Brevet FR2653613A1 — publié le 19910426

La presente invention est relative à la commande -d'un moteur électrique synchrone monophasé, et elle concerne, plus particu- lièrement, un procédé et un dispositif assurant le démarrage d'un tel moteur dans un sens de rotation préférentiel. Pour imposer à un moteur électrique synchrone monophasé un sens de rotation déterminé, donc un sens de démarrage préférentiel, il convient d'employer un artifice de type électromagnétique ou de type mécanique, ce dernier type impliquant l'utilisation d'un dispositif dénommé "antiretour". Un dispositif anti-retour mécanique tel qu'à came, utilisé de façon classique, présente plusieurs inconvénients - Coût supplémentaire lié aux pièces ou parties mécaniques nécessaires, notamment la came intégrée au rotor du moteur et une butée. - Bruit gênant, surtout en fin de vie, amplifié par la struc- ture de l'appareil sur lequel est monté le moteur. - Endurance mécanique de l'ensemble limitée à celle du dispositif anti-retour. - Temps de démarrage aléatoire et trop important dans certains cas. La présente invention vise à éliminer tous ces inconvé- nients, en fournissant un procédé et un dispositif pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé dans un sens imposé, qui ne néces- site aucun moyen mécanique particulier, de sorte qu'il évite notamment les problèmes de bruit et d'usure, tout en étant particulièrement fiable et en procurant aussi un temps de démarrage stable, ceci pour un coût économique. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste essentiel- lement à pré-positionner le rotor du moteur sur un pas spécifique par au moins une impulsion de courant monoalternance isolée, de signe prédé- terminé, puis après un temps suffisant pour la stabilisation mécanique du rotor sur ledit pas à alimenter le moteur en courant alternatif "pleine onde" avec une première alternance de signe contraire à celle de l'impul- sion de pré-positionnement du rotor. Ainsi, l'invention fournit un procédé de démarrage qui est de nature purement électrique, et qui peut être facilement piloté par un circuit électronique de commande du moteur, utilisant une techno- logique analogique ou numérique, la mise en oeuvre du procédé pouvant être syndironisée sur l'onde du réseau électrique alternatif d'alimentation du moteur, notamment en ce qui concerne la ou les impulsions de pré- positionnement du rotor. Le principe de l'invention consiste donc à amener et arrêter le rotor dans une position angulaire spécifique, à moins qu'il n'occupe déjà précédemment cette position, puis à faire démarrer véritablement le moteur à partir de cette position du rotor et dans des conditions bien déterminées, pour imposer un sens de rotation. En pratique, l'impulsion de pré-positionnement du rotor doit toutefois répondre à certaines conditions, en ce qui concerne son énergie, donc le courant moyen de cette impulsion: Ainsi l'énergie de l'impulsion de prépositionnement doit être au moins égale à une valeur limite inférieure, qui est nécessaire, dans des conditions d'alimentation et d'ambiance données, pour vaincre les couples résistants et inertiels, et pour franchir un pas dans le cas o le rotor n'est pas initialement sur le pas spécifique dans le cas contrai- re, l'impulsion confirme simplement la position de repos du rotor. En outre, l'énergie de l'impulsion de pré-positionnement ne doit pas excéder une valeur limite supérieure, correspondant au couple accélérateur maximal au-delà duquel le rotor franchirait plusieurs pas et se stabiliserait sur une position aléatoire. Les valeurs limites inférieure et supérieure définissent, par rapport à des intervalles voulus de tension du réseau alternatif d'ali- mentation et de température ambiante, une plage de commande à respec- ter pour imposer un sens de démarrage. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, pour tenir compte de toutes les dispersions, liées notamment aux variations des paramètres de commande et aux composants, le rotor est pré-positionné sur un pas spécifique par plusieurs impulsions de courant monoalternances successives, isolées dans le temps, toutes de même signe mais d'énergies différentes les unes des autres. Par exemple, on prévoit ici une succession d'impulsions de courant d'énergies décroissantes dans le temps, la première impulsion étant celle de plus grande énergie et la dernière impulsion étant celle de plus faible énergie. L'utilisation d'une telle séquence d'impulsions garantit que l'une au moins des impulsions appartient à la plage de commande à respecter. Ceci assure, en combinaison avec la dégressivité des énergies de la séquence d'impulsions, que la dernière impulsion de courant suf- fisante pour positionner le rotor sur un pas correct ne soit pas contrariée par la ou les impulsions suivantes, nécessairement d'énergie trop faible pour faire franchir un pas au rotor. Le rotor reste donc sur une position stable correcte après le train d'impulsions, quelles que soient les disper- sions précédemment évoquées. L'invention a aussi pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus de démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé dans un sens de rotation préférentiel. Ce dispositif comprend essentiellement, en combinaison, un interrupteur commandé bidirectionnel monté en série avec le moteur, un générateur d'impulsions électriques dont la sortie rend conducteur l'interrupteur commandé, et des moyens pour la synchronisation du géné- rateur d'impulsions sur le réseau électrique alternatif d'alimentation du moteur, le générateur étant conçu pour commander, à l'aide de l'inter- rupteur, l'alimentation du moteur par au moins une impulsion de courant monoalternance de signe prédéterminé, destinée à pré-positionner le rotor, puis l'alimentation de ce moteur en courant alternatif "pleine onde", avec une première alternance de signe contraire à celle de l'impul- sion de pré-positionnement. L'interrupteur commandé bidirectionnel en relation avec le générateur d'impulsions de courant peut être un triac, tandis que les moyens pour la synchronisation du générateur d'impulsions électriques sur le réseau alternatif sont avantageusement constitués par un détecteur de passage à zéro de la tension alternative de ce réseau. Dans le cas de la génération d'une succession d'impulsions d'énergies décroissantes, le générateur est prévu pour rendre conducteur l'interrupteur commandé avec des temps de retard croissants par rapport à des instants de passage à zéro de la tension alternative du réseau, de manière à obtenir des impulsions de courant successives d'énergies décroissantes dans le temps. En d'autres termes, les énergies de la séquen- ce d'impulsions sont "calibrées" par commande de phase. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qu suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé, et illustrant le fonctionnement dudit dispositif: Figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif conforme à la présente invention; Figure 2 est un diagramme des signaux électriques engen- drés ou utilisés par le dispositif de figure 1. Sur la figure 1, le repère 1 désigne un moteur électrique synchrone monophasé, alimenté à partir d'une tension alternative V, entre deux bornes 2 et 3, par un réseau alternatif monophasé. Un interrup- teur de puissance commandé bidirectionnel 4, tel que triac, est monté en série avec le moteur 1 entre les bornes d'alimentation 2 et 3. Un générateur d'impulsions électriques 5 possède une sortie 6 reliée à l'électrode de commande de l'interrupteur 4, les impul- sions émises par le générateur 2 rendant l'interrupteur 4 conducteur. Le générateur d'impulsions électriques 5 est lui-même synchronisé sur le réseau alternatif d'alimentation du moteur 1 au moyen d'un détecteur de zéro 7, c'est-à-dire d'un dispositif qui détecte les passages par une valeur nulle de la tension alternative V du réseau d'alimentation. Le fonctionnement du dispositif, au moment du démarrage du moteur 1, est expliqué plus précisément par le diagramme de la figure 2, dont les lignes superposées représentent respectivement, en fonction du temps t: - la tension alternative du réseau d'alimentation V, présente entre les bornes 2 et 3; - les signaux Z délivrés par le détecteur de zéro 7; - la tension Vm sous laquelle le moteur I est effectivement alimenté à un instant donné; - l'intensité Im du courant traversant le moteur 1. Les signaux Z, délivrés par le détecteur de zéro 7 au générateur 5, sont des impulsions périodiques dont la fréquence est double de celle du réseau d'alimentation. Dans l'exemple ici considéré, le dispositif est prévu pour envoyer au moteur 1 trois impulsions de courant successives Il, I2 et 13 de prépositionnement du rotor, toutes de signe positif, et d'énergies décroissantes. Ces impulsions sont obtenues en rendant à chaque fois le triac 4 conducteur au bout d'un certain temps de retard TI, T2 ou T3 après un instant de passage tl, t2 ou t3 de la tension V par une valeur nulle, avec la tension passant alors d'une valeur négative à une valeur positive, le temps de retard étant contrôlé par le générateur 5. Le triac 4 reste alors conducteur jusqu'au prochain passage à zéro de la tension V. Le premier temps de retard T1, relativement faible, conduit à l'obten- tion d'une premièreimpulsion de courant Il d'énergie relativement élevée. Le deuxième temps de retard T2, plus grand que le premier, conduit à l'obtention d'une deuxième impulsion de courant I2 d'énergie moins importante. Enfin, le troisième temps de retard T3, encore plus grand que le deuxième, conduit à l'obtention d'une troisième impulsion de cou- rant B3 d'énergie encore moins élevée. Après la troisième impulsion de courant 13, le dispositif détecte un nouvel instant de passage t4 de la tension V par une valeur nulle, mais avec la tension passant alors d'une valeur positive à une valeur négative. A partir de cet instant t4, le triac 4 est commandé de manière à être conducteur en permanence. Le moteur électrique est ainsi alimenté en courant alternatif "pleine onde", avec une première alternance A de signe négatif, ce qui assure le démarrage du moteur dans un sens déter- miné. L'invention est applicable, entre autres, aux moteurs électriques synchrones monophasés incorporés dans les programmateurs d'appareils électro-ménagers, tels que lave-vaisselle et lave-linge, ces moteurs assurant l'entraînement en rotation d'un bloc-cames qui commande lui-même un certain nombre d'interrupteurs électriques. Dans cette appli- cation, et plus particulièrement s'il s'agit d'un programmateur de type "hybride", le moteur est déjà piloté par un circuit électronique qui contrôle notamment la durée du pas de programme; il est alors facile d'incorporer à ce circuit électronique les fonctions du dispositif objet de la présente invention, pour imposer au moteur un sens de démarrage. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour le démarrage d'un moteur électri- que synchrone monophasé qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant le nombre des impulsions de prépositionnement, ou en inversant le signe de ces impulsions, pourvu que l'alimentation s'effectue ensuite avec une première alternance de signe contraire à celle des impulsions de pré-positionnement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé, assurant le démarrage du moteur dans un sens de rotation préférentiel, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner le rotor du moteur (1) sur un pas spécifique par au moins une impulsion de courant monoalternance isolée (Il, I2, 13), de signe prédéterminé, puis après un temps suffisant pour la stabilisation mécanique du rotor sur ledit pas, à alimenter le moteur (1) en courant alternatif "pleine onde" avec une première alternance (A) de signe contraire à celle de l'impulsion de pré-positionnement du rotor. 2. Procédé pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor est prépositionné sur un pas spécifique par plusieurs impulsions de courant monoalternées successives (Il, I2, 13), isolées dans le temps, toutes de même signe mais d'énergies différentes les unes des autres. 3. Procédé pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor est pré-positionné sur un pas spécifique par une succession d'impul- sions de courant (Il, I2, B3) d'énergies décroissantes dans le temps (t). 4. Procédé pour le démarrage d'un moteur électrique synchrone monophasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les impulsions (II, I2, B) de prépositionnement du rotor sont synchronisées sur l'onde (V) du réseau électrique alternatif d'alimentation du moteur (1). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de démar- rage d'un moteur électrique synchrone monophasé dans un sens de rotation préférentiel selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, en combinaison, un interrupteur commandé bidirectionnel (4) monté en série avec le moteur (1), un générateur (5) d'impulsions électriques dont la sortie (6) rend conducteur l'interrupteur commandé (4) , et des moyens (7) pour la synchronisation du générateur d'impulsions sur le réseau électrique alternatif d'alimentation du moteur, le générateur (5) étant prévu pour commander, à l'aide de l'interrupteur (4), l'alimenta- tion du moteur (1) par au moins une impulsion de courant monoalternance (Il, I2, B3) de signe prédéterminé, destinée à pré-positionner le rotor, puis l'alimentation de ce moteur en courant alternatif "pleine onde", avec une première alternance (A) de signe contraire à celle de l'impulsion de pré-positionnement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'interrupteur commandé bidirectionnel, en relation avec le générateur (5) d'impulsions électriques, est un triac (4). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens pour la synchronisation du générateur (5) d'impulsions électriques sur le réseau alternatif sont constitués par un détecteur (7) de passage à zéro de la tension alternative (V) de ce réseau. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérise en ce que le générateur (5) d'impulsions électriques est prévu pour rendre con- ducteur l'interrupteur commandé (4) avec des temps de retard (T1, T2, T3) croissants par rapport à des instants de passage à zéro (tt, t2, t3) de la tension alternative (V) du réseau, de manière a obtenir des impulsions de courant successives (I1, I2, B1) d'énergies décroissantes dans le temps (t). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 8, caractérisé par son application a un moteur électrique synchrone monophasé (1) incorporé dans un programmateur d'appareil électro- menager. 10. Dispositif selon la revendication 9, appliqué plus parti- culièrement au moteur par un programmateur de type "hybride", caracte- rise en ce que les fonctions de ce dispositif sont incorporées au circuit électronique qui pilote le moteur et qui contrôle notamment la durée du pas de programme.