Brevet FR2588128A1 — publié le 19870403

l 2 5 2588128 Dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série de moteurs électriques, en particulier de ventilateurs de véhicules automobiles entraînés par un moteur électrique. La présente invention concerne un dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série (ou chutrices) de moteurs électriques, notamment de ventila- teurs de véhicules automobiles entraînés par un moteur élec- trique, dans le circuit d'alimentation électrique desquels sont montés un dispositif de sécurité calculé en fonction de la charge électrique de service maximale et, pour réduire la vitesse de rotation, une ou plusieurs résistances série, ces résistances série pouvant être mises en circuit ou shuntées pour sélectionner différents paliers de vitesse de rotation (pour attaquer différents étages du ventilateur). Pour effectuer la ventilation forcée de compartiments de moteurs à combustion interne ou de radiateurs de moteurs à combustion interne et de compartiments des passagers de véhicules automobiles, on utilise de plus en plus des venti- lateurs entraînés par des moteurs électriques, notamment parce qu'ils sont relativement faciles à commander et nécessitent peu d'énergie pour les entraîner. Par suite, on peut régler rationnellement l'énergie calorifique consommée par les moteurs à combustion interne et adapter la température ou le débit d'air dans le compartiment des passagers selon les besoins. On souhaite cependant souvent, en particulier pour des raisons d'émission de bruit, réduire la vitesse de rotation 2 2 2588128 des ventilateurs à des moments o le besoin d'air est réduit. Pour cela, on utilise en général des résistances série (ou chutrices) permettant d'obtenir une réduction de la vitesse de rotation en un ou plusieurs paliers ou en continu dans le cas de résistances série variables de façon continue. Les résistances série ont, pour des raisons théo- riques, une valeur faible et elles doivent supporter des contraintes thermique considérables. En cas de blocage du ventilateur, par exemple en raison de la pénétration de corps étrangers dans sa zone de fonctionnement ou d'un court-circuit sur ou dans le moteur électrique, il peut cependant se produire un chauffage exagéré et, par suite, éventuellement une destruction de la résistance série, sans réaction d'un coupe-circuit dans l'alimentation électrique du ventilateur, du fait que la surintensité parcourant la résistance série est en fait partiellement limitée. Pour résoudre ce problème, en général, ou bien l'on surdimensionne les résistances séries, ou bien on les contrôle au moyen d'un interrupteur thermique et on les sépare de l'alimentation électrique. Cette première solution a pour inconvénients des coots supplémentaires considérables, ainsi que des problèmes de placement et d'évacuation de la chaleur. La seconde solution est également très coûteuse; elle a en outre pour inconvénient la grande difficulté pour obtenir un transfert de chaleur suffisant de la résistance à l'interrupteur thermique, du fait que les deux composants doivent être isolés électriquement entre eux, au moins dans certaines zones, ce qui implique alors un mauvais transfert de chaleur. Le brevet allemand 558 872 présente un dispositif de protection pour résistances de démarrage de moteurs. Dans ce montage connu, on prévoit également un shuntage de la résistance, commandé par relais. Le shuntage ne sert cependant pas à protéger la résistance en cas de blocage du moteur, mais à retirer cette résistance de limitation de l'intensité 3 2588128 de démarrage du circuit électrique du moteur, une fois le démarrage effectué. La résistance de démarrage n'est donc pas shuntée en cas d'arrêt du moteur, mais au contraire mise en circuit. Du fait que cependant sa fonction est complète- ment différente d'une résistance série de réduction de la vitesse de rotation, il faut en outre la dimensionner complètement différemment. Pour protéger cette résistance de démarrage, on prévoit alors, directement en série avec elle, un dispositif de sécurité passif à l'intérieur du circuit de shuntage. Un inconvénient consiste; en outre, tant en ce qu'il faut un dispositif de sécurité supplémen- taire qu'en ce que son emplacement d'insertion est déterminé avec l'emplacement de la résistance de démarrage ou de son montage de shuntage. Un autre inconvénient consiste en ce que, si le dispositif de sécurité réagit une fois, le montage ne peut plus fonctionner, du fait que des processus de blocage plus simples, qui pourraient être éliminés par une augmentation du couple de démarrage, ne peuvent donc pas être supprimés (le circuit de démarrage est toujours mis en fonctionnement lors de l'accélération à partir du repos). On connaît, par la DE-OS-27 36 724, un circuit de protection pour un moteur à courant continu. On y prévoit une résistance série, en série avec le moteur. La chute de tension dont cette résistance série est le siège, propor- tionnelle au courant du moteur, est contrôlée. Si elle dépasse une valeurlimite, un signal de coupure est transmis, par l'intermédiaire d'un élément à retard, à un contact de commutation en série avec le moteur. La résistance série qui y est mentionnée a donc uniquement des buts de mesure et elle ne convient pas pour limiter l'intensité aux fins de réduction de la vitesse de rotation. Un système électronique qui lui est relié contrôle donc le moteur et non une résistance série. Pour cette raison, son dimensionnement doit être complètement différent; en raison de la particularité du circuit, il faut en outre 4 2 5 2588128 lui assurer une résistance aux courts-circuits. Pour réduire la vitesse de rotation, il faudrait donc insérer une autre résistance série qu'il faudrait parfois contrôler avec un dispositif séparé. En conséquence, l'invention a pour objet un dispo- sitif de protection contre les surcharges pour des résistances sériede moturs. Iecàtriques, notamment pour des ventilateurs de véhicules entraînés par un moteur électrique, comportant une ou plusieurs résistances série pour réduire la vitesse de rotation, qui ne présente plus les inconvénients mention- nés des dispositifs de protection contre les surcharges de type électrothermique, détecte une charge élevée sur l'une au moins de ces résistances série et la protège à coup sQr contre les surcharges ou la destruction. On atteint cet objectif, selon l'invention, en ce que lorsqu'il apparaît une forte dissipation de puissance sur l'une au moins de ces résistances série, un régime de vitesse de rotation à pleine puissance est sélectionné. Les avantages de l'invention consistent en premier lieu en ce qu'elle procure une protection contre les sur- charges pour des résistances série de moteurs électriques, en particulier de ventilateurs de véhicule entraînés par moteur électrique, qui détecte l'apparition d'une surcharge sur des résistances série, provoquée, par exemple, par un blocage du ventilateur, et protège de façon store les résis- tances série. On y parvient par des moyens simples et écono- miques; les composants nécessairespour cela sont peu encom- brants et peuvent être logés sans problème dans un appareil de commande de ventilateur, et ils ne nécessitent pas d'entreprendre des céblages supplémentaires. On va décrire à présent l'invention avec davantage de détails, au moyen des exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé dont: la figure 1 est un schéma de montage pour un venti- lateur à deux vitesses (à deux-étages) entraîné par un moteur 2588128 électrique, à contrôle d'une résistance série par un inter- rupteur thermique, conforme à l'état actuel de la technique; la figure 2 représente un exemple conforme à la figure 1, mais avec uncontrôle électronique de la résis- tance série selon l'invention; la figure 3 représente un exemple conforme à la figure 2, mais avec un module retardateur supplémentaire. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un circuit d'alimentation électrique d'un ventilateur 2 entraîné par un moteur électrique conforme à l'état actuel de la techni- que, relié à une batterie de véhicule 5 par l'intermédiaire d'un contacteur d'allumage 3 et d'une masse 4 du véhicule. Le circuit d'alimentation 1 est protégé par un dispositif de sécurité 6; le dispositif de sécurité 6 est dimensionné de façon à laisser passer, sans réagir, le courant de démarrage maximum possible IMA d'un moteur électrique 7 du ventilateur 2 entraîné par un moteur électrique pendant une brève durée, et le courant nominal maximum admissible IMN du moteur électrique 7 en permanence. Le moteur électrique 7 est relié à la masse 4 du véhicule par l'une de ses bornes et il peut être alimenté directement en courant de service par l'intermédiaire d'un contact de travail 8 d'un premier relais 9 (étage de ven- tilateur I) en série avec une résistance série Ri, ou par l'intermédiaire d'un contact de travail 10 d'un second relais 11 (étage de ventilateur II). Ls résistance série Ri comporte, aux fins de con- trôle de la température, un interrupteur thermique 12 qui actionne un contact de travail 13 inséré dans la ligne d'arrivée ou de départ du courant électrique à (ou de) la résistance série R1 et est logé avec elle dans un boîtier commun 14. La résistance série R1 et l'interrupteur thermi- que 12 doivent, dans ce cas, être reliés thermiquement avec la meilleure conductibilité thermique possible. Des lignes d'attaque 15, 16 du premier relais 9 et du second relais 11 (premier étage et second étage du ventilateur) peuvent, dans ce cas, être attaquées directe- ment par l'intermédiaire de deux interrupteurs thermiques se déclenchant pour des limites de température diffé- rentes d'un fluide de refroidissement, ou encore, par l'intermédiaire d'un système logique de commande thermique, par un seul détecteur thermique et/ou d'autres paramètres spécifiques du moteur ou du véhicule (non représentés). La figure 2 montre par ailleurs comment la résis- tance série 1 peut être protégée contre les surcharges mieux ou plus efficacement. Une chute de tension UR1 sur la résistance R1 peut être utilisée comme mesure de la dissipation de puissance qui s'y produit; cela peut égale- ment être effectué au moyen d'une chute de tension UM sur le moteur électrique 7 qui résulte en fait de la différence entre la chute de tension totale UM + UR1 se produisant sur la résistance série R1 et le moteur électrique 7 et la chute de tension UR1 se produisant sur la résistance série R1; cela simplifie encore le montage. La chute de tension UM sur le moteur électrique 7 est transmise, par l'inter- médiaire d'une résistance R2, à un comparateur inverseur 17 et comparée par celui-ci à une valeur de référence obtenue par l'intermédiaire d'un diviseur de tension R3, R4 à partir de la chute de tension totale UM + UR1 sur la résistance série R1 et sur le moteur électrique 7, et servant en même temps de tension de service pour le comparateur 17; on compense ainsi les oscillations de tension de la batterie 5. La valeur de référence est transmise au comparateur par l'intermédiaire d'une résistance R5. La sortie du compara- teur 17 est reliée au second relais 11. Si c'est l'étage I qui est attaqué (relais 9 collé), le courant s'écoule de la batterie 5 au moteur électrique 7 par le contacteur d'allumage 3, le dispositif de sécurité 6, le contact de travail 8 et la résistance Ri, et il revient de celui-ci à la batterie par l'intermédiaire de la masse 4. 7 2588128 Au cours du fonctionnement nominal normal de l'étage I, non seulement une résistance d'enroulement, mais aussi, comme il est connu ce qu'on appelle la force électromo- trice qui s'oppose (en fonction de la vitesse de rotation) à la tension de fonctionnement ou de service UM appliquée aux bornes et augmente donc virtuellement la résistance interne du moteur électrique, sont présentes entre les bornes du moteur. De ce fait, la chute de tension sur la résistance série Ri est également relativement faible, tant que le moteur tourne. On en trouve un exemple dans le tableau ci-après: la consommation de courant IM du moteur 7 est indiquée en ampères (A), la chute de tension UM sur le moteur 7 en volts (V), la chute de tension UR1 sur la résistance série Ri en volts (V), la dissipation de puissance PR1 sur la résistance série Ri en watts (W). TABLEAU IM(A) UM(V) UR1(V) PRI(W) Fonctionnement nominal, régime I 5,7 6,9 5,1 29,07 Cas de blocage, régime I 11,6 1,5 10,5 121,80 Fonctionnement nominal, régime II 13,2 12 0 0 S'il se produit alors, pour une raison quelconque, un blocage du ventilateur-au régime I, la force électromo- trice est nulle; par suite, il n'y a plus effectivement aux bornes du moteur électrique 7 que la résistance d'enroulement (très faible). Le courant consommé IBM1 (courant de blocage) augmente fortement, il apparaît sur la résistance série Ri une chute de tension presqu'égale à la tension de service total; la puissance dissipée PRI sur la résistance série Ri augmente fortement et peut la chauffer dans une mesure suffisante pour la détruire. Comme il ressort à présent du tableau, le courant consommé IM est cependant encore plus faible que dans un 8 2 2588128 fonctionnement nominal du régime II, de sorte que le dispo- sitif de sécurité 6 ne réagit pas. Selon la figure 2, la chute de tension UM sur le moteur électrique 7 est cependant contrôlée en permanence. Si elle descend au-dessous de la valeur de référence ajus- tée au moyen des résistances R3, R4, le comparateur inver- seur 17 attaque, par l'intermédiaire du relais 11, l'étage 2; la résistance série RI est, par suite, shuntée. Le courant IMA (courant de démarrage) plus intense et non limité par la résistance série qui passe alors produit un couple de démarrage supérieur dans le moteur électrique 7, qui peut dans certains cas supprimer un blocage. Une fois le démarrage effectué, la chute de tension UN réaugmente, de sorte que le relais 11l retombe et que le moteur électri- que 7 tourne de nouveau par l'intermédiaire de la résistance série Ri. Si cependant le blocage subsiste (courant de blocage IBM2) ou si un courtcircuit est présent dans le circuit d'alimentation, le dispositif de sécurité 6 se déclenche, la résistance série et d'autres parties du montage sont, par suite, protégées efficacement. Le relais 11l peut aussi bien être relié directement au comparateur, la borne d'entrée négative étant, dans ce cas, reliée à la résistance R2 et la borne d'entrée positive à la résistance R5, que par l'intermédiaire d'un montage retardateur 18 et d'un transistor d'attaque selon un montage dit pull down actif; il faut assurément, dans ce cas, relier la borne d'entrée positive à la résistance R2 et la borne d'entrée négative à la résistance R5 (dans le cas de compa- rateurs non inverseurs, il faut inverser les signes corré- lativement), voir figure 3. Le montage retardateur comprend, dans le cas le plus simple, un circuit R-C R6, Cl, et le montage pull down actif le transistor T et la résistance pull down R7. On va expliquer à présent le fonctionnement. S'il apparaît à la sortie du comparateur inverseur un signal haut(chute de tension sur le moteur UM tombant au-dessous de la valeur de référence), le condensateur C1 se charge par l'intermédiaire de la résistance R6. Si la chute de tension sur le condensateur Cl dépasse la tension base- émetteur nécessaire pour rendre le transistor d'attaque T conducteur, celui-ci devient conducteur et fait diminuer le potentiel de la ligne d'attaque 16 qui est à une tension positive approximativement jusqu'au potentiel de la masse du véhicule, de sorte que le relais 11 colle. Le retard produit par le circuit R-C R6, Ri est calculé de façon que le second relais 11 ne réagisse que lorsque la chute de tension sur le moteur UM descend au-dessous de la valeur de référence pendant un intervalle de temps déterminé, et ne retombe que lors du dépassement d'un second intervalle de temps suffisant pour le démarrage ou pour la suppression du blocage, et pour une accélération subséquente du moteur électrique 7. On peut en outre choisir des valeurs différentes pour le temps de réaction et de décollage du second relais 11, si l'on monte entre le comparateur 17 et la résistance R6, en plus, une diode D1 dans le sens direct et, en parallèle sur la résistance R6 et la première diode D1, un montage série comprenant une autre résistance R8 et une dicde D2 montée dans le sens de blocage. Il y a lieu de remarquer, en outre, que le circuit de contrôle de la résistance série peut être logé sans problèmes dans un appareil de commande ou un coffret pour relais en position centrale (électriquement centrale) dans le véhicule. Il n'y a pas à monter de lignes spéciales (lignes de mesure) à destination du moteur ou de la résis- tance série, du fait que les lignes de sortie des contacts de travail 8, 10 des relais 9, 11 rejoignent déjà les points de mesure correspondants. Le montage de commande est, par suite, d'une structure extrêmement simple et il convient donc très bien pour l'équipement ultérieur. 2588128 REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série de moteurs électriques, notamment de ventilateurs de véhicules automobiles entraînés par un moteur électrique, dans le circuit d'alimentation desquels sont montés un dispositif de sécurité calculé en fonction de la charge électrique de service maximale et, pour réduire la vitesse de rotation, une ou plusieurs résistances série, ces résistances série pouvant être mises en circuit ou shuntées pour sélectionner différents paliers de vitesse de rotation (étages I et II du ventilateur), caractérisé en ce que, lorsqu'il apparaît une dissipation de puissance élevée (PR1) sur l'une au moins de ces résistances série (Ri), un régime de vitesse de rotation à pleine puissance est sélectionné (étage II du ventilateur). 2. Dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série de moteurs électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sélection du régime de vitesse de rotation à pleine puissance (régime de ventilateur II) supprime automatiquement un blocage du ventilateur provoqué par une dissipation de puissance (PR1) élevée, en raison d'une augmentation du couple de démarrage du moteur électrique (7), ou bien le dispositif de sécurité est déclenché par un courant de blocage (IMB2) du moteur électrique (7). 3. Dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série de moteurs électriques selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise, comme mesure de la dissipation de puissance (PR1), une chute de tension (UM) sur le moteur électrique (7). 4. Dispositif de protection contre les surcharges pour des résistances série de moteurs électriques, notamment pour des ventilateurs de véhicules entraînés par un moteur il 2588128 électrique, dans le circuit d'alimentation desquels est monté un dispositif de sécurité, le ventilateur entraîné par un moteur électrique pouvant être branché directement sur le circuit d'alimentation par l'intermédiaire d'un premier relais (étage de ventilateur I), en série avec une résistance série, et par l'intermédiaire d'un second relais (étage de ventilateur II) , caractérisé en ce qu'au moyen d'un comparateur, une chute de tension (UM) sur le moteur électrique (7) est comparée à une valeur de réfé- rence et, lorsque cette valeur de référence est dépassée par valeurs inférieures, le second relais (11) est attaqué par le comparateur (17). 5. Dispositif de protection contre les surcharges pour résistancessérie de moteurs électriques selon la S15 revendication 4, caractérisé en ce qu'une chute de tension totale (UM + UR1) sur la résistance série (R1) et sur le ventilateur (2) entraîné par un moteur électrique est utilisée pour l'alimentation électrique du comparateur (17), et en ce que la valeur de référence est obtenue à partir de cette tension par un diviseur de tension (R3, R4). 6. Dispositif de protection contre les surcharges pour résistances série de moteurs électriques selon'la revendi- cation 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de sécurité (6) est calculé de façon à maîtriser à coup sûr sans réagir un courant de démarrage (IMA) du ventilateur t2t- évlev-apparatpsant-pendant-une-b-rève-période. 7. Dispositif de protection contre les surcharges pour résistances série de moteurs électriques selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce qu'un montage retardateur (12), de préférence un circuit R-C (R6, C1 ou R6, Dl, R8, D2, C1) est intercalé dans une ligne d'attaque entre le comparateur (17) et le second relais (11), montage dont le retard est calculé de façon que le second relais (11) ne réagisse que lorsque la chute de tension (UM) tombe au-dessous de la valeur de référence pendant un premier intervalle de temps 12 2588128 suffisant pour un démarrage du moteur électrique (7), et ne retombe que lorsqu'un blocage a été supprimé et que le moteur électrique (7) a démarré ou que le dispositif de sécurité (6) a réagi. 8. Dispositif de protection contre les surcharges selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier et/ou le second relais (9, 11) est (ou sont) réalisé(s) sous la forme d'un relais électronique à protection contre les surcharges.