Brevet FR2655216A1 — publié le 19910531

-1- La présente invention se rapporte à un moteur à induction monophasé et, plus particulièrement, à un dispositif électronique de démarrage pour moteur à induction monophasé. L'utilisation de moteurs à induction monophasés est très répandue en raison de la simplicité de leur construction, de leur robustesse et de leur performance élevée, dans des applications faisant appel à de faibles puissances, dont font généralement partie les appareils domestiques tels que des compresseurs hermétiques de réfrigérateurs, des moteurs de machines à laver, des ventilateurs, ainsi que dans certaines applications industrielles. Les moteurs à induction monophasés sont essentiellement composés d'un rotor du type à cage et d'un stator bobiné, comportant essentiellement deux enroulements, l'un pour la bobine principale et l'autre pour la bobine de démarrage. Lorqu'une source de tension alternative est appliquée uniquement à la bobine principale d'un moteur à induction monophasé, il se crée un champ magnétique fixe dans l'espace et alternatif en termes de grandeur, qui n'engendre aucun couple pour initier le mouvement du rotor. Il est alors nécessaire de créer un champ magnétique tournant afin de faire émerger le rotor de sa condition statique, et donc d'initier le démarrage. Un tel champ tournant peut être obtenu en fournissant à la bobine de démarrage un courant décalé dans le temps par rapport au courant circulant dans la bobine principale, de préférence à un angle aussi proche que possible de 90 ' Le déphasage du courant dans la bobine de démarrage par rapport au courant circulant dans la bobine principale peut être obtenu à l'aide de différences de construction, en concevant la bobine de démarrage de manière à ce qu'elle présente un facteur de puissance plus élevé que celui de la bobine principale, ou il peut être également obtenu en Installant une impédance externe reliée en série à la bobine de démarrage, cette impédance étant habituellement une résistance ou un condensateur. Par conséquent, il est nécessaire d'installer un dispositif en t -2- série avec le circuit de bobine de démarrage qui relie temporairement ce circuit à la source d'énergie jusqu'à ce que le rotor ait atteint une vitesse proche de la vitesse synchrone, ce qui provoque ainsi le démarrage. Dans le cas de moteurs nécessitant une efficacité bien plus élevée, la bobine de démarrage n'est pas entièrement déconnectée de la source d'alimentation après le démarrage, un condensateur étant maintenu en série avec cet enroulement; ledit condensateur en fonctionnement continu ou condensateur permanent, permet alors la circulation d'un courant bien inférieur au courant circulant pendant le démarrage, mais tout en maintenant le moteur en condition d'alimentation diphasée, si bien que son couple maximal est accru et que son efficacité est augmentée. Pour un moteur présentant une telle configuration faisant appel à l'emploi d'un condensateur permanent, on connait un type de dispositif de démarrage tel que décrit dans le brevet Pl 201 210, se composant d'une résistance ayant un coefficient de température positif (PTC) Ce dispositif, qui est relié en série à la bobine de démarrage, présente une faible résistance à la température ambiante, ce qui autorise la circulation d'un courant élevé pendant le démarrage, et, au bout d'une période de temps prédéterminée, le dispositif atteint une résistance très élevée en raison d'un phénomène d'auto-échauffement, agissant alors pratiquement à la manière d'un circuit ouvert Pendant la marche normale du moteur, la tension de la résistance PTC est élevée, et la résistance est maintenue chaude, dissipant ainsi une puissance allant de 1,5 à 5 W ou plus, selon la forme de construction et la température ambiante. Une telle puissance dissipée par le dispositif PTC pendant toute la période de fonctionnement du moteur a pour effet de diminuer son efficacité, ce qui est indésirable. Un autre dispositif de démarrage connu est le relais de courant qui maintient le circuit de la bobine de démarrage en condition fermée lorsque le courant circulant dans la bobine principale est élevé Bien qu'il soit très simple et ne consomme pas d'énergie pendant la période de marche normale du moteur, ce dispositif n'est -3- pas avantageux étant donné qu'il ne peut pas être utilisé dans des configurations comportant un condensateur permanent Ceci est dû aux retards inhérents aux relais et provoquant la fermeture de leurs contacts tout de suite après la mise sous tension du moteur; à ce moment, le condensateur permanent aura déjà accumulé une très grande quantité d'énergie, laquelle sera dissipée au contact du relais au moment de sa fermeture, provoquant ainsi rapidement sa destruction. Un autre dispositif de démarrage connu, décrit dans le brevet US 4 605 888, se compose d'un circuit électronique qui utilise un TRIAC Malgré le fait qu'il ne consomme qu'une faible quantité d'énergie pendant la marche normale du moteur, son utilisation en association avec un condensateur permanent n'est pas permise. La présente invention a pour objet général de proposer un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé L'invention a également pour objet de proposer un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé pouvant être utilisé en association avec un condensateur permanent. L'invention a également pour objet de proposer un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé dont la consommation d'énergie est négligeable dans les conditions de fonctionnement en régime nominal. L'invention a également pour objet de proposer un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé pouvant être utilisé en association avec un condensateur permanent et avec un condensateur de démarrage ou toute autre impédance en série avec l'enroulement de démarrage. L'invention a également pour autre objet de proposer un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé qui est capable d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur mentionnés cidessus grâce à l'utilisation d'un circuit simple et de très faible coût. Les objectifs précités sont atteints grâce à un circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé, comportant un rotor du type à cage; un stator bobiné comportant au moins un enroulement principal et un enroulement de démarrage; et un -4- condensateur permanent relié en série à l'enroulement de démarrage et une source de courant alternatif comportant une première et une seconde bornes, le condensateur permanent et l'enroulement de démarrage étant reliés en parallèle auxdites bornes de la source et l'enroulement principal étant relié en série auxdites bornes. Selon la présente invention, le circuit électronique comprend: un TRIAC comportant une première borne reliée à la première borne de la source de courant alternatif, une seconde borne reliée à l'enroulement de démarrage et au condensateur permanent et une borne GACHETTE; un circuit de déclenchement de triac relié à la seconde borne et à la borne de GACHETTE du TRIAC; un commutateur bilatéral qui comporte des bornes de commande et qui est relié à la borne de GACHETTE et à la première borne du TRIAC; et un circuit de temporisation relié aux bornes de commande du commutateur bilatéral et aux première et seconde bornes de la source de courant alternatif, ledit circuit de temporisation définissant la période de temps qui s'est écoulée depuis la mise sous tension du moteur jusqu'à l'interruption de la condution du TRIAC par la mise en circuit du commutateur bilatéral, le circuit de déclenchement de triac déclenchant de manière répétée le TRIAC pour le mettre en condition de marche au début de chaque alternance du courant tandis que le circuit de temporisation maintient l'interrupteur bilatéral en condition déconnectée Contrairement aux dispositifs de démarrage connus, le circuit décrit est à même de relier temporairement la bobine de démarrage à la source de courant alternatif juqu'à ce que l'accélération du moteur se soit produite et sans qu'il n'y ait consommation d'énergie en condition de régime nominal permanent Le circuit proposé présente également un autre avantage en ce qu'il permet un fonctionnement en association avec le condensateur permanent ou en association avec un condensateur de démarrage et le condensateur permanent. Le circuit ainsi décrit est très simple et présente un nombre de composants réduit. L'invention va maintenant être décrite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: -5- La figure 1 représente le circuit électronique de la présente invention; et La figure 2 représente, de manière simplifiée, le montage du circuit de démarrage tel que proposé dans une configuration de moteur comportant une impédance externe dans le circuit de démarrage et le condensateur permanent. On se réfère maintenant à la figure 1 sur laquelle la source de tension alternative F alimente en tension le moteur à induction monophasé M, lequel comporte une bobine principale Bl et une bobine de démarrage B 2 La tension fournie aux bornes 1 et 2 de la source F est directement appliquée à la bobine principale Bl et elle est également appliquée à un circuit de démarrage DP comprenant la bobine de démarrage B 2. La bobine de démarrage B 2 est également reliée à la source de tension F par un condensateur permanent Cp, qui est également en parallèle avec le circuit de démarrage DP. Dès que le moteur M a été mis sous tension par la source F, la tension entre les bornes Ai et A 2 d'un TRIAC S commence à augmenter. Une telle variation de la tension entralne la circulation du courant IG à travers un circuit de déclenchement de TRIAC constitué par un premier condensateur Ci et une première résistance Ri, et ce courant, dans la condition dans laquelle un interrupteur bilatéral défini par une paire de premier et second transistors Ti et T 2 est déconnecté, se dirigera vers la borne de GACHETTE G du TRIAC S, entraînant ainsi la mise en circuit de ce dernier Une telle condition de conduction sera maintenue tout au plus pendant une alternance, lorsque le courant dans le TRIAC cesse et que l'alternance opposée commence. Immédiatement après le début de l'alternance opposée, la tension entre les bornes Ai et A 2 du TRIAC S commence à augmenter de nouveau, mais, cette fois, dans le sens opposé. Ladite variation de tension entre les bornes Ai et A 2 du TRIAC S dans le sens opposé entralne la circulation du courant IG à travers le circuit constitué par le premier condensateur Ci et la première résistance Ri, également dans le sens opposé Si l'on suppose que -6- les premier et second transistors Ti et T 2 sont encore déconnectés, le courant IG circulera vers la borne de GACHETTE G du TRIAC S, ce qui entra Ine de nouveau la mise en circuit du TRIAC. Une telle condition de conduction du TRIAC S dans le sens opposé sera maintenue tout au plus pendant une alternance Ainsi, le TRIAC S est nouvellement déclenché à chaque fois au début de chaque alternance, et ce processus se produira de manière répétée toutes les fois que les premier et second transistors Ti et T 2 sont à l'état déconnecté. Ce circuit de déclenchement de TRIAC S, constitué par le premier condensateur Ci et la première résistance Ri, est conçu de façon à permettre la circulation d'un courant IG en direction de la borne de GACHETTE du TRIAC, ce courant atteignant sa valeur maximale exactement au début de chaque alternance, déclenchant ainsi le TRIAC S lorsque la tension entre les bornes Ai et A 2 de ce dernier est minimale Ainsi, l'énergie emmagasinée dans le condensateur permanent Cp lorsque le TRIAC S se met à conduire sera très faible, ce qui garantit que l'intensité de l'impulsion du courant de décharge du condensateur permanent Cp à travers le TRIAC S sera également faible, évitant ainsi toute détérioration du TRIAC. La valeur du premier condensateur Ci est calculée de manière à ce que le taux de variation temporelle de la tension entre les bornes Ai et A 2 entra Ine le passage d'un courant IG suffisant à déclencher le TRIAC S La valeur de la première résistance Ri est calculée de manière à limiter l'intensité de l'impulsion du courant de décharge du premier condensateur Ci à travers la borne de GACHETTE G du TRIAC S à des niveaux qui ne sont pas préjudiciables à la durabilité du TRIAC La période de conduction totale du TRIAC S pendant le démarrage est définie par un temporisateur lequel, à l'expiration d'une période de temps prédéterminée, modifie brusquement la tension appliquée à des seconde et troisième résistances R 2 et R 3 de la valeur zéro à une valeur suffisante pour saturer les premier et second transistors Ti et T 2, ce qui fera dévier le courant IG et empêchera ainsi le déclenchement du TRIAC S. Pendant la marche normale du moteur, les premier et second -7- transistors Ti et T 2 sont saturés de manière à ce que, pendant les alternances positives du courant IG, le premier transistor Ti conduise, ce qui empêche le déclenchement du TRIAC S, et que, pendant les alternances négatives du courant IG, le second transistor T 2 conduise, ce qui évite le déclenchement du TRIAC S Le temporisateur est constitué par une source d'alimentation et une bascule, et fonctionne de la manière décrite ci-après Dès la mise sous tension du circuit, un second condensateur C 2 est déchargé. Pendant les alternances positives, une seconde diode D 2 est directement polarisée, ce qui permet à un courant It en provenance de la source F de circuler vers le second condensateur C 2, accroissant ainsi sa tension Pendant les alternances négatives, le courant It est directement dévié par une troisième diode D 3 vers la source F, entraînant ainsi la charge d'un troisième condensateur Cs. De cette manière, pendant l'alternance positive suivante, un courant It circulera de nouveau à travers le troisième condensateur C 3 et la seconde diode D 2, si bien que la tension du second condensateur C 2 sera de nouveau augmentée La tension aux bornes du second condensateur C 2 augmente donc progressivement par les charges successives qui sont transmises du troisième condensateur Ca au second condensateur C 2 pendant les alternances positives. Dans ce circuit, la tension aux bornes du second condensateur C 2, qui est également appliquée au diviseur de tension constitué par des huitième et septième résistances R 8 et R 7, augmentera jusqu'à ce que la jonction base-émetteur d'un troisième transistor Ts soit directement polarisée, entraînant la circulation d'un courant à travers le collecteur du troisième transistor Ta; ce courant circulera en partie à travers la seconde résistance R 2 et en partie vers la base d'un quatrième transistor T 4, ce qui polarisera également la jonction base-émetteur de ce quatrième transistor T 4, si bien que le collecteur de ce transistor drainera du courant qui viendra s'ajouter au courant circulant déjà à travers la résistance R 7, ce qui augmentera, par conséquent, la polarisation du troisième transistor T 3 Cette réaction en chalne entraîne la saturation brusque des troisième et quatrième transistors Ta et T 4, ce qui -8augmente la tension dans le collecteur du troisième transistor T 3 et dans l'émetteur du quatrième transistor T 4 jusqu'à une valeur très proche de la tension du point 5, saturant ainsi les premier et second transistors Ti et T 2 La tension au point 5 o se produit le déclenchement est définie par la relation entre les huitième et septième résistances RB et R 7 et la tension de polarisation de la jonction base- émetteur du troisième transistor T 3, qui est typiquement de 0,6 volts Le raccordement de la seconde résistance R 2 à la base du quatrième transistor T 4 évite que les courants de fuite à travers le collecteur du troisième transistor T 3 n'engendrent le déclenchement indésirable du temporisateur Le diviseur de tension constitué par les septième et huitième résistances R 7 et RB aura également pour fonction de décharger le second condensateur C 2 lorsque le moteur s'arrête, et il remet le circuit dans la condition initiale en vue d'un nouveau démarrage. Le temps qui s'écoule depuis la mise sous tension du moteur jusqu'à l'interruption de la conduction du TRIAC S est essentiellement défini par les valeurs du second condensateur C 2 et du troisième condensateur C 3 La valeur du troisième condensateur C 3, responsable de la limitation dudit courant It, est calculée de façon à fournir au circuit un courant de consommation qui est drainé en régime permanent par les seconde et troisième résistances R 2, Rs, et les septième et huitième résistances R 7 et RB. L'utilisation du condensateur C 3 en tant que limiteur de courant à la place de résistances permet de réduire la consommation de courant par le circuit jusqu'à un niveau minimal tout à fait négligeable. La valeur du condensateur C 2 est calculée de manière à retarder toute augmentation de la tension au point 5 pendant le démarrage, en définissant le moment auquel le dispositif de démarrage fonctionne. La résistance Ro qui est reliée en série au condensateur C 3 se comporte comme un dispositif de protection, limitant ainsi ledit courant It fourni au circuit pendant d'éventuelles tensions transitoires fournies par la source de tension F. La figure 2 illustre de façon simplifiée le montage du circuit -9- électronique destiné au démarrage du moteur à induction monophasé décrit ci-dessus, dans le cas d'une configuration de moteur utilisant une impédance externe Ze et le condensateur permanent Cp. Dans cette configuration, l'impédance externe Ze, qui peut également être une résistance de démarrage ou un condensateur de démarrage, est insérée entre une borne 3 du circuit de démarrage et le point de raccordement entre la bobine de démarrage et le condensateur permanent Cp Après démarrage du moteur, l'impédance externe Ze, qui est montée en série avec le TRIAC S, sera déconnectée du circuit, et seul le condensateur permanent Cp restera relié à la bobine de démarrage B 2. Comme décrit ci-dessus, le circuit illustré sur la figure 1 fait alors démarrer le moteur à induction monophasé, en ne dissipant qu'une quantité négligeable d'énergie, ce qui permet son utilisation en association avec un condensateur permanent ou un condensateur permanent et un condensateur de démarrage, ou individuellement, en le reliant temporairement à une bobine de démarrage. -10- REVENDICATIONS 1 Circuit électronique pour le démarrage d'un moteur à induction monophasé du type comportant un rotor du type à cage et un stator comportant au moins un enroulement principal et un enroulement de démarrage; un condensateur permanent relié en série à l'enroulement de démarrage; et une source de courant alternatif ayant une première et une seconde bornes, l'enroulement principal étant relié en série aux bornes de la source de courant alternatif, le condensateur permanent et l'enroulement de démarrage étant reliés en parallèle auxdites bornes, caractérisé en ce qu'il comprend: un TRIAC (S) ayant une première borne (Ai) reliée à la première borne ( 1) de la source de courant alternatif (F), une seconde borne (A 2) reliée à l'enroulement de démarrage (B 2) et au condensateur permanent (Cp) et une borne de GACHETTE (G); un circuit de déclenchement de TRIAC (Ci,Ri) relié à la seconde borne (A 2) et à la borne GACHETTE (G) du TRIAC (S); un commutateur bilatéral (Ti, T 2) qui comporte des bornes de commande et qui est relié à la borne de GACHETTE (G) et à la première borne (Ai) du TRIAC (S); et un circuit de temporisation (TP) relié aux bornes de commande du commutateur bilatéral et aux première ( 1) et seconde ( 2) bornes de la source de courant alternatif (F), ledit circuit de temporisation définissant le temps écoulé depuis la mise sous tension du moteur jusqu'à l'interruption de la conduction du TRIAC par la mise en circuit du commutateur bilatéral (Ti, T 2), le circuit de déclenchement de TRIAC (Ci, Ri) déclenchant de manière répétée le TRIAC (S) pour le mettre dans une condition de conduction au début de chaque alternance du courant tandis que le circuit de temporisation (TP) maintient le commutateur bilatéral (Ti, T 2) à l'état déconnecté. 2 Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de déclenchement de TRIAC comprend un premier condensateur (Ci) ayant une borne reliée à la seconde borne (A 2) du TRIAC (S) et une autre borne reliée à la borne de GACHETTE (G) du TRIAC (S) par l'intermédiaire d'une première résistance (Ri). 3 Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du premier condensateur (Ci) est telle que le taux -11- de variation de la tension dans le temps, entre les première et seconde bornes (Ai, A 2) du TRIAC (S), engendre la circulation d'un courant (IG) vers la borne de GACHETTE (G) du TRIAC (S) suffisant pour déclencher le TRIAC. 4 Circuit électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première résistance (Ri) limite l'intensité de l'impulsion du courant de décharge du premier condensateur (Ci) à travers la borne de GACHETTE (G) du TRIAC (S) à un niveau de sécurité relativement au TRIAC. 5 Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur bilatéral comprend un premier (Ti) et un second (T 2) transistors bipolaires de type NPN, l'émetteur du premier transistor (Ti) étant relié à la première borne (Ai) du TRIAC (S) et le collecteur étant relié à la borne de GACHETTE (G) du TRIAC, le collecteur du second transistor (T 2) étant relié à la première borne (Ai) du TRIAC (S) et l'émetteur étant relié à la borne de GACHETTE (G) du TRIAC (S), et les bases desdits premier et second transistors (Ti, T 2) étant reliées au circuit de temporisation (TP) par l'intermédiaire d'une seconde (R 2) et d'une troisième (R 3) résistances. 6 Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de temporisation (TP) comprend un limiteur de courant (R 6, C 3) relié entre la seconde borne ( 2) de la source de courant alternatif (F) et l'entrée d'un circuit de redressement (D 2, D 3); un condensateur temporisateur (C 2) relié entre la sortie de ladite source de courant alternatif (F); un circuit de déclenchement de tension (Ta, T 4, R 7, R 8) ayant une entrée reliée à un point ( 5) reliant la sortie du redresseur et la première borne du temporisateur (C 2); une borne de référence reliée à la première borne ( 1) de la source de courant alternatif (F) et des bornes de sortie reliées auxdites seconde et troisième résistances (R 2, Rs). 7 Circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de limitation de courant comprend un troisième condensateur (Ca) dont une borne est reliée à la seconde borne ( 2) de la source de courant alternatif (F), et l'autre borne est reliée à l'entrée du circuit de redressement par l'intermédiaire d'une sixième -12- résistance (Re). 8 Circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de redressement comprend une première diode de redressement (D 2) dont l'anode est reliée au circuit de limitation de courant (Ca, Re) et la cathode est reliée à la première borne ( 5) du condensateur temporisateur (C 2), et une seconde diode de redressement (Ds) dont la cathode est reliée à l'anode de la première diode de redressement (D 2) et l'anode est reliée à la première borne ( 1) de la source de courant alternatif (F). 9 Circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de déclenchement de tension comprend un troisième transistor bipolaire (T 3) du type PNP dont l'émetteur est relié à la première borne ( 5) du condensateur temporisateur (C 2), le collecteur étant relié à ladite seconde résistance (R 2); une résistance (R 7) reliant entre eux la base et l'émetteur dudit troisième transistor ( 13); un quatrième transistor bipolaire de type NPN dont la base est reliée au collecteur dudit troisième transistor (Ta), le collecteur étant relié à la base dudit troisième transistor (T 3) et l'émetteur étant relié à ladite troisième résistance (R 3); une résistance (Rs) reliant entre eux le collecteur dudit quatrième transistor (T 4) et la première borne ( 1) de la source de courant alternatif (F). Circuit électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la limitation du courant (It) est sensiblement assurée par ledit troisième condensateur (C 3). 11 Circuit électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la sixième résistance (Re) limite le courant (It) pendant d'éventuelles tensions transitoires fournies par la source de courant alternatif (F). 12 Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une impédance externe (Ze) reliée entre la seconde borne (A 2) du TRIAC (S) et la borne (B 2) de la bobine de démarrage reliée au condensateur permanent (Cp). 13 Circuit électronique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'impédance externe (Ze) est constituée par une résistance ou un condensateur de démarrage.