérieures du fonctionnement sous conditions exceptionnelles pour en déduire à un instant donné la durée de fonctionnement disponible avant détérioration ou arrêt de sécurité.D'une-part l'appréciation est difficile, d'autre part une appréciation humaine est toujours subjective, c'est-à-dire optimiste ou prudente. Il peut en résulter selon le cas, des accidents coûteux et lourds de conséquence, ou une gêne qui aurait pu être évitée sans nuire au bon fonctionnement du moteur. Un Fut de la présente invention est de prévoir un dispositif automatique simple apportant une solution à ce problème technique du fonctionnement sur des moteurs électriques de traction dans des conditions exceptionnelles. Un autre but de l'invention est de fournir un signal de tension qui soit une image de l'intensité traversant le moteur, en fonction de la courbe de température du moteur. La présente invention a pour objet un dispositif de protection des moteurs électriques de traction contre l'échauffement anormal, du type comprenant une mesure du courant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur continu-alternatif, un circuit électronique de contrôle comprenant un condensateur, des résistances pour contrôler la charge du condensateur, et une diode Zener pour définir une limite de charge dudit condensateur, et un transformateur pour assurer l'isolation galvanique entre le convertisseur et le circuit électronique de contre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - lesdites résistances sont montées chacune entre une borne dudit condensateur et un transistor dont la base est contrôlée par un potentiomètre alimenté par un pont redresseur placé à la sortie du secondaire dudit transformateur, - chacun desdits transistors est monté en série avec une diode électroluminescente pourvue d'une diode antiparallèle, - chaque potentiomètre comporte un curseur pour régler le seuil de déclenchement de chacun des transistors de façon à commander leur mise en conduction successive, - le transistor dont le seuil de déclenchement est le plus bas est relié à la base d'un autre transistor par l'intermédiaire d'une résistance afin de rendre conducteur ledit autre transitor lorsque ledit transistor dont le seuil est le plus bas devient conducteur, - ledit autre transistor est relié à la base d'un transistor contrôlant la décharge dudit condensateur de façon à bloquer ce transistor pendant la charge du condensateur, c'est-à-dire lorsque ledit autre transistor est condu=- teur, - ce transistor est monté en série avec une résistance définissant la constante de temps de décharge dudit condensateur, - ladite diode Zener est montée avec deux résistances en parallèle sur le circuit formé par ce transistor et la résistance définissant la constante de temps de décharge dudit condensateur afin de définir la limite de charge dudit condensateur, - ladite diode Zener contrôle un circuit d'amplification à transistors contrôlant l'enroulement d'un contact susceptible d'agir sur l'intensité du courant dans le moteur. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir un schéma électrique simplifié d'un exemple de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention. Sur la partie gauche du dessin, les bornes +M et -M symbolisent les bornes de mesure du courant passant dans le moteur de traction (non représenté), cette mesure étant faite aux bornes de l'enroulement série de la génératrice principale dans le cas d'une locomotive par exemple. Sur les bornes de mesure est branché un convertisseur continualternatif de type classique en vue d'isoler la partie "mesure", à gauche, de la partie "contre électronique" du dispositif. Le convertisseur est constitué essentiellement de deux primaires 1, 2 de transformateur et de deux transistors T1, T2 correspondants. L'armature du transformateur est symbolisée en 3 et le secondaire en 4. Ce transformateur assure l'isolation galvanique de la partie électronique du dispositif, afin de la soustraire aux forts courants et aux fortes tensions qui se produisent au niveau du moteur. Le secondaire 4 du transformateur alimente un pont redresseur 5 de manière à fournir du courant continu au circuit électronique de contrôle. Le pont redresseur 5 alimente un certain nombre de potentiomètres, tous montés en parallèle. Dans l'exemple représenté, il y a cinq potentiomètres, 6 à 10. Sur chacun de ces potentiomètres est prévu un curseur, tel que 11 sur l potentiomètre 6, pour définir un seuil de tension. Chaque curseur, par l'intermédiaire d'une diode, telle que 12, assure la polarisation de la base d'un transistor, respectivement T3 à T7. Les émetteurs des transistors T3 à T7 sont tous reliés à la borne générale (-24v) négative d'alimentation. Les collecteurs des transistors sont reliés chacun, par ltintermédiaire d'une diode électroluminescente telle que 13, montée tête-bAche avec une diode telle que 14, et une résistance telle que 15, à la borne générale (+24v) positive d'alimentation. Par ailleurs, le collecteur de chaque transistor T3 à T7 est relié directement à une résistance, respectivement 16 à 20, dont l'autre borne est reliée à la-borne 21 négative d'un condensateur 22. A titre d'exemple, la partie de circuit relative aux transistors T4 à T7 et à leurs potentiomètres correspondants peut être réalisée à l'aide de circuits intégrés, Entre la borne 21 et les résistances 16 à 20 est prévue une diode 93. La borne positive du condensateur 22 est directement reliée à la borne générale (+24v)positive d'alimentation. Le condensateur 22 est par exemple un condensateur chimique de capacité 10.000 microfarads, qui sert pour la définition du temps de fonctionnement du moteur dans les conditions anormales. Le collecteur du transistor T3 est en outre relié, par l'intermédiaire d'une résistance 24, à la base d'un transistor T8 dont l'émetteur est relié à la borne générale (+24v) et le collecteur à la borne générale (-24v) par l'intermédiaire d'une résistance 25.Le collecteur du transistor T8 est aussi relié à la base d'un transistor T9 dont l'émetteur est relié à la borne (+24v) et le collecteur à la borne 21 par l'intermédiaire d'une résistance 26. Ce transistor T9 est destiné à assurer la décharge du condensateur 22. Trois autres transistors T10 à T12 sont montés en chaîne d'amplification de manière connue en soi. La base du transirtor TiO est reliée d'une part à la borne générale positive (+24v) par l'intermédiaire d'une résistance 27, d'autre part à la borné 21 par l'intermédiaire d'une résistance 28 et d'une diode Zener 29, Le transistor T12 est monté en série avec ltenrou- lement de commande 30 d'un contact 31 représenté symboliquement comme assurant une commutation entre deux bornes d'un circuit d'utilisation de type connu. Le fonctionnement du dispositif de protection des moteurs électriques de traction contre l'échauffement anormal est le suivant : tout d'abord, plus le courant dans le moteur est élevé, plus la tension délivrée par le pont 5 est élevée, l'ensemble du convertisseur et du pont 5 étant réglé pour qu'il n'y ait pas de tension à la sortie du pont lorsque le courant dans le moteur est à sa valeur nominale. Lorsque le courant dans le moteur dépasse cette valeur nominale, le pont 5 alimente les potentiomètres 6 à 10. Par les curseurs tels que 11, on règle les seuils de déclenchement des transistors T3 à T7 pour qu'ils deviennent conducteurs l'un après l'autre lorsque le courant dans le moteur s'élève. Lorsque le premier seuil de déclenchement est atteint, le transistor T3 devient conducteur, Le potentiel de son collecteur devient alors égal à (-24v) à très peu près. Le condensateur 22 se charge alors à travers la diode 23 et la résistance 16, avec une constante de temps fonction de la valeur de la résistance 16 et de la valeur de sa capacité. Simultanément, par l'intermédiaire de la résistance 24, le transistor T8 est rendu conducteur, ce qui bloque le transistor T9 et interdit la décharge du condensateur 22 par ce transistor T9 et la résistance 26. Si le courant dans le moteur diminue, et en particuliers, si l'on revient aux conditions normales de fonctionnement, le transistor T3 redevient bloqué, ainsi que le transistor T8, et le transistor T9 devient conducteur, Le condensateur 22 se décharge alors progressivement par le transistor T9 et la résistance 26, avec une constante de temps sensiblement proportionnelle à son temps de charge, compte tenu de la ventilation du moteur. Si le courant dans le moteur augmente, la tension délivrée par le pont augmente et on peut ainsi franchir plusieurs seuils de déclenchement des transistors T3 à T7. Lorsqu'un nouveau transistor (T4 par exemple) devient conducteur, la résistance équivalente aux résistances 16 et 17 qui est vue par le condensateur 22 est plus faible que la résistance 16 et le condensateur 22 se charge plus vite. Lorsque les cinq transistors T3 à T7 sont conducteurs, le condensateur se charge assez vite pour que le moteur ne puisse pas fonctionner plus de trois minutes par exemple. Pour chaque moteur, on définit ainsi un temps de fonctionnement le plus court. Les seuils de déclenchement des transistors T3 à T7 sont réglés pour respecter les limites de temps de fonctionnement thermique des moteurs en fonction de l r intensite du courant dans le moteur. Lorsque le condensateur 22 se charge, la diode Zoner 29 définit la limite de charge. Lorsque cette limite est atteinte, le condensateur 22 se décharge à travers les résistances 27 et 28 et la diode 29. Le transistor T10 devicnt alors conducteur, ce qui rend conducteur le transistor Til et par là le transistor T12. L'enroulenPnt 30 est alimenté et le contact 31 bascule. Par ce contact 31, on peut commander par exemple la coupure du courant dans le moteur. Le pont 5 ne délivre alors plus de tension et les transistors T3 à T7 se bloquent Le transistor T8 se bloque et le transistor T9 devient conducteur, ce qui permet la décharge progressive du condensateur 22 par la résistance 26. Cette décharge est suffisamment lente pour que le moteur ait le temps de refroidir.Si la décharge du condensateur n'est pas complète lorsque survient une nouvelle élévation du courant, le seuil de charge est atteint plus vite. Cette situation est prévue pour tenir compte de la temperature encore élevée du moteur au moment de la nouvelle élévation du courant. Par un changement du seuil de la diode Zener 29, ou par un changement des résistances 16 à 20, on peut assurer le basculement du contact 31 avant d'atteindre la limite de fonctionnement du moteur, et alors provoquer une réduction du courant dans le moteur plutôt qu'unie coupure. En pratique, le réglage du potentiomètre 6 permet de fixer le seuil de contrale du régime uniharaire, audelà duquel on commence à charger le condensateur 22. Le dispositif de protection selon l'invention est particulièrement applicable aux machines de manoeuvre qui fonctionnent en général moins d'une demi-heure en traction Il est très adapté au cas des machines télécommandées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection des moteurs électriques de traction contre l'échauffement anormal, du type comprenant une mesure du courant dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte : un convertisseur continu-alternatif, un circuit électronique de contrôle comprenant- un condensateur (22), des résistances (16-20) pour contrôler la charge du condensateur, et une diode Zener (29) pour définir une limite de charge dudit condensateur (22), et un transformateur pour assurer l'isolation galvanique entre le convertisseur et le circuit électronique de contrôle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites résistances (16-20) sont montées chacune entre une borne (21) dudit condensateur (22) et un transistor (T3-T7) dont la base est contrôlée par un potentiomètre alimente par un pont redresseur (5) placé à la sortie du secondaire (4) dudit transformateur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits transistors (T3-T7) est monté en série avec une diode électroluminescente (13) pourvue d'une diode antiparallèle (14). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque potentiomètre (6-10) comporte un curseur (11) pour régler le seuil de déclenchement de chacun des transistors (T3-T7) de façon à commander leur mise en conduction successive. S. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le transistor (T3) dont le seuil de déclenchement est le plus bas est relié à la base d'un autre transistor (T8) par l'intermédiaire d'une résistance (24) afin de rendre conducteur ledit autre transistor (T8) lorsque ledit transistor (T3) dont le seuil est le plus bas devient conducteur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit autre transistor (T8) est relié à la base d'un transistor (T9) contrôlant la décharge dudit condensateur (22) de façon à bloquer ce transistor (T9) pendant la charge du condensateur (22) ctest-à-dire lorsque ledit autre transistor (T8) est conducteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce transistor (T9) est monté en série avec une résistance (26) définissant la constante de temps de décharge dudit condensateur (22). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite diode Zener (29) est montée avec deux résistances (27, 28) en parallèle sur le circuit formé par ce transistor (T9) et la résistance (26) définissant la constante de temps de décharge dudit condensateur (22) afin de définir la limite de charge dudit condensateur (22), 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite diode Zener (29) contrôle un circuit d'amplification à transistors (T10-T12) contrôlant l'en- roulement (30) d'un contact (31) susceptible d'agir sur l'intensité du courant dans le moteur.