Brevet FR2539564A1 — publié le 19840720

"Procédé et mor.tace pour régler la puissance absorbée par un moteur- à courant alternatif". L'invention a pour objet un procédé et un montage électrique pour régler la puissance absorbée par un moteur à courant alternatif alimenté par l'intermédiaire d'un interrupteur de puissance commandé, en fonction du courant du moteur. En règle générale, les commandes par moteur électrique sont déterminées en se basant sur les conditions maximales. Il en résulte qu'en service normal, ces commandes par moteur électrique ne fonctionnent que dans le domaine des charges partielles. Le rendement électrique ainsi obtenu est faible et s'abaisse souvent au-dessous de 0,2. Les pertes d'énergie active s'élèvent également en conséquence et nécessitent l'amenée d'une puissance active supplémentaire. En raison de l'angle de phase t relativement élevé entre la tension.appli- quée au moteur et le courant du moteur, la composante de courant déwatté s'élève également. En conséquence, l'invention a pour but de crée un procédé et un montage électrique pour régler la puissance ab sorbée par un moteur à courant alternatif, ce procédé et ce montage permettant d'obtenir une économie d'énergie absorbée lorsque le moteur fonctionne à charge partielle. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce qu'on règle la caractéristique couple moteur/vitesse de rotation du moteur pour ne produire que le courant du moteur nécessaire pour la vitesse de rotation nominale à maintenir constante. Pour cela, on peut couper l'interrupteur de puissance pendant des intervalles de temps situés autour de cha que valeur extrême ou de crête de la tension alternative sinu soidale appliquée au moteur, la durée de ces intervalles étant réglée en fonction du courant de commande destiné à l'interrupteur de puissance. L'invention s'étend à un montage du type indiqué dans le préambule, ce montage étant caractérisé en ce que - un générateur d'impulsions raccordé au circuit électrique du moteur produit des impulsions dont le décalage dans le temps par rapport aux passages par zéro de la tension alternative sinusoldale appliquée au moteur est proportionnel au courant du moteur - un amplificateur opérationnel est, par la réception de ces impulsions, raccordé au générateur d'impulsions et à un circuit de mesure servant à la réception à'un signal de mesure proportionnel au courant de commande destiné à l'interrupteur de puissance, une valeur de consigne du décalage dans le temps des impulsions par rapport aux passages par zéro de la tension alternative du moteur pouvant être réglée sur l'amplificateur opérationnel au moyen d'un potentiomètre raccordé à cet amplificateur opérationnel ; - une entrée d'un amplificateur est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel, cet amplificateur recevant par une autre entrée une tension en dents de scie produite par un générateur de tension en dents de scie, dont la fréquence est proportionnelle à la tension alternative du moteur, un signal d'amplificateur étant produit à la sortie de cet amplificateur tant que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel et la tension en dents de scie dépassent des valeurs de seuil établies en fonction de la puissance nominale du moteur - la sortie de l'amplificateur est reliée à une entrée d'une porte dont la seconde entrée reçoit une impulsion rectangulaire à la cadence de chaque demi-onde négative et positive de la tension alternative du moteur, une impulsion d'extinction étant produite à la sortie de cette porte pendant chacune des périodes dans lesquelles l'une des impulsions rectangulaires et le signal de sortie de l'amplificateur règnent simultanément aux deux entrées de la porte, cette impulsion d'extinction coupant l'interrupteur de puissance. On obtient ainsi qu'il ne soit envoyé au moteur, notamment au rotor en court-circuit d'un moteur asynchrone, que le courant dont il a besoin pour maintenir le couple moteur exactement requis. L'ajustement de la puissance absorbée peut avoir lieu de façon continue et varier constamment avec la charge variable du moteur. On peut ainsi obtenir des économies atteignant 40%. On obtient en outre une améliora- tion dans le maintien à une valeur constante du déphasage entre la tension du moteur et le courant du moteur. Une compensation supplémentaire du courant déwatté est ainsi fréquemment rendue superflue. L'invention peut être mise en application dans l'ensemble du domaine technique des commandes par moteurs électriques, lorsque les moteurs doivent fonctionner parfois ou tout le temps à charge partielle. On peut en outre procéder sangs aucune complication à quipement après coup d'installations existantes. Dans le cas des moteurs de compresseurs et des machines similaires, on obtient en outre une durée de vie accrue. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la fig.1 est un-bloc-diagramme d'un exemple de réalisation de linvention - les fig.2A à'2L sont des graphiques destinés å expliquer le fonctionnement du montage représenté sur la fig.i - la fig.3 est un graphique représentant des courbes caractéristiques couple moteur/vitesse de rotation. L'exemple de réalisation dgappareil de command de puissance représenté sur la fig.1 sous forme de bloc-diagrami permet de n'envoyer à un moteur M que le courant dont il a besoin pour maintenir le couple moteur exactement requis pour la vitesse de rotation nominale constante à maintenir. Le blocdiagramme représente un générateur d'impulsions 1 qui produit une suite d'impulsions (fig.2B) dont le décalage dans le temps t OR par rapp rt au passage par zéro correspondant de la tension alternative sinusoïdale du moteur (f ig.2A) est proportionnel au courant du moteur. Cette suite d'impulsions est envoyée à un amplificateur opérationnel 2.A cet amplificateur opdration- nel 2 est raccordé un potentiomètre P1 qui permet de régler une valeur de consigne (fig.2D) sous forme d'une tension de consigne U pour le décalage dans le temps des impulsions par s rapport aux passages par zéro de la tension alternative du moteur. A l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel 2 est en outre raccordé, en tant que circuit de mesure du courant de commlande,un bloc d'alimentation secteur 5 appartenant à un étage de déclenchement 6 qui agit sur l'électrode de commande d'un interrupteur de puissance 8. Le bloc d'alimentation 5 fournit une tension de valeur UT (fig.2C) qui est proportionnelle à la résultante du courant de commande.Le signal de sortie UO (f ig.2E) de l'amplificateur opérationnel 2 est appliqué à une entrée d'un amplificateur 4. Un générateur de tension en dents de scie 3, produisant la tension en dents de scie UR (f ig.2F) est relié i une autre entrée de l'amplificateur 4,A la sortie de l'amplificateur 4 est produit un signal de sortie d'amplificateur, par exemple sous forme d'un signal rectangulaire (Uv sur la fig.2G), tant que le signal de sortie (UO sur la fig.-2E) de l'amplifica teur-opérationnel 2 et la tension en dents de scie UR (fig.2F) dépassent des valeurs de seuil SO (fig.2E) et SR 5fig.2F) ré glées. en fonction de la puissance nominale du moteur. Le signal de sortie Uv (f ig.2G) de l'amplificateur 4 est envoyé à une entrée d'une porte 13, dont la seconde entrée reçoit une impulsion rectangulaire UMW fig.2H) à la cadence de chaque demionde négative et positive de la tension alternative du moteur. A la sortie de-la porte 13 est produite une impulsion d'extinction Ut (fig.2J) pendant chacun des intervalles de temps pendant -lesquels il règne simultanément sur les deux entrées de la porte l'une de ces impulsions rectangulaires (UM > ; sur la fig.2H) et le signal de sortie-de l'amplificateur UV (fig.2G). Cette impulsion d'extinction est, à l'aide d'un condensateur, non représenté en particulier et qui se charge et se décharge à la cadence de la tension alternative du moteur, décalée de façon telle qu'elle existe dans l'intervalle de temps pendant lequel la tension alternative du moteur passe par sa valeur extrême ou de crête.A cet instant, le courant de commande destiné à l'électrode de commande de l'interrupteur de puissance 8 est coupé dans le montage déclen cheur 6, de sorte qu'il s'établit pour la tension alternative du moteur l'allure de variation de tension représentée sur la fig.2L. On obtient ainsi que chacune des valeurs extrêmes de la tension alternative sinusoïdale du moteur soit réduite ce qui fait que les pertes par courants de Foucault dans le moteur sont également réduites. La formation de l'impulsion de déclenchement par la commande de l'interrupteur de puissance 8 a lieu dans l'amplificateur 4 par des organes formateurs réglables manuellement par exemple des potentiomètres P2 et P3. Lorsque l'ajustement optimal est obtenu, cela peut être indiqué, par exemple, par une diode luminescente. Cependant, il est aussi possible d'effectuer une optimisation automatique à l'aide d'un circuit d'optimisation 7. Ce circuit d'optimisation, mis en service à l'aide d'ur touche de mise en route P4, reçoit la valeur de mesure UT (fig. 2C) du bloc d'alimentation 5, proportionnelle au courant de commande ainsi que les impulsions du générateur d'impulsions 1 (fig.2BJ.A cet effet, c'est par la manoeuvre d'un commutateur sur la borne destinée à l'optimisation automatique que ce circuit d'optimisation 7 est raccordé à l'amplificateur 4. En fonc tionnement automatique, un ajustage unique en une fois a lieu automatiquement. Pour prélever la tension UM appliquée au moteur M (fiv.2), ainsi que le courant de charge IL, on utilise des ponts à diodes 10 et 11, les signaux correspondants étant transmis par des conducteurs R1 et R2 au générateur d'impulsioi 1. En outre, la tension UM prélevée à l'aide du pont à diodes 1G est transmise au générateur de tension en dents de scie 3 par le conducteur R1. Dans la partie de circuit de puissance 12, il est en outre prévu une résistance de protection N et une résistance de protection de démarrage RS. Dans le montage déclencheur 6 se trouve réalisée une grille d'impulsions qui est appliquée à l'électrode de commande de l'interrupteur de puissance 8. L'interrupteur de puissance 8 est constitué de préférence par un thyristor bloquable dont l'électrode de commande et la cathode ont une structure en doigt. Un tel thyristor bloquable est connu , par exemple, d'après "Elektronik Industrie"3,1982, pages 15 à 18. On obtient ainsi une adaptation continue de la puissance absorbée par le moteur électrique, notamment un moteur asynchrone à la condition de charge considérée. Sur le graphique de la fig.3 représentant la courbe caractéristique A couple moteur/vitesse de rotation d'un moteur asynchrone, on a porté en abscisse la vitesse de rotation N et en ordonnée le couple moteur C du moteur. En règle générale les commandes par moteur sont déterminées pour les conditions maximales, c'est-à-dire que, lorsqu'elles fonctionnent à charge partielle, la vitesse de rotation nominale N N est obtenue par un couple nominal CNA. Cependant, comme le montrent les courbes de la fig-.3, on peut aussi obtenir la vitesse de rotation nominale N N avec un couple moteur nominal réduit, par exemple par le couple moteur nominal CNB appartenant à la courbe caractéristique B représentant les variations du couple moteur en fonction de la vitesse de rotation. Si l'on essayait de décaler encore davantage la caractéristique couple moteur/vitesse de rotation, on courrait le risque de déséquilibre du moteur. En d'autres termes, on ne pourrait pas garantir que la vitesse ce rotation nominale NN puisse être maintenue par le couple moteur obtenu. REVENDICATIONS 10) Procédé pour régler la puissance absorbée par un moteur à courant alternatif (M) alimenté par l'intermédiaire d'un interrupteur de puissance commandé (8) en fonction du courant du moteur (M) caractérisé en ce qu'on règle la courbe caractéristique (B) couple moteur C/vitesse de rotation (N) du moteur pour ne produire que le courant du moteur nécessaire pour la vitesse de rotation nominale (NN) à maintenir constante. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coupe l'interrupteur de -puissance (8) pendant des intervalles de temps situés autour de chaque valeur extrême ou de crête de la tension alternative sinusoidale (UM) appliquée au moteur (M), la durée de ces intervalles étant réglée en fonction du courant de commande destiné à 1'interrup- teur de puissance. 30b Circuit pour régler la puissance absorbée par un moteur à courant alternatif (g) alimenté par l'intermédiaire d'un interrupteur de puissance commandé (8) en fonction du courant du moteur, caractérisé en ce que - un générateur d'impulsions l1) raccordé au circuit électrique du moteur produit des impulsions dont le décalage dans le temps (t6LQ par rapport aux passages par zéro de la tension alternative sinusoidale tU) appliquée au moteur (M) est proportionnel au courant du moteur ;; - un amplificateur opérationnel (2) est, pour la réception de ces impulsions, raccordé au générateur d'impulsions (1) et à un circuit de-mesure (5) servant à la réception d'un signal de mesure proportionnel au courant de command destiné à l'interrupteur de puissance (8), une valeur de consigne du décalage dans le temps (te*4 des impulsions par rappo: aux passages par zéro de la tension alternative (UM) du moteur (M) pouvant être réglée sur l'amplificateur opérationnel (2) a moyen d'un potentiomètre P1) raccordé à cet amplificateur opérationnel (2). - une entrée d'un amplificateur (4) est reliée. à la sortie de l'amplificateur opérationnel (2), c-et amplifi cafteur (4) recevant par une autre entrée une tension en dents de scie (UR) produite par un générateur de tension en dents de scie (3), dont la fréquence est proportionnelle à la tension alternative du moteur, un signal d'amplificateur étant produit à la sortie de cet amplificateur (4) tant que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel (2) et la tension en dents de scie dépassent des valeurs de seuil (SoSR) établies en fonction de la- puissance nominale du moteur - la sortie de l'amplificateur (4) est reliée à une entrée d'une porte (13) dont la seconde entrée reçoit une impulsion rectangulaire (UMw) à la cadence de chaque demionde négative et positive de la tension alternative du moteur, une impulsion d'extinction UL étant produite à la sortie de cette porte (13) pendant chacune des périodes dans lesquelles l'une des impulsions rectangulaires et le signal de sortie de l'amplificateur (4) règnent simultanément aux deux entrées de la porte (13), cette impulsion d'extinction coupant l'interrupteur de puissance (8).