Brevet FR2566600A1 — publié le 19851227

On sait que les moteurs asynchrones sont des machines d'emploi très répandu, généralement préférées en considération de leur bas coût et de 1 a sécurité d'exercice qu'elles offrent dans toutes les applications de type industriel qui ne demandent pas de vitesses réglables. En effet le moteur asynchrone est peu approprié pour des applications dans lesquelles il faut modifier la vitesse. Il est donc évident qu'il serait três important de mettre en oeuvre un moteur asynchrone triphasé qui offre la possibilité d'en modifier la 9i- tesse dans un champ suffisamment vaste et de manière simple et fiable. On a fait plusieurs tentatives de variation de vitesse, en modifiant la fréquence d'alimentation; la méthode toutefois est peu utilisée en considération du coût et de la complication dérivant de la nécessité d'un convertisseur de fréquence. Une autre méthode utilisée consiste à disposer sur le stator divers enroulements d'un nombre différent de pâles; en branchant les différents enroulements sur le réseau on obtient un égal nombre de vitesses qui sont inversement proportionnelles au nombre des pâles. On peut ainsi obtenir plus d'une vitesse (généralement jusqu'à trois) qui sont toutefois très éloignées l'une de l'autre. On a également fait des tentatives qui prévoient l'utilisation de diodes contrôlées, comme par exemple des Triacsou SCR, rapportées en série sur les lignes d'alimentation des phases du moteur asynchrone triphasé. Dans ce cas toutefois les inconvénients sont de telle portée qu'ils compromettent le bon fonctionnement du réglage. En effet l'utilisation de ce système de réglage est préétabli pour la fréquence choisie et donc ne peut pas être utilisé pour des fréquences différentes, mais le désavantage le plus important est que ce système est sensible aux surtensions accidentelles qui peuvent endommager les Triacsou les SCR, également pour des courts-cîrcuitages des phases du moteur. En outre ce système est en dehors des problèmes liés aux harmoniques qui viendraient se créer sur les phases du moteur. Dans ce cas et en vue d'obvier à cela il faudrait adopter des systèmes sophistiqués de filtrage de ces harmoniques qui autrement produiraient du bruit et un fonctionnement généralement irrégulier. Evidemment dans ce dernier cas le système serait également très coûteux. Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus par la mise en oeuvre d'un dispositif de réglage graduel du couple moteur et du nombre de révolutions de l'arbre dçun moteur asynchrone triphasé quand il est utilisé pour mettre en mouvement des charges de masse considérable, telles que des charges mobiles transversalement ou des masses tournantes, déterminant la valeur adéquate d'un couple initial nécessaire à un démarrage doux et contenant graduellement la valeur de celui-ci dans sa variation vers le haut, en vue d'éviter des dommages aux structures et organes de transmission. Un autre important but de lginvention est de fournir la possibilité d'utiliser des moteurs simples et économiques du type asynchrone triphasé, à cages d'aluminium, cage résistive ou rotor en fer homogène en particulier, en alternative à des moteurs spéciaux ou systèmes bien plus coûteux et qui devraient prévoir des variateurs et convertisseurs de fréquence, variateurs de tension à diodes contrôlées, systèmes électromagnétiques, etc. Un autre but de l'invention est de permettre ledit réglage à travers un système très simple et fiable, du fait que le dispositif de réglage est extérieur par rapport au moteur et fixe, est insensible aux surtensions accidentelles dues aux variations de réseau, aux courts-circuits accidentels, etc., est d'installation très simple et peut fonctionner à n'importe quelle valeur de tension et de fréquence prévue dans le moteur. Un autre but encore de l'invention est de ne pas créer de perturbations pour d'autres appareils en parallèle et de ne créer aucun bruit malgré sa simplicité de construction. Ces buts et d'autres encore sont atteints par l'invention en question, caractérisée en ce qu'elle comporte, sur une ligne au moins, mais également sur chaque ligne d'alimentation des phases, et en série à chacune de celles-ci, des inductances correspondantes lesquelles, à leur tour, sont associées à des organes de contrôle correspondants en mesure d'opérer sur chaque inductance correspondante, également de manière indépendante l'un de l'autre, et destinés à dériver sur un cir cuit électrique, même graduellement, l'inductance correspondante. Le dispositif de réglage précité, de mise en oeuvre très simple, est en même temps très fiable et il remplit tous les objets mentionnés plus haut. La présence des inductances permet évidemment des faibles pertes de puissance active et en meme temps celles-ci s'opposent aux éventuelles harmoniques induites par les organes de contrôle précités, de manière que la tension d'alimentation aux phases du moteur asynchrone reste à peu près inchangée et donc sinusodale, induisant des bruits très bas. Les inductances, en série à une ou plusieurs lignes d'alimentation des phases permettent donc une chute de tension sur celles-ci réglable depuis un maximum initial, correspondant à une valeur minimum de tension sur les phases, jusqu'à un minimum final, ou bien leur complète exclusion, correspondant à la tension maximum sur les phases du moteur asynchrone, quand on désire atteindre la vitesse de régime du moteur. Les organes de contrôle peuvent être représentés par des relais mis en parallèle à chaque inductance en série à chaque ligne d'alimentation des phases, et dans ce cas évidemment la forme d'onde d'alimentation des phases reste parfaitement inchangée et le réglage de la tension sur les phases peut avoir lieu meme si l'on ne court-circuite qu'une seule des inductances en série sur les lignes d'alimentation des phases, du fait que le déséquilibre qui pourrait etre induit sur le moteur n'est pas important quand le moteur est appliqué pour la mise en mouvement de charges horizontales et non verticales ou bien pour des charges relatives à des masses tournantes. Par conséquent il n'existe aucun problème d'endommagement des enroulements du moteur. Les organes de contrôle peuvent également présenter un système à relais plus complexe, illustré dans la description détaillée qui suit dans laquelle on peut modifier graduellement et à gradins chaque inductance sans autre part faire ressortir des problèmes de surchauffage ou de court-circuitage des portions d'inductan ce dérivées des relais Une dernière possibilité est celle qui prévoit des organes de contrôle du type Triac, dont chacun est disposé en parallèle à l'inductance correspondante. De cette façon on peut court-circuiter et donc dériver chaque inductance quand le Triac est en conduction ou même, en utilisant des systèmes potentiométriques convenables sur les portes des Triacs, modifier avec continuité et graduellement l'inductance en série à la ligne d'alimentation de sa propre phase.Les déformations possibles induites par les Triacs sont évidemment dans ce cas à peu près éliminées par la présence, en parallèle aux Triacs, des inductances correspondantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit, donnée à simple titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma de principe du dispositif de réglage en question; - la figure 2 montre une première forme d'exécution du dispositif en question; - la figure 3 montre une autre forme d'exécution possible du dispositif de réglage référé à une phase individuelle; - la figure 4 montre une autre forme d'exécution du dispositif de réglage en question; - la figure 5 montre les caractéristiques du couple mo- teur en fonction du nombre de révolutions du moteur asynchrone triphasé dont le rotor est à cage d'aluminium;; - la figure 6 montre les caractéristiques du couple en fonction du nombre de révolutions du moteur asynchrone triphasé à cage de fer homogène. En se référant aux dessins annexés et notamment à la figure 1, le dispositif de réglage en question prévoit, par exemple dans le cas d'un moteur asynchrone triphasé, indiqué en 44, une triade d'inductances L1, L2 et L3 mises en série aux lignes d'alimentation des phases 1, 2 et 3 respectivement. Chacune de ces inductances, à travers des moyens qui seront décrits par la suite, peut entre modifiée par des moyens de contrôle appropriés, dans le but de modifier la tension d'alimentation de chaque enroulement de phase individuel du moteur asynchrone 44. Ainsi, le dispositif selon l'invention de réglage graduel du couple moteur comporte, au moins sur une ligne, mais également sur chaque ligne 1,2, 3 d'alimentation des phases, et en série à chacune de celles-ci, des inductances correspondantes L1, L2, L3, lesquelles, à leur tour, sont associées à des organes de contrôle correspondants ild, 22, 33 en mesure d'opérer sur chaque inductance correspondante L1, L2, L3, également de manière indépendante l'un de 11 autre et destinés à dériver sur un circuit électrique, même graduellement l'inductance correspondante.De cette manière, on peut faire'. varier en conséquence le couple moteur M du moteur asynchrone triphasé et donc le nombre de révolutions de l'arbre 45 du moteur. On sait en effet que dans un moteur asynchrone triphasé le couple moteur M est lié au nombre de révolutions n, dont les caractEris- tiques sont représentées sur la figure 5 ou 6, suivant que le rotor du moteur asynchrone est du type à cage (par exemple d'aluminium) ou du type en fer homogène respectivement. Une première fournie d'exécution pratique du dispositif de réglage est représentée sur la figure 2. Dans ce cas à chaque inductance Li-, L2 et L3 est mis en parallèle un relais correspondant Tl, T2 et T3. Avantageusement chacun de ces relais peut être.activé indépendamment des autres et non de manière synchrone. Au démarrage par eemple on mettra dans le circuit les trois inductances et donc les correspondants relais seront ouverts. Il est évident que les inductances seront dimensionnées en yue de déterminer en tout cas un couple minimum suffisant à causer un démarrage doux, et de toutes façons, celui-ci sera toujours plus élevé que 5 % du couple maximum. En même temps le choix d'inductances en série aux lignes d'alimentation des phases permet des faibles pertes de puissance active, du fait que seulement de la puissance réactive est impliquée sur les inductances. Le premier réglage qui peut être effectué est celui qui pourrait avoir lieu à la fermeture dgun seulement des relais précités, par exemple la fermeture du relais TI. Dans ce cas l'inductance LI est complètement exclue, ce qui donne lieu à une alimentation directe depuis le réseau jusqu'au moteur asynchrone, le long de la ligne d'alimentation 1; cela cause une augmentation de la somme vectorielle de la tension sur les phases du moteur 44. Il faut remarquer que dans ce cas, bien aucun déséquilibre ait été induit dans le moteur asynchrone, ce déséquilibre ntest pas important ici, du fait que les moteurs de ce type sont appliqués spécifiquement pour des mises en mouvement horizontales et non verticales ou bien pour la mise en mouvement de masses tournantes. Il faut remarquer également que 1a forme d'onde sinusoPdale d'alimentation des phases reste parfaitement inchangée, ce qui entraîne également l'élimination de tout bruit de l'appareillage.Le réglage suivant peut avoir lieu par la fermeture du deuxième relais T2 ou du relais T3 ou de tous les deux, suivant les différentes nécessités et exigences, jusqu'à atteindre le couple maximum quand les trois inductances LI, L2 et L3 seront complètement exclues. Dans le cas de la figure 2 on peut donc obtenir quatre réglages distincts de la tension sur les pha ses du moteur et donc du nombre de révolutions de ce dernier, conformément aux variations des couples moteurs M. Dans une forme d'exécution alternative possible on peut subdiviser chaque inductance L1, L2 et L3 en un nombre prédéterminé d'inductances série. Supposons pour plus de simplicité et comme représenté sur la figure 3 7 que chaque inductance soit subdivisée en une paire d'inductances série La et Lb. Dans ce cas les organes de contrôle 11, 22, 33 qui coUncidaient auparavant avec les relais T1, T2 et T3, sont ici réalisés de la manière suivante. Chaque organe de contrôle comporte au moins un premier relais Ta, connecté en parallèle a la série d'inductances La et Lb et au moins une deuxième paire de relais Tb et Tb, connectés en configurations de fermeture et d'ouverture opposées, le relais Tb étant connecte en parallèle à l'inductance Lb et le relais Tbg étant interposé entre l'inductance Lb et le réseau d'alimentation. Tandis que le relais Ta a pratiquement les mêmes fonctions que les relais précités T1 ou T2 ou T3, et donc dérive et court-circuite l'inductance complète, le relais TbR quand fermé, réduit en parties l'inductance. Il est évident que quand le relais Tb est fermé, le relais Ta devra être ouvert. Dans cette situation, il pourrait toutefois se faire que le flux de la seule inductance La puisse en tout cas produire, dans l'inductance Lb, en supposant que le relais Tb' n'existe pas, un flux non désiré qui pourrait éventuellement endommager l'inductance Lb. Par conséquent à la fermeture du relais Tb, il y a ouverture simultanée du relais Tb', dans le but d'interrompre en tous cas le circuit de l'inductance Lb.Evidemment la même situation sera répété dans le cas où chaque inductance serait divisée en un nombre plus élevé d'inductances, si cela était jugé Les organes de contrôle et de réglage jusqu'ici décrits permettent un ample degré de variation de tension aux enroulements des phases du moteur, s'agissant dans ce cas de variations à gradin. Toutefois on peut également effectuer des variations de tension graduelles et continues, selon un autre type d'exécution et tel que représenté sur la figure 4. Dans ce dernier cas les organes de contrôle 11, 22 et 33 comportent des diodes contrôlées par les signaux de gâcnette correspondants et, ici en particulier, des Triacs TR1, TR2 > TR3 et leurs signaux de gâchette respectifs G1S G2 et G30 Il est évident que les Triacs, dont chacun est mis en parallèle à sa propre inductance, peuvent agir justement comme un interrupteur électronique mais, si convenablement contrôlés à leurs gâchettes par des moyens potentiométriques, peuvent également fournir un by-pass graduel et continu de chaque inductance respective.Dans ce dernier cas les gâchettes GI, G2 et G3 peuvent être actionnées simultanément, du fait que les variations de tension aux lignes d'alimentation des phases sont graduelles et continues et par conséquent on peut éviter également des déséquilibres éventuels bien que ces derniers, comme- déjà précisé plus haut, ne soient pas importants. La présence des Triacs ou, en alternative, des SCR ou de circuits analogues électroniques, justement à cause de leurs caractéristiques,pourraient induire des déformations dans la forme d'onde d'alimentation du moteur, ce qui entraînerait des bruits et éventuellement des fonctionnements irréguliers du moteur. Le couplage particulier choisi, c'est-à-dire Triac-inductance, permet toutefois une compensation de ces effets négatifs permettant en pratique un fonctionnement régulier et non bruyant de tout l'ensemble. il faut enfin souligner que, bien que le dispositif de réglage en question puisse etre utilisé également pour des moteurs asynchrones à cage d'aluminium (voir les caractéristiques de la figure 5), il est préférable d'utiliser des moteurs asynchrones avec rotor de fer homogène (voir les caractéristiques de la figure 6). En effet il vaut beaucoup mieux utiliser des rotors de ce dernier type du fait quZon peut obtenir, si on le désire, une variation continue de la vitesse et du nombre de révolutions n de l'arbre 45, dans un domaine très vaste.En effet si l'on regarde le schéma de la figure 6, on peut remarquer qu'en partant d'un couple initial M1, pourvu qu'il soit supérieur~au couple résistant, le nombre de révolutions de l'arbre 45 sera nl (cette condition, par exemple, pourra être celle dans laquelle toutes les inductances sont exclues). Maintenant, agissant sur les Triacs de la figure 4 si l'on désire une variation aussi homogène que possible,ou agissant sur les relais des figures 2 et 3 de l'autre cas, on peut par exemple passer à un nombre de révolutions même très proche du précédent, par exemple n2, fournissant un couple M2, dont la caractéristique est modifiée par rapport au précédent, étant donné que la tension d'alimentation est modifiée.On peut continuer de cette manière, fournissant ensuite un couple M3 et correspondant au nombre de révolutions n3 et ainsi de suite jusqu'à atteindre le nombre de révolutions maximum de régime N. Par contre, si le rotor est à cage d'aluminium, par exemple, un couple quelconque Mx fourni à l'arbre du moteur détermine dans un court délai -un nombre de revolutions nl assez élevé (voir la figure 5). il est donc évident que dans ce cas on ne pourra pas obtenir des variations considérables des nombres de révolutions de l'arbre du moteur. Il faut toutefois souligner qu'en tout cas, indépendamment du rotor utilisé, avec le dispositif de réglage en question on obtient toujours des démarrages doux. Parallèlement, il faut également remarquer que la combinaison originale et avantageuse du rotor d fer homogène avec les inductances et les organes de contrôle respectifs sur les lignes d'alimentation des phases du moteur crée un outillage ingénieux, simple et très fiable qui atteint parfaitement les buts visés, selon ce qui a été décrit et illustré ci-dessus. Il est évident que l'utilisation d'organes de contrôle différents de ceux illustrés, mais utilises en vue d'atteindre les buts de l'invention est comprise dans le cadre de protection de celle-ci-. Il en est de même en cas d'utilìsation de moteurs asynchrones ayant un nombre de phases différent de celui des moteurs illustrés. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de réglage graduel du couple moteur et du nombre de ré-volutions de l'arbre d'un moteur asynchrone triphasé, pour la mise en mouvement de grandes masses en sens horizontal ou en sens rotatoire, caractérisé en ce qu'il comporte, au moins sur une ligne, mais également sur chaque ligne (1, 2, 3) d'alimentation des phases, et en série chacune de celles-ci, des inductances correspondantes (LI, L2, L3) lesquelles, à leur tour, sont associées à des organes de contrôle correspondants (11, 22, 33) en mesure d'opérer sur chaque inductance correspondante (Li, L2, L3), également de manière indépendante l'un de l'autre et destinés à dériver sur un circuit électrique, même graduellement, l'inductance correspondante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce le rotor du moteur asynchrone triphasé est à fer homogène. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que lesdits organes de contrôle (11, 22, 33) comportent respectivement des relais (Tî, T2, T3) en parallèle aux inductances correspondantes (L1, L2, L3). 4. Dispositif selon ld revendication 1, caractérisé en ce que chaque inductance (lui, -, L3) est subdivisée en une paire au moins d'inductances série (La, Lb) et que chacun desdits organes de contrôle (11, 22, 33) comporte au moins un premier relais (Ta), connecté en parallèle à la série d'inductances (La, Lb) et au moins une deuxième paire de relais (Tb, TbO), connectés en configurations de fermeture et d'ouverture opposées, le relais(Tb) étant connecté en parallèle à l'inductance (Lb) et le relais (Tb') étant interposé entre l'in ductance (Lb) et le réseau d'alimentation. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes de controle (11, 22, 33) comportent des diodes correspondantes contrôlées par des signaux respectifs de gâchette (G1, G2, G3)