Brevet FR2678119A1 — publié le 19921224

La présente invention concerne le domaine de la commande et protection des moteurs électriques à enroulements séparés. Comme représenté sur la figure 1, on a déjà proposé d'alimenter des moteurs électriques 10 triphasés comprenant deux séries d'enroulements séparés U1, V1, W1, et U2, V2, W2, à l'aide de deux contacteurs KM1, KM2, associés respectivement aux deux séries d'enroulements précitées. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement sous forme du bloc fonctionnel 20, l'alimentation triphasée du moteur 10. Ce moteur 10 est protégé en amont des contacteurs KM1, KM2, par un disjoncteur tripolaire 30 placé entre les contacteurs KMl, KM2, et l'alimentation 20. Le premier contacteur KM1 est mis en service par un contact principal CP. Le second contacteur KM2 est mis en service par un contact auxiliaire CA du premier contacteur KM1. I1 est généralement prévu une temporisation T, en série du contact auxiliaire CA et du bobinage du contacteur KM2, pour décaler dans le temps la mise en service des deux contacteurs KM1, KM2. Chacun des contacteurs KM1, KM2, voit donc circuler la moitié du courant, lorsque les deux séries d'enroulements du moteur sont identiques. I1 faut noter que seule la première série d'enroulements U1, V1, W1 du moteur 10 va être alimentée à travers le premier contacteur KMl, dans le cas où le second contacteur KM2 ne se fermerait pas où viendrait à s' ouvrir par suite des défauts suivants - contact auxiliaire CA du premier contacteur KM1 défectueux, - temporisateur T défectueux, - bobine du contacteur KM2 défectueuse et/ou, - câblage défectueux entre les différents composants CA, T, KM2 cités ci-dessus. Le disjoncteur tripolaire 30 n'assure en général une protection que sur la base d'un courant total, c'est-à-dire sur la base du courant théorique circulant dans les deux séries d'enroulements. De ce fait, dans le cas où le contacteur KM2 ne se fermerait ou viendrait à s'ouvrir, il y a risque de défectuosité au niveau du premier enroulement moteur U1, V1, W1, qui n'est plus protégé efficacement, ainsi que pour les éléments en lignes avec cet enroulement : câble, contacteur KMl. Les solutions envisagées jusqu'ici pour tenter de résoudre cette difficulté consistent, soit à utiliser un disjoncteur à six poles, soit à utiliser un relais thermique sensible à un courant de surcharge échauffant le moteur. Ces solutions sont à la fois coûteuses, volumineuses et non totalement fiables. Le but principal de la présente invention est de proposer de nouveaux moyens permettant d'améliorer la protection d'un moteur électrique à enroulements séparés. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif de contrôle de moteur électrique à enroulements séparés du type comprenant - un premier contacteur apte à alimenter une première série d'enroulements du moteur, - une temporisation initiée lors de la fermeture du premier contacteur, et - un second contacteur apte à alimenter une second série d'enroulements du moteur à la fin de la temporisation précitée, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre - des moyens de détection de courant sur l'un au moins des fils d'alimentation du moteur commandés par le second contacteur, - une seconde temporisation initiée lors de la mise en service de l'un des deux contacteurs, et - un circuit sensible d'une part à l'état de la seconde temporisation, d'autre part à l'état des moyens de détection de courant, et conçu pour interrompre l'alimentation des bobines de contacteur, donc du moteur si un courant n'est pas détecté dans les fils d'alimentation du moteur commandés par le second contacteur, à la fin de la seconde temporisation. La présente invention trouve notamment application dans la réalisation d'une machine frigorifique comprenant un compresseur entraîné par le moteur précité, dans lequel le fluide caloporteur du système frigorifique circule conjointement avec l'huile de lubrification dans le circuit de réfrigération du moteur. Dans ce cas, il est nécessaire de réchauffer le carter du compresseur avant démarrage du moteur pour séparer correctement le fluide caloporteur réfrigérant et l'huile de lubrification. Pour cela on prévoit, de façon connue en soi, un réchauffeur formé d'une résistance placée dans le carter du compresseur. Ce réchauffeur est alimenté lorsque le premier contacteur KM1 est au repos, c est-à-dire lorsque le moteur 10 n'est pas alimenté. Un but secondaire de la présente invention est de proposer des moyens permettant d'interdire le démarrage du moteur si le réchauffeur est hors d'usage. Ce but secondaire est atteint selon la présente invention, grâce à des moyens de détection de courant dans le réchauffeur, connectés également au circuit sensible. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 précédemment décrite représente un circuit classique d'alimentation de moteur électrique à enroulements séparés, - la figure 2 représente une vue schématique sous forme de blocs fonctionnels d'un circuit de commande conforme à la présente invention, et - la figure 3 représente une vue de détail du circuit sensible conforme à la présente invention. On retrouve sur la figure 2, un moteur électrique triphasé 100 comprenant deux séries d'enroulements identiques Ul, VI, W1 d'une part, et U2, V2, W2 d'autre part. On retrouve également sur la figure 2, deux contacteurs KM1, KM2, aptes à alimenter respectivement les deux séries d'enroulements U1, V1, W1 et U2, V2, W2 du moteur 100. Le contacteur K M 1 comprend une bobine 110 et trois contacts 111, 112, 113 placés respectivement sur les lignes d'alimentation 101, 102 et 103 des enroulements U1, V1 et W1 du moteur. De façon symétrique le contacteur KM2 comprend une bobine 120 et trois contacts 121, 122 et 123 placés respectivement sur les lignes d'alimentation 104, 105 et 106 des enroulements U2, V2 et W2 du moteur 100. Bien entendu, il est prévu un disjoncteur tripolaire similaire à celui représenté sous la référence 30 sur la figure 1, entre l'alimentation électrique générale 20 et les contacts 111, 112, 113 d'une part, 121, 122, 123 d'autre part, des deux contacteurs KMl et KM2. Cette alimentation générale 20 et le disjoncteur tri polaire n' ont pas été représentés sur la figure 2 pour simplifier l'illustration. On va maintenant décrire la structure du circuit de commande conforme à la présente invention. Ce circuit porte la référence générale 200. Ce circuit 200 comprend tout d'abord un interrupteur général de marche/arrêt référencé M/A sur la figure 2. I1 peut s'agir d'un contact de thermostat dans le cadre d'une application à une machine frigorifique. L'interrupteur général M/A est placé en série de la bobine 110 du contacteur KM1 entre une borne d'alimentation générale 201 et une borne générale de masse ou neutre 202. La borne d'alimentation générale 201 est typiquement une ligne de phase à 110 ou 220 Volts, 50 ou 60 Hz. Plus précisément, l'interrupteur général M/A est placé en série de la bobine 110 et du contact 121 d'un relais d'interface KA. Le contact 121 du relais d'interface KA est placé entre l'interrupteur général M/A et la bobine 110, l'interrupteur général M/A étant placé côté borne d'alimentation générale 201, tandis que la bobine 110 du contacteur KM1 est placée côté borne générale 202. Comme on le précisera par la suite, le contact 121 du relais d'interface KA se ferme lors de la mise sous tension générale du circuit. Ainsi lors de la fermeture de l'interrupteur général M/A, la bobine 110 du contacteur KM1 est alimentée. L'alimentation de la bobine 110 du premier contacteur KM1 entraîne tout d'abord la fermeture des contacts 111, 112, 113, associés, respectivement sur la ligne d'alimentation 101, 102, 103 du moteur 100. La première série d'enroulements U1, V1, W1 est alors alimentée. L'alimentation de la bobine 110 du premier contacteur KM1 a également pour conséquence la fermeture d'un contact auxiliaire 114 de ce contacteur KM1. Ce contact auxiliaire 114 est placé en série avec une première temporisation 130 et le bobinage 120 du second contacteur KM2 entre un point 203 placé entre l'interrupteur général M/A et le contact 121 du relais d'interface KA d'une part, et la borne d'alimentation générale 202 d'autre part. Ainsi, la temporisation 130 est initiée lors de la fermeture du contact auxiliaire 114 du premier contacteur 110 et la bobine 120 du second contacteur KM2 est elle-même alimentée à la fin de la temporisation 130. A titre d'exemple non limitatif, la durée de la temporisation 130 peut être de l'ordre de 0,7 seconde. Lorsque la bobine 120 du second contacteur KM2 est alimentée, les contacts 121, 122, 123 de ce contacteur se ferment respectivement sur les lignes 104, 105, 106 d'alimentation du moteur, alimentant ainsi la seconde série d'enroulements U2, V2 et W2. Le processus qui vient d'être décrit est surveillé par le dispositif conforme à la présente invention qui comprend, comme indiqué précédemment - des moyens 140 de détection de courant dans l'un au moins des fils 104, 105, 106 d'alimentation du moteur 100 commandés par le second contacteur KM2, - une seconde temporisation 150 initié lors de la mise en service de l'un des deux contacts KM1, KM2, et - un circuit 160 sensible, d'une part à Itétat de la seconde temporisation 150, d'autre part à l'état des moyens de détection de courant 140. Les moyens 140 de détection du courant circulant dans l'un au moins des fils d'alimentation 104, 105, 106 du moteur commandés par le second contacteur KM2, comprennent un transformateur de courant 142, plus précisément une boucle 141, servant de circuit magnétique, placée autour de l'un des fils d'alimentation 106 servant de primaire. Le secondaire du transformateur de courant 142 est relié à un étage amplificateur de mise en forme 170 dont la sortie attaque une première entrée 162 d'un élément logique 161 formant le circuit sensible 160. La sortie 171 de l'étage de mise en forme 170, et donc l'état de la première entrée 162 de la porte 161 change d'état selon que le transformateur de courant 142 détecte ou non un courant dans le fil d'alimentation 106. Selon la logique retenue sur la figure 3, la sortie 171 de l'étage de mise en forme 170 est à l'état haut lorsqu'aucun courant n'est détecté dans la ligne d'alimentation 106, et est en revanche à l'état bas lorsqu'un courant est détecté dans le fil d'alimenation 106. La seconde temporisation 150 est de préférence initiée lors de la fermeture de l'interrupteur général M/A, soit lors de l'alimentation du premier contacteur KM1. Pour cela, la temporisation 150 est initiée par un fil 204 relié au point 203 placé entre l'interrupteur général M/A et le contact 121 du relais d'interface. Plus précisément, la temporisation 150 est de préférence initiée par l'intermédiaire d'un coupleur photoélectrique 152 dont les entrées sont reliées entre la ligne 204 précitée et la ligne d'alimentation générale 202. La sortie 151 de la temporisation 150 est reliée à une seconde entrée 163 de la porte logique 161. Selon la logique retenue sur la figure 3, la sortie 151 de la temporisation 150 est au niveau bas pendant le déroulement du temps de temporisation définie par celle-ci, tandis qu'elle passe au niveau haut après achèvement de ce déroulement. A titre d'exemple non limitatif, le déroulement de la temporisation 150 est typiquement de l'ordre de 2,5 secondes. Selon le mode de réalisation précédemment décrit, la temporisation 150 est initiée lors de la fermeture de l'interrupteur général M/A, soit lors de l'alimentation du premier contacteur KM1. On peut cependant prévoir que la temporisation 150 ne soit initiée qu'au moment de l'alimentation de la bobine 120 du second contaceur KM2, soit après achèvement de la temporisation 130. Dans ce cas, la ligne 204 commandant le photocoupleur 152 doit être reliée non pas au point 203 placé entre l'interrupteur général M/A et le contact 121, mais entre la temporisation 130 et la bobine 120 du capteur KM2. De plus, dans ce dernier cas, il y a lieu de raccourcir le temps de la temporisation 150, d'un temps égal à celui de la temporisation 130. Le circuit logique 161 a pour but d'interrompre l'alimentation générale du moteur si un courant n'est pas détecté dans la ligne d'alimentation 106 avant la fin de la temporisation 150. La sortie de la porte logique 161 doit donc changer d'état lorsque simultanément la sortie de l'étage de mise en forme 170 indique qu'aucun courant ne circule dans la ligne 106 et la sortie 151 de la temporisation 150 indique que celle-ci est achevée. La porte logique 161 peut être du type ET ou non ET. Une solution du type non ET est retenue sur la figure 3. La sortie 164 de la porte logique 161 agit sur un contact 180 placé en série de la bobine 120 du relais d'interface KA précité. Ce contact 180 est placé en série de la bobine 120 du relais d'interface KA entre les lignes d'alimentation générale 201, 202. Ainsi, lorsque la sortie 164 de la porte logique 161 passe au niveau bas, le contact 180 s'ouvre et l'alimentation de la bobine 120 du relais d'interface KA est interrompue. I1 en résulte que le contact 121 de ce relais d'interface KA s'ouvre ce qui interrompt l'alimentation de la bobine 110 du contacteur KM1 et de là la bobine 120 du second contacteur KM2. Le moteur est alors mis hors tension. De préférence, il est prévu par ailleurs d'autres interrupteurs 190, 191 en série du contact 180 et de la bobine 120 du relais d'interface KA. Ces interrupteurs de sécurité peuvent être formés par exemple de pressostats placés sur le circuit commandé par le moteur 100. Un circuit de verrouillage 181 est de préférence prévu entre le contact 180 et la porte logique 161 pour éviter un changement d'état intempestif en sortie de la porte logique 161. De préférence, des témoins lumineux, formés par exemple de diodes électroluminescentes 182, sont reliés à la sortie 164 de la porte logique 161 pour visualiser l'état du circuit. Ainsi de préférence, il est prévu une diode LED 183 de couleur verte alimentée à l'état haut de la sortie 164 de la porte logique 161 pour visualiser un fonctionnement normal, et une diode LED rouge 184 alimentée à l'état bas de la sortie 164 de la porte logique 161 pour visualiser un état de déficience conforme à la description faite lignes 25 à 30 de la page 1. L'alimentation du circuit représenté sur la figure 3, notamment l'étage de mise en forme 170, le photocoupleur 152, la temporisation 150, la porte logique 160, les diodes 183, 184, et le circuit de verrouillage 181, est opérée entre une borne d'alimentation auxiliaire 205 et la borne d'alimentation générale 202 précitée. De préférence, la borne 205 correspond à une tension inférieure à la borne d'alimentation générale 201. Toutefois, le cas échant, les bornes 201 et 205 peuvent être confondues. Le ré-armement du système se fait par coupure et retour de l'alimentation générale par commande de l'interrupteur général M/A. Le circuit est à sécurité positive, c'est-à-dire que le relais d'interface KA se ferme à la mise sous tension générale, soit à la fermeture de l'interrupteur M/A et reste en position d'attente des phénomènes sus-décrits. Comme on l'a indiqué précédemment, le circuit est par ailleurs conçu de préférence pour analyser la présence ou non de courant dans le réchauffeur du carter de compresseur et protéger le moteur 100 en interdisant le moteur de démarrer si le réchauffeur précité est déficient. Pour cela, on utilise de préférence le même circuit de défaut et de protection que décrit précédemment et il est prévu des moyens additionnels de détection de courant dans le réchauffeur. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement sous la référence 210 l'élément chauffant du réchauffeur. Celui-ci est alimenté par une ligne 212 reliant l'élément chauffant 210 entre les bornes d'alimentation générale 201 et 202. Plus précisément encore un contact auxiliaire 115 du premier contacteur KM1 est placé en série de l'élément chauffant 210 sur la ligne 212. Ce contact 115 est conçu pour être fermé au repos, c' est-à-dire lorsque la bobine 110 du contacteur KM1 n'est pas alimentée, et s'ouvrir lors de l'alimentation de la bobine 110. Ainsi l'élément chauffant 210 est alimenté lorsque le moteur est à l'arrêt et au contraire désalimenté lorsque le moteur est alimente. La détection additionnelle de courant dans le réchauffeur 110 peut être opérée simplement en plaçant plusieurs spires 214, de la ligne 212 sur la boucle 141 de détection de courant. Le nombre de spires 214 formé sur la boucle de détection 141 dépend des ampères tours circulant dans la ligne 212. De ce fait la porte logique 160 surveille qu'un courant est bien présent soit dans le réchauffeur 210, soit dans le fil d'alimentation 106, en autorisant une temporisation définie par le module 150 entre la coupure du courant dans le réchauffeur 210 et l'apparition du courant dans le fil d'alimentation 106. Ainsi le circuit représenté sur la figure 3 commande également le contact 180 à l'ouverture si le détecteur de courant 140 décèle une absence de courant dans le réchauffeur à l'arrêt du moteur. Dans ce cas, on peut prévoir également, un témoin de visualisation additionnel, par exemple de couleur orange, apte à visualiser l'état du réchauffeur, et sensible pour cela aux moyens de détection de courant dans l'élément chauffant 210. Le circuit conforme à la présente invention offre notamment les avantages suivants par rapport à la technique antérieure. Par rapport au relais thermique, la présente invention permet une détection rapide dès l'origine, sans attendre que le moteur ne chauffe. Par ailleurs, la fiabilité du circuit conforme à l'invention est nettement supérieure à celle d'un relais thermique. En outre, par rapport à une solution à relais thermique ou à disjoncteur six poles, le circuit de détection conforme à la présente invention est nettement moins incombrant. Enfin, on peut noter que le circuit conforme à la présente invention est universel dans la mesure où il s'applique à tout moteur et toute tension d'alimentation. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle et protection de moteur électrique à enroulements séparés du type comprenant - un premier contacteur (KM1) apte à alimenter une première série d'enroulements (U1, V1, W1) du moteur (100), - une temporisation (130) initiée lors de la fermeture du premier contacteur (KM1), - un second contacteur (KM2) apte à alimenter une seconde série d'enroulements (U2, V2, W2) du moteur (100) après la fin de la temporisation (130), caractérisé par le fait qu'il comprend - des moyens (140) de détection de courant sur l'un au moins des fils d'alimentation (106) du moteur (100) commandés par le second contacteur (K M2), - une seconde temporisation (150) initiée lors de la mise en service de l'un des deux contacteurs (KM1, KM2), et - un circuit (160) sensible, d'une part à l'état de la seconde temporisation (150), d'autre part à l'état des moyens (140) de détection de courant et conçu pour interrompre l'alimentation des bobines contacteur, donc du moteur si un courant n'est pas détecté avant la fin de la seconde temporisation (150). 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens additionnels (214) de détection de courant dans un réchauffeur électrique (210) placé dans le fond d'un carter de compresseur entraîné par le moteur (100). 3. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la seconde temporisation (150) est initiée lors de la mise en service du premier contacteur (KM 1). 4. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens (140) de détection de courant sur l'un au moins des fils (106) d'alimentation du moteur commandés par le second contacteur (KM2) comprennent une boucle principale de détection (141), formant circuit magnétique d'un transformateur de courant, placée sur un fil d'alimentation (106) du moteur. 5. Circuit de contrôle selon les revendications 2 et 4 prises en combinaison, caractérisé par le fait que les moyens additionnels (214) de détection de courant comprennent plusieurs spires formées à l'aide du fil (212) d'alimentation du réchauffeur électrique (210), placées sur la boucle principale (141) de détection. 6. Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le circuit sensible (160) agit sur un contact (180) placé en série de la bobine (120) d'un relais d'interface (KA) dont le contact (121) est lui-même placé en série de la bobine du premier contacteur (KM 1). 7. Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la seconde temporisation (150) est contrôlée par un photo-coupleur (152). 8. Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 à 7 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un contact auxiliaire (115) du premier contacteur (KM1) est placé en série du réchauffeur (210). 9. Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le circuit sensible (160) est formé d'une porte logique, de préférence une porte de type ET ou NON ET. 10. Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des témoins (182, 183, 184) de visualisation de l'état du circuit sensible (160) et/ou de l'état des moyens de détection de courant (140, 214).