Brevet FR2561046A1 — publié le 19850913

L'invention coneerne un dispositif de coupe-circuit pour moteurs à courant alternatif, en particulier pour moteurs à bague de déphasage, de préférence de ventilateurs, qui sont com- mandés au moyen d'un dispositif de régulation de puissance qui S interrompt et rétablit le courant du moteur ou agit par coupure du début des demi-ondes du courant alternatif et qui présente une sortie de triac ou thyristor triode bidirectionnel. Surtout dans le secteur de la technique de chauf- fage et d'aérage, il est actuellement usuel, pour des raisons de confort, de régler la vitesse de rotation de ventilateurs servant à l'évacuation de chaleur d'appareils de chauffage de locaux. Cette régulation s'effectue indépendamment de la temperature du local ou de l'espace environnant. A la mise en marche de l'appareil (local non chauffé), le ventilateur commencera de tourner avec la pleine puissance du moteur, afin d'obtenir un chauffage aussi rapide que possible du local par une intense évacuation de chaleur, par exemple depuis le coeur d'un calorifère à accumulation de chaleur. Le réglage de la puissance de moteurs électriques au moyen de dispositifs de commande est connu également en d'autres domaines d'application. Les régulations de puissance usuelles com- portent actuellement le plus souvent un triac pour la commande par déphasage d'amorçage ou coupure du début des demi-ondes du courant alternatif, le triac recevant sa tension de gâchette à partir d'une tension de réglage avec application d'une valeur de consigne, le système comprenant à cet effet, en règle générale, des amplificateurs opérationnels ou des dispositifs analogues. Alors que l'application de régulateurs à triac pour la commande par coupure du début des demi-ondes du courant alterna- tif est généralement sans problèmes tant qu'il s'agit d'utilisateurs purement ohmiques, la commande par triac d'un moteur à courant alter- natif, en particulier d'un moteur à bague de déphasage, pose, en raison de la résistance efficace inductive du moteur, les problèmes décrits ci-après. Dans le cas d'une défectuosité de triac, il y a lieu d'établir une distinction entre les différents états (de blocage ou de conduction) possibles du triac défectueux. a) Si Le triac est conducteur en permanence, les deux demi-ondes du secteur sont appliquées au moteur, lequel reçoit donc en continu son courant nominal. Le moteur marche par conséquent sous des conditions admissibles, sauf que sa puissance ne peut plus être réglée. b) Par contre, si le triac n'est pas amorcé, la défectuosité du triac a pour conséquence que soit la demi-onde positive soit la demi-onde négative du secteur est appliquée au bobinage du moteur. En raison de ce fonctionnement sur une demi-onde, la résistance efficace inductive diminuera fortement, par suite de La composante de courant continu du courant alternatif pulsateur et du décalage, ainsi produit, de la prémagnétisation du moteur dans la région de saturation. Le moteur tire un multiple du courant nomi- nal par la demi-onde restante, de sorte qu'il s'échauffe fortement et qu'il finit par griller. On a déjà tenté d'éviter le risque de grillage de moteurs électriques à commande par triac en installant sur les moteurs des capteurs thermiques, sous forme d'interrupteurs à bilame et de dispositifs analogues, qui sont en mesure de détecter l'éléva- tion de la température du moteur et decouper alors son alimentation électrique. De telles régulations sont onéreuses et elles ont sur- tout l'inconvénient qu'elles commencent seulement à agir lorsque le moteur est déjà fortement échauffé. De plus, elles exigent une inter- vention dans le moteur, de sorte que celui-ci devient plus compliqué et plus coûteux. Le but de l'invention est de créer, pour des moteurs à courant alternatif commandés par triac, un dispositif de court-circuit qui puisse être fabriqué simplement et économiquement, qui puisse être installé aprèscoup sur des moteurs électriques à commande par triac existants, et qui réagisse, dans le cas d'une défectuosité de triac, avant que le moteur ne s'échauffe. Selon l'invention, un tel dispositif de coupe- circuit est caractérisé en ce qu'il comprend, entre la sortie de triac et la borne correspondante du moteur, un réseau coupe-circuit constitué d'au moins deux diodes, d'au moins deux coupe-circuit 6 1046 et d'un circuit double formé de deux branches parallèles, chaque branche contenant au moins une diode et un coupe-circuit en série et les diodes des branches étant montées tête-bêche. L'invention exploite le phénomène, que l'on peut observer sur les moteurs à courant alternatif, que la fraction induc- tive déjà mentionnée de la résistance efficace diminue fortement lorsque le moteur à courant alternatif est alimenté avec un courant comportant une composante de courant continu excessive, laquelle a pour conséquence que les composantes magnétiques du moteur sont amenées dans la région de saturation, tandis qu'une inversion de la magnétisation ne se produit plus en raison de l'absence de l'autre demi-onde du secteur. La résistance efficace du moteur passe d'une valeur inductive élevée à une faible valeur ohmique, ce qui produit l'élévation de l'intensité du courant traversant le moteur. Afin de pouvoir réagir à ce cas particulier de l'abaissement de la résistance du moteur (provoqué par la défectuosité de triac) avant que le moteur ne se soit échauffé excessivement, l'invention prévoit, entre la sortie du triac et le moteur, un doublage d'une partie de la ligne d'alimentation menant de la sortie du triac au moteur et la disposition, dans chacune des deux branches du circuit double ainsi formé, d'une diode avec un coupe-circuit en série, les deux diodes étant montées tête-bêche. Ainsi, une demi- onde (la demi-onde positive par exemple) passe par une première branche et l'autre demi-onde passe par l'autre branche du circuit double. Le courant global ou courant nominal ainsi amené au moteur se répartit par conséquent uniformément sur les deux branches paral- lèles, de sorte que le courant de déclenchement de chacun des deux coupe-circuit doit correspondre à Inom/12. Dans le cas d'une défectuosité de triac correspon- dant au cas b) précité (le cas a) ne présente pas de danger pour le moteur), le courant dans l'une des branches devient nul, mais le courant dans l'autre branche devient un multiple de Inom/2, du fait de l'abaissement de la fraction inductive de la résistance. Le coupe- circuit dans la branche parcourue par ce courant plus intense dé- clenche de ce fait, de sorte que le risque de grillage du moteur est évité. Lorsque,.ensuite, le triac est réamorcé, toute la tension du secteUr est appliquée de nouveau au dispositif coupe- circuit. Cependant, comme le coupe-circuit d'une des branches paral- Lèles a déjà réagi, la branche restée intacte ne peut appLiquer au moteur qu'un courant continu pulsatoire. Du fait que l'intensité de ce courant puLsatoire est également beaucoup plus élevée que La moitié de l'intensité du courant nominal du moteur, en fonction de LaqueLLe le coupe-circuit est caLibré, le second coupe-circuit s'ouvre également, de-sorte que Le moteur est complètement déconnecté. IL est avantageux que la valeur de décLenchement des coupe-circuit dans chacune des deux branches parallèles corres- ponde approximativement à 0,6-1,5 fois la vaLeur du courant global traversant le réseau coupe-circuit. Un tel calibrage assure, d'une part, que les élévations relativement faibLes du courant au-dessus du courant nominal moyen ne provoquent pas un déclenchement intempes- tif des coupe-circuit, d'autre part, que l'un des coupe-circuit dé- clenche dans tous Les cas s'iL se produit une défectuosité de triac, car L'élévation de courant observée par suite de L'abaissement de La résistance inductive quadruple à peu près Le courant dans La branche considérée. Lorsque Les coupe-circuit sont des fusibles Lents, on obtient, d'une part, que de courtes impulsions de courant de démarrage n'entraînent pas le décLenchement des coupe-circuit, d'autre part, que L'ensemble du dispositif de coupe-circuit est réalisable de façon très économique. Lorsque, selon un autre mode de réalisation, chaque coupe-circuit est constitué par un disjoncteur susceptible d'être réenclenché, on peut facilement rétablir la situation de départ après suppression de la défectuosité de triac qui était à l'origine du déclenchement. Lorsque, selon une autre caractéristique de l'inven- tion, L'ensemble du dispositif de coupe-circuit,comprenant les deux coupecircuit et les diodes, de même que Le câblage correspondant, est noyé dans uh boîtier commun en matériau isolant, qui présente deux bornes pour le raccordement de fils, il devient très facile d'incorporer Le dispositif selon l'invention dans la Ligne d'alimen- tation du moteur, sans que cela demande d'autres transformations. D'autres caractéristiques et avantages de L'inven- tion ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non Limitatif, ainsi que des dessins annexes sur Lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel du dispo- sitif de coupe-circuit intercale entre le régulateur de puissance et le moteur; La figure 2 est un schéma selon La figure 1 avec simulation d'une première défectuosité de triac; - les figures 3 et 4 sont des schémas simulant un deuxième type de défectuosité de triac; - la figure 5 est un schema selon figure 1 pour représenter la situation après déclenchement d'un coupe-circuit; et - la figure 6 est un schéma selon figure 1, mais avec des éléments supplémentaires pour déterminer Les courants dans les différentes parties du réseau coupe-circuit. Cemme le montre La figure 1 notamment, Le dispositif de coupe-circuit selon l'invention, destiné à des moteurs à courant alternatif 2,est connecté à la sortie de triac 4 d'un dispositif de régulation de puissance 3 comprenant un triac 5 et branché sur un secteur alternatif dont une phase est désignée par LI et le neutre par N. Le dispositif coupe-circuit I comprend un circuit double 6 qui est formé de deux branches parallèles 6 et 7. Chacune des branches contient, en série, une diode D1 ou D2 et un coupe-circuit Si1 ou Si2. Les coupe-circuit, les diodes et le câblage formant Le circuit double 6 sont disposés dans un boîtier commun 9 en matériau isolant, qui présente deux bornes à vis 10, 11, dont la première est connectée à la sortie de triac 4 et l'autre est connectée à la borne 12 du moteur 2. Pendant le fonctionnement normal, la demi-onde posi- tive du secteur passe par D1, Si, et Le moteur à courant alternatif 2 et la demi-onde négative du secteur passe par la diode D2, le coupe- circuit Si et le moteur. Ce dernier agit comme une inductance pré- sentant une certaine résistance efficace. Si Le triac 5 est défectueux, différents cas peuvent se présenter,,qui seront décrits ci-après. 2 5 6 1046 Le triac 5 est conducteur en permanence, ce qui correspond à la fermeture de l'interrupteur ST représenté en paral- lèle avec le triac sur la figure 2. Les deux demi-ondes du secteur sont alors appliquées à travers les deux branches parallèles 7, 8 du dispositif de coupe-circuit I au moteur 2.Cèelui-ci est traversé par le courant nominal, de sorte qu'il n'y a pas de risque de gril- lage du moteur. Le triac 5 n'est pas amorcé. En raison de cette défectuosité, la seule demi-onde positive du secteur est appliquée à travers le dispositif de coupe-circuit au moteur 2, ce qui corres- pond à la situation représentée sur la figure 3 avec la diode D en parallèle avec le triac 5, le courant JG pour un sens de conduc- tion du triac étant nul. La branche 7 est parcourue d'un courant continu puLsatoire, lequel passe donc par la diode D1, le coupe- circuit Si1 et le moteur à courant alternatif 2, dont la résis- tance inductive est fortement abaissée par la prémagnétisation par champ continu. Le courant I circulant dans la branche 7 augmente de ce fait très fortement, ce qui provoque le déclenchement du coupe- circuit-Si1. Le courant J dans la branche 8 reste nul. Si le triac présente le défaut que la demi-onde négative est en permanence transmise complètement, on obtient La situation représentée sur la figure 4, qui est semblable à la situation de la figure 3, mais avec inversion de la diode dans le circuit fictif représenté en pointillé parallttèleiet au triac 5 et avec circulation d'un courant nettement plus fort par La branche 8 au lieu de la branche 7. Dans ce cas, c'est le coupe-circuit Si2 qui déclenche. Lorsque, à la suite de la situation décrite rela- tivement à la figure 3 ou à la figure 4, le triac 5 est réamorcé, toute la tension alternative du secteur est de nouveau appliquée à l'entrée du dispositif de coupe-circuit. Cependant, comme l'un des coupe-circuit (Si1 par exemple) a déjà réagi, seul un courant continu peut être appliqué à travers la diode D2 et le coupe-circuit Si2 au moteur 2, ce qui correspond à la situation représentée sur la figure 5. Du fait que ce courant continu est également beaucoup plus fort que le demi-courant nominal traversant normalement la branche 8, le coupe-circuit Si2 déclenche également. Le moteur 2 est donc complètement déconnecté. La figure 6 représente un montage expérimental avec lequel ont été réalisés différents essais, dont les résultats sont indiqués dans ce qui va suivre. Les appareils de mesure utilisés étaient des multimètres numériques HP 3466A. Le moteur utilisé pour les essais était un moteur de ventilateur OLK 45/2400-2518 de ITT. Lors d'un fonctionnement normal, avec les inter- rupteurs S1 et 2 ouverts, on mesure: U(V) I1(mA) I2(mA) I3(mA) Remarque 220 82 81 159 freiné 220 80 79 151 marche à vide Pour mesurer les courants de demi-onde I1 et 12 seuls, Si1 a été shunté et Si2 a été enlevé (ou Si1 a été enlevé et Si2 a été shunté) et le triac a chaque fois été allumé briève- ment. En cas de déclenchement de Si ou de Si2, on i20 mesure respectivement: I I1 (demi-onde positive) = 347 mAz4.-om 1 2 I2 (demionde négative) = 353 mA4..nom 2 2 Puissance effective du ventilateur = 40 W, ce qui est trop U sect. Pw = __ I1 ou I2 2 I 2 Mesure avec commande par coupure du début des demi-ondes U = 130 V 13 = 49,6 mA avec simulation d'une défectuosité de triac: S1 fermé, S2 ouvert I1 = 320 mA 4-- Si1 déclenche 12 = 14,5 mA S1 ouvert, S2 fermé I1 = 14t9 mA 1I = 320 mA ---4 Si2 décLenche 6 1046 Au cas o le triac travaille comme un thyristor simple, en ce sens que la demi-onde négative est bloquée, la tension U sur Sil, D1 et Le moteur monte à l'abaissement de la température (ambiante). A un moment donné, le courant nominal de 100 mA du coupe- circuit est dépassé. Le coupe-circuit Si1 peut alors déclencher avec du retard. Cependant, comme, même avec un courant nominal double du coupecircuit, de 200 mA, la puissance effective Pw sur le moteur n'est que de 25 W (ce qui est admissible), il n'existe pas de risque pour le ventilateur dans ce cas non plus. Il en va de même pour le cas o la demi-onde positive est bloquée et la demi-onde négative est réglée. LISTE DE REFERENCES 1 Dispositif de coupe-circuit 2 Moteur à courant alternatif 3 Dispositif de régulation de la puissance 4 Sortie de triac Triac 6 Circuit double 7 Branche du circuit double 8 Branche du circuit double 9 Bottier en matériau isolant Borne à vis 1l' Borne à vis 12 Borne de moteur 6 1046 REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de coupe-circuit (1) pour moteurs à courant alternatif (2), en particulier pour moteurs à bague de déphasage, de préférence de ventilateurs, qui sont commandés au moyen d'un dispositif de régulation de puissance (3) qui interrompt et rétablit le courant du moteur ou agit par coupure du début des demi-ondes du courant alternatif et qui présente une sortie (4) de triac ou thyristor triode bidirectionnel, caractérisé en ce qu'il comprend, entre la sortie de triac (4) et la borne correspondante (12) du moteur, un réseau coupe-circuit constitué d'au moins deux diodes (D1, D2), d'au moins deux coupe-circuit (Si1, Sil et d'un circuit double (6) formé de deux branches parallèles (7, 8), chaque branche contenant au moins une diode (D1, D2) et un coupe-circuit (Si1, Si2) en série et les diodes des branches (7, 8) étant montées tête-bêche. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de déclenchement des coupe-circuit (Sil, Si2) correspond approximativement à 0,6-1,5 fois l'intensité du courant total traversant le réseau coupe-circuit. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les coupe-circuit (Si1, Si2) sont des fusibles lents. 4. Dispositif selon la revendication I ou 2, caracté- risé en ce que les coupe-circuit (Si1, Si2) sont des disjoncteurs pouvant être réenclenchés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coupe-circuit et les diodes sont noyés dans un bottier commun (9) en matériau isolant présentant deux bornes.