Brevet FR2536919A1 — publié le 19840601

L'invention se- rapporte à un moteur composite à énergie électrique età vitesse-- variable. Dans de nombreux domaines d'utilisation industrielle, on recherche des moteurs électriques à vitesse -variable, de bon rendement et de grande fiabilite. On rencontre plus particulièrement ce besoin dans le domaine industriel de la chimie, de la pétrochimie et dans les industries alimentaires où il faut, pour mettre en oeuvre les procédés de production régler constamment le. débit des fluides dans les diverses conduites des installations de production. La manière simple et encore beaucoup utilisée actuelEement consiste à employer des moteurs à vitesse fixe et à commander la variation de débit par une vanne à étranglement progressif. L'énergie, quelque fois importante , correspondant à la diminution de débit est alors entièrement dissipé-e -dans la vanne à étranglement c'est-à-dire complètement perdue. II existe bien entendu des moteurs électriques à vitesse variable. Le plus répandu est le moteur à courant continu associé à un redresseur à thyristors commandés en angle d'ouverture. L'entretien nécessité par le collecteur et les balais, ne permet pas d'envisager d'applications en milieu d'accès difficile ou en ambiance dangereuse ou agressive. Dans certaines applications particulières il est recommandé- et souvent obligatoire d'employer des moteurs à sécur-ité renforcée du type anti-déflagrants. Ceci conduit à l'util-isation de moteurs asynchrones à cage qui ne -possèdent ni bagues ni balais et que l'on commande en vitesse par un convertisseur de fréquence à thyristors. Ce dernier, souvent fort complexe, augmente notablement le court de ce type d'ensemble moteur à vitesse variable. Pour économiser l'énergie dissipée dans la charge il convient d'utiliser un moteur à bon rendement et à vitesse variable adapté techniquement et financie- rement au type d'application industrielle recherchée. Par ailleurs, pour être intéressants en milieu industriel, ces moteurs doivent pouvoir fonctionner sans défaut ou défaillance en ambiance difficile, agressive su explosive et ne nécessiter qu'un entretien minime et peu fréquent. De plus, ce moteur doit être de constitution simple dans sa structure générale et dans son alimenta- tion. L'invention a pour but de proposer un tel ensemble moteur à énergie électrique et à vitesse variable -qui combine les avantages de la simplicité des alimentations des moteurs à courants continus et les avantages typiques des moteurs asynchrones. A cet effet l'invention se montre remarquable par l'utilisation dans une même carcasse de deux moteurs asynchrones montés en cascade et couplés mécaniquement et électriquement en alimentant par le réseau le stator du premier moteur en rendant communs les rotors et en couplant le stator du deuxième moteur sur le réseau à travers un transformateur et un pont redresseur-onduleur à diodes et thyristors commutés par le réseau. On peut adjoindre, à titre de variante, un gradateur de puissance sur le stator du premier moteur pour régler la vitesse en marche à vide. Dès lors, les bagues dev i ennent inutiles, la. liaison électrique intérieure s'effectuant par la réunion des rotors. On peut réaliser ainsi un ensemble moteur à vitesse variable, sans bagues ni balais de rendement excellent utilisable en atmosphère exp.losive ou sévère, par exemple chargée chimiquement. Sa grande fiabilité et son faible entretien lui confèrent toutes les qualités et avantagés d'un moteur asynchrone. Il permet en effet, par l'adjonction d'un moyen simple de faire varier sa vitesse en gardant un bon rendement. Par ailleurs son court de fabrication permet de proposer un ensemble moteur à vitesse variable a un prix compétitif par rapport aux solutions anté rieurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode d'exécut-ion de la présente invention effectuée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins accompagnants dans lesquel-s: - la figure 1 est le schéma ~électrique général d'un ensemble moteur à vitesse variable comprenant le-moteur composite selon' I'inven tion. - la figure 2 est le -schéma électrique général d'un .ensemble moteur à vitesse variable avec gradateur et inverseur dans le circuit du premier sator. On décrira ci-après l'invention dans une application courante, par exemple l'entraîneiiient à vitesse variable d'une pompe ou-d'un ventilateur. On a représenté le cas d'une pompe, mais il est bien entendu toutefois que cet. exemple ne saurait être -limitatif ét que toutes autres applications s' avèrent possibles- telles que entraînement d'un groupe compresseur, d'un broyeur, ... Plus particul ièrement, l'invention se rapporte à un moteur composite électrique-- constitué dans son principe par l'association de deux moteurs asyn chrones couplés mécaniquement et électriquement dans un même bloc mécanique Les moteurs 1 et 2 sont montés dans une même carcasse 3. Les.stators respect, ifs Spi et STZ restent électrsquement indépendants. Les rotors RT1 et RT2 sont montés en alignement sur le même arbre et réunis entre eux électr.iquement. Pour ce faire on peut prévoir le passage des fils à l'intérieur de l'arbre creux ou en surface latérale. L'une ou l'autre variante dépendra de la technologie employée pour la fabrication. L'alimentation de ce moteur composite s'effectue par conséquent uniquement par le stator STî. Le stator STZ est -relié au réseau par un ensemble redresseur-onduleur 4 constitué d'un pont redresseur à diodes PRD et d'un pont onduleur à thyristors POT. Les thyristors de ce dernier sont commutés par le réseau à niveau réglable permettant la variation de vitesse. Cette cascade se referme sur le réseau à travers un transformateur 5. Elle- constitue le circuit de soutirage qui renvoie une partie de l'énergie électrique au réseau en quantité réglable. En variante, ainsi que le montre la figure 2 on peut adjoindre dans I-e circuit d'alimentation c'est-à-dire insérer entre ST1 et le réseau, un module gradateur 6 de puissance destiné à régler ou à ajuster la vitesse en marche à vide. Le module gradateur 6 sera complété par un inverseur mécanique ou statique 7 si l'on souhaite parcourir les quatre quadrants à vide ou en charge. On expliquera ci-après le fonctionnement du moteur composite selon l'invention piloté par son ensemble de commande'à soutirage. L'énergie électrique prélevée au réseau d'alimentation alternatif est transmise au stator ST1 .Comme dans un moteur asynchrone le champ glissant de ST1 transmet cetté énergie aux pertes près au rotor RT1 où elle se décompose en deux parties: d'une part en énergie mécanique transmise à la charge et d'autre part en énergie électrique transmise au stator ST2 par une liaison électrique et à travers RT2. Selon le schéma général représenté .en figures 1 et, 2, cette énergie de soutirage est .renvoyée au réseau à niveau réglable à travers le pont redresseur 4 et le transformateur 5. Ce montage permet de régler la vitesse, -dans des proportions suffisantes II est bien entendu qué diverses modifications simples, variantes directes, substitution par des moyens équivalents ou adjonction d'élément(s) einopé- rant(s), ne changent en rien l'essentiel de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur composite d vitesse variable caractérisé en ce qu'il comprend montés côte à cote dans la môme carcasse un premier moteur (1) à stator ST1 et à rotor RTî et un deuxième moteur (2) à stator ST2 et à rotor RT2, RT1 et RT2 étant couplés mécaniquement et électriquement, l'ai imentation électrique s'effectuant par STI et la sortie de soutirage pour la variation de vitesse s'effectuant par ST2 relié au réseau par un- montage approprié. 2. Moteur composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que RTî, et RT2 sont montés sur le même arbre. 3. Moteur composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on prévoit entre le réseau et ST1 un gradateur de puissance (6). 4. Moteur composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on adjoint au gradateur un inverseur mécanique ou statique (7).