Brevet FR2566594A1 — publié le 19851227

256'6594 -1 CIRCUIT DE PROTECTION D'UN MOTEUR ELECTRIQUE A VITESSE VARIABLE L'invention est relative à un circuit de protection d'un moteur électrique, tel qu'un moteur d'entratnement du tambour d'un lave- linge, dont la vitesse peut varier grâce à une alimentation à commande par angle de phase. On sait qu'un lave-linge comporte habituellement un tambour tournant, destiné à contenir le linge, qui est entraîné en rotation par un moteur électrique. La vitesse de rotation du tambour est variable; elle est de l'ordre de 50 tours par minute lors du lavage ou du rinçage et de plusieurs centaines de tours par minute lors de l'essorage. En outre la vitesse d'essorage est souvent variable. C'est pourquoi on choisit souvent pour entraîner le tambour un moteur dont la vitesse peut varier suivant une large gamme en faisant varier sa puissance d'alimentation0 A cet effet, on utilise couramment un moteur "universel" pouvant -tre alimenté soit en courant alternatif, soit en courant continu. Un tel moteur, qui est bien connu, a habituellement la structure d'un moteur à courant continu à excitation série. Pour faire varier la vitesse de ce moteur on prévoit une commande par angle de phase, c'est-à-dire qu'on dispose en série avec ce moteur un interrupteur commandé, tel qu'un triac; qui est fermé pendant une fraction de chaque période d'un signal de fréquence déterminée, ce signal étant le plus souvent le courant alternatif du réseau d'alimentation0 Cette fraction de période est fonction de la vitesse de rotation désirée pour le moteur et donc pour le tambour. Même pour les vitesses d'essorage les plus élevées cette fraction n'atteint pas l'unité, c'est-à-dire que l'interrupteur commandée n'est pas constamment fermée car s'il en était ainsi, le moteur tournerait à des vitesses prohibitives, dangereuses pour la machine et pour l'utilisateur. Il faut donc éviter que cet interrupteur Commande, en série avec le moteur, soit en court-circuit perma- nent. C'est pourquoi on prévoit dans certains lave-linges connus un relais en série avec le moteur et l'interrupteur commandé; ce relais est commandé par un circuit de détection de court-circuits de l'interrupteur de l'alimentation à découpage de façon à provoquer une ouverture de son contact, et donc une interruption de l'alimen- tation du moteur, dès qu'un court-circuit permanent du triac a été détecté. Mais un tel relais en série est onéreux notamment parce qu'il doit être dimensionné pour laisser passer en permanence le courant qui traverse le moteur. De plus il n'est pas possible de prévoir un simple fusible à la place du relais car lorsque l'interrupteur commandé de la commande par angle de phase est en court-circult, le courant traversant le moteur a une intensité trop peu différente de celle admissible, c'est- à-dire qu'un tel fusible risquerait d'ouvrir le circuit de façon indésirée. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que ledit circuit de protection comporte un interrupteur commandé, tel qu'un triac ou un thyristor, pour courtcircuiter le rotor et/ou le stator en cas de court-circuit permanent de l'interrupteur de la commande par angle de phase, et en ce qu'un moyen, tel qu'un fusible, est prévu en série avec le moteur pour interrompre l'alimentation de ce dernier lorsque l'inter- rupteur du circuit de protection est conducteur. L'interrupteur commandé du circuit de protection n'est pas conducteur dans les conditions normales. Il n'est donc pas parcouru par un courant. Il n'est ainsi pas nécessaire de le dimensionner pour supporter en permanence le courant traversant le moteur. Il peut être réalisé à très bon marché en particulier sans radiateur de dissipation de chaleur. Il est vrai qu'en cas d'incident il est traversé par un courant d'intensité importante; mais cet état ne dure qu'un temps bref, celui que met le fusible pour fondre. De préférence, l'interrupteur du circuit de protection est en parallèle soit sur le stator soit sur le rotor de façon que, lorsqu'il est conducteur, le rotor (ou le stator) reste dans le circuit et limite le courant traversant le fusible. De cette manière un court-circuit temporaire mais bref, de durée inférieure à celle de la destruction du fusible, de l'interrupteur de la commande par angle de phase est sans conséquence, et il n'est donc pas nécessaire de prévoir un moyen de temporisation dans le circuit de commande du moyen de court-circuit faisant partie du circuit de protection. Selon une autre disposition, qui peut être utilisée en même temps que la précédente ou indépendamment, on prévoit, en série avec le second interrupteur, une résistance à coefficient de tempé- rature négatif pour retarder la destruction du fusible en série avec le moteur en cas de court-circuit de l'interrupteur de la commande par angle de phase. Dans ce cas le court-circuit de protection peut être effectué soit aux bornes du rotor, soit aux bornes du stator, soit aux bornes du moteur en entier. Le circuit de détection de court-circuit permanent aux bornes de l'interrupteur de la commande par angle de phase comporte, dans un exemple, un moyen pour mesurer la tension efficace aux bornes de cet interrupteur; un court-circuit correspond à une tension efficace nulle. Dans un autre exemple, on prévoit une génératrice tachymétrique entraînée par le moteur ou le tambour pour mesurer la vitesse de rotation et un moyen pour comparer la vitesse mesurée à une vitesse de consigne imposée par un régulateur; dans ce cas, l'interrupteur du circuit de protection sera fermé quand la diffé- rence entre la vitesse mesurée et la vitesse de consigne dépassera une limite prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant à la figure unique qui représente un moteur universel et son circuit de protection con- forme à l'invention., Le moteur universel comporte un rotor 1 en série avec l'enroulement statorique 2. Pour que ce moteur puisse tourner dans les deux sens la première borne 21 du stator est reliée aux premieres bornes respectivement 31 et 41 d'interrupteurs 3 et 4, la seconde borne 22 de ce stator 2 est connectée également aux premières bornes, respectivement 51 et 61 d'interrupteurs 5 et 6. Les secondes bornes 32 et 52 des interrupteurs 3 et 5 sont reliées entre-elles. De même les secondes bornes 42 et 62 des interrupteurs 4 et 6 sont connectées entre- elles. Les bornes 42 et 62 sont reliées à la première borne 8 du réseau d'alimentation en énergie électrique (habituellement de 220volts). Les bornes 32 et 52 sont reliées à la première borne 11 du rotor. Les interrupteurs 3 et 6 sont couplés de façon qu'ils soient toujours dans la même position. Les interrupteurs 4 et 5 sont couplés entre eux de la même manière. La borne 12 du rotor 19 qui est opposée à celle connectée aux bornes 32 et 52 est reliée à la seconde borne 9 du réseau par l'intermédiaire d'un triac 109 d'une résistance Il de contrôle pour limitation de courant et d'un fusible 12 en série. La gachette 13 du triac 10 est connectée à la sortie 14 d'un circuit de commande 15 fournissant un signal de commande de la vitesse de rotation du moteuro Le signal fourni. sur la sortie 14 est tel qu'à chaque alternance du réseau le triac 10 est conducteur pendant un temps qui est fonction de la vitesse désirée. Ce temps est d'autant plus important que la vitesse désirée est grande. Entre la borne 1 du rotor 1 et la borne commune à la résistance 11 et au fusible 12 est disposé un second triac 16 dont la gachette 17 est connectée à une autre sortie 18 du circuit 15. Le rotor du moteur universel entratne une génératrice tachy- métrique 19 délivrant, sur les entrées 20 et 21 du circuit 15, un signal représentant la vitesse de rotation du moteur. Le circuit 15 comporte un circuit délivrant un signal repré- sentant la vitesse désirée (de consigne) pour le moteur. Ce signal de vitesse de consigne est sodstrait du signal de vitesse mesurée. La différence est comparée à une valeur limite. Si la limite n'est pas atteinte le triac 16 reste ouvert. Si la limite est atteinte ou dépassée le triac 16 est rendu conducteur et ainsi le rotor 1 est en court-circuit et le moteur s'arrête de tourner. ô3 Cette situation intervient lorsque le triac 10 est en court circuit, ce qui provoque l'emballement du moteur et l'écart impor- tant mesuré entre la vitesse réelle et la vitesse de consigne. En variante, la détection de court-circuits du triac 10, afin de commander la conduction du triac 16, est effectuée par mesure de la tension efficace aux bornes dudit triac 10. Un court-circuit est détecté lorsque cette tension efficace est nulle. Quand le triac 16 est conducteur le courant passant dans le fusible 12 est important et celui-ci fond au bout de 0,2 seconde environ. Le courant traversant ce fusible 12 est limité par le fait que le stator 2 n'est pas court-circuitéo Le temps de 0,2 seconde est suffisamment important pour qu'un déclenchement intempestif du triac 16, dû par exemple à un parasite ou un court-circuit instantané du triac 10 (également provoqué par un parasite transitoire), ne détruise pas le fusible 12. Dans les conditions normales, en l'absence d'incident, le triac 16 n'est pas conducteur. Il n'est sollicité qu'en cas d'incident. Dans ces conditions ce triac 16 peut étre de dimensions beaucoup moins importantes que le triac 10; en particulier, il n'a pas besoin de radiateur de dissipation de chaleur. En variante, à la place d'un triac 16 on fait appel à un thyristor ou à tout autre type d'interrupteur commandé à état solide, ou rnmême à un relais. Pour augmenter le temps de destruction du fusible 12 on peut prévoir une résistance à coefficient de température négatif (CTN) 25, représentée en trait interrompu sur la figure, en série avec le triac 16. Au début de la conduction du triac 16 la résistance CTN 25 est froide et sa valeur est donc élevée. Il en résulte que le courant dans le fusible 12 est limité. Le courant circulant dans la résistance 25 échauffe cette dernière et sa valeur diminue rapi- dement. La destruction du fusible 12 est donc retardée par le temps d'échauffement de la résistance 25. Avec cette dernière disposition il n'est pas nécessaire, pour obtenir un temps suffisamment important de destruction du fusible 12, que le courtcircuit soit effectué seulement aux bornes du rotor I ou aux bornes du stator 2. On peut, lorsqu'on prévoit une telle résistance 25, disposer le triac 16 aux bornes de l'ensemble du rotor et du stator. Dans ce cas ledit triac 16 et le fusible 12 sont traversés par un courant plus important, maas limité par la résis- tance 25. Le fusible 12 est soit un fusible classique, soit une piste d'un circuit imprimé, par exemple celui de référence 26 qui comporte le circuit 15, les triacs 10 et 16 et la résistance 11o REVENDI1CATIONS 1. Circuit de protection d'un moteur électrique (1, 2) en série avec l'interrupteur commandé (10) d'une commande par angle de phase comprenant un moyen pour interrompre l'alimentation du moteur en cas de court-circuit permanent de l'interrupteur com- mandé, caractérisé en ce qu'il comprend un second interrupteur commandé (16), tel qu'un triac ou un thyristor, en parallèle sur le rotor (1) et/ou le stator (2) du moteur et qui est rendu conducteur lorsqu'a été détecté un court-circuit permanent du premier inter- rupteur (10). 2. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour interrompre l'alimentation du moteur est un fusible (12) en série avec ce dernier. 3. Circuit de protection selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'une résistance (25) à coefficient de température négatif CTN est en série avec le second interrupteur commandé (16). 4. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendi- cations I à 3, caractérisé en ce que le second interrupteur com- mandé (16) est en parallèle sur l'ensemble en série comprenant le rotor (1) et/ou le stator (2) et le premier interrupteur (10). 5. Circuit de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fusible (12) est une piste d'un circuit imprimé (26). 6. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le second interrupteur commandé (16) est dépourvu de radiateur de dissipation de chaleur. 7. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le moyen de détection d'un court-circuit permanent du premier interrupteur (10) comporte un moyen (19) telle qu'une génératrice tachymétrique pour mesurer la vitesse réelle de rotation du moteur, un moyen pour comparer cette vitesse réelle à une vitesse de consigne, une détection de court-circuit correspondant à un écart entre vitesse réelle et vitesse de consigne dépassant une limite prédéterminée. 8. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de détection d'un courtcircuit permanent du premier interrupteur (10) comporte un moyen pour mesurer la tension efficace aux bornes de cet interrup- teur, un court-circuit correspondant à une tension efficace nulle. 9. Application du circuit selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes à la protection d'un moteur universel à rotor (1) et stator (2) en série. 10. Application du circuit selon l'une quelconque des revendi- cations I à 8 à la protection d'un moteur, notamment du type universel, d'entraînement du tambour d'un lave-linge.