Brevet FR2717252A1 — publié le 19950915

L'invention se rapporte à une installation comprenant un système automatique de réglage d'un chauffage destine à commander un ventilateur faisant partie de cette installation et entrainé par un moteur dont la vitesse de rotation est commandée, le système automatique de réglage du chauffage comprenant un transmetteur de programme qui commande et contrôle un processus de mise en marche et le fonctionnement en continu d'un brûleur à soufflerie. Ces installations conviennent par exemple à la commande de la combustion d'installations de génération de chaleur de grande puissance qui fonctionnent à l'aide de combustibles liquides ou gazeux. Des systèmes automatiques de réglage d'un chauffage utilisés dans de telles installations sont décrits par exemple dans la revue de la société Landis & Gyr "Systèmes automatiques de réglage du chauffage pour brûleurs à mazout et à gaz". Ces systèmes automatiques de réglage d'un chauffage commandent le ventilateur, la pompe à combustible (par exemple la pompe à mazout), la vanne du combustible et le dispositif d'allumage. Ainsi, le processus de mise en marche d'un brûleur ainsi que le fonctionnement à la suite de cette mise en marche peuvent être commandés et contrôlés. Dans les installations connues, le ventilateur génère un flux d'air approximativement constant qui peut être modifié par un clapet monté en amont ou en aval de manière que le brûleur reçoive le flux d'air voulu. Pour des raisons de sécurité, des appareils de contrôle de la pression d'air sont utilisés et détectent sur la base d'une surpression du flux d'air si le débit de celui-ci atteint une valeur minimale déterminée. Le réglage du débit d'air envoyé au brûleur par le clapet est difficile en raison de la forte absence de linéarité de la courbe caractéristique précisément dans la plage des faibles charges. Il faut donc que la vitesse de rotation du moteur du ventilateur soit réglable dans une grande plage pour les brûleurs modernes à mazout ou à gaz. Une installation comprenant un système automatique de réglage d'un chauffage tel que spécifié ci- dessus en préambule et tel que décrit dans la demande de brevet européen n 93 114 751.6 convient pour être utilisée pour des brûleurs de puissance faible à moyenne. La commande du ventilateur de ces brûleurs est un moteur à courant continu, dont la vitesse est commandée et comprenant un circuit électronique intégré de commande ainsi qu'un détecteur intégré de la vitesse, le moteur I0 comprenant, en plus de la connexion à l'alimentation en énergie, une connexion de commande et de réponse de la vitesse de consigne et de la vitesse réelle. Pour les brûleurs de grande puissance, la commande qui est utilisée pour le ventilateur est en général un moteur asynchrone qui est par exemple connecté directement au réseau par trois phases d'un montage électrique en étoile. Etant donné que, en marche sous faible charge et à basse vitesse de la commande du ventilateur, il ne se forme que de faibles différences de pression d'air en raison du faible débit de celui-ci, il est à peine possible de régler les appareils de contrôle de la pression d'air de manière qu'ils répondent fiablement et sans erreur à faible charge. De plus, il n'est pas possible de vérifier si des appareils de contrôle de la pression d'air à fonctionnement statique opèrent correctement lorsque le brûleur est en service continu. Une détection de la vitesse de rotation de la commande du ventilateur est possible par exemple au moyen de détecteurs de Hall. Une telle solution a l'inconvénient qu'il faut placer des repères magnétiques sur l'arbre du moteur ou sur la roue du ventilateur. L'utilisation de détecteurs extérieurs et la transmission des signaux de ceux-ci au système automatique de réglage du chauffage exigent par ailleurs une ligne spéciale de réponse. Par ailleurs, la détection de la vitesse d'un moteur peut s'effectuer à l'aide de génératrices tachymétriques, l'arbre de commande devant aussi sortir du moteur sur le côté opposé à celui de la roue du ventilateur. Ces moteurs ne peuvent s'obtenir en général que sur commande et sont donc coûteux. De plus, le signal de sortie d'une génératrice tachymétrique ne contient aucune information sur le sens de la rotation. L'invention a pour objet une installation qui détecte sans défaillance et de manière fiable le débit d'air qu'un ventilateur commandé par un moteur asynchrone envoie à la chambre de combustion d'un brûleur à soufflerie o10 aussi bien sous faible charge qu'en service continu. Selon une particularité essentielle de l'invention, le moteur dont la vitesse est commandée est un moteur asynchrone, un transformateur de fréquence commande la vitesse du moteur asynchrone, des mécanismes de couplage peuvent couper brièvement l'alimentation en énergie du moteur asynchrone pour une durée prédéterminée et un montage de mesure détecte pendant cette durée la vitesse et le sens de rotation du moteur asynchrone par le fonctionnement en génératrice de ce dernier. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'une installation comprenant un système automatique de réglage d'un chauffage, la figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation et la figure 3 est un graphique représentant différentes tensions. La figure 1 représente une installation comprenant un système automatique 1 de réglage d'un chauffage destiné à commander un ventilateur faisant partie de cette installation, destiné à envoyer de l'air à la chambre de combustion et entrainé par un moteur asynchrone 2 dont la vitesse de rotation est commandée, le système automatique de réglage 1 comprenant un transmetteur de programme 4 qui commande et contrôle un processus de mise en marche et un fonctionnement en continu d'un brûleur à soufflerie. L'installation comprend par ailleurs pour la commande du moteur asynchrone 2 un transformateur de fréquence 3 dont l'entrée est alimentée par un réseau triphasé de 3 x 230 V. Il pourrait aussi être alimenté en énergie par un réseau monophasé de 1 x 230 V ou par un réseau à courant continu de 1 x 325 V ou par une autre alimentation usuelle dans l'industrie. Le transformateur de fréquence 3 comporte à la sortie trois mécanismes de couplage 6.1, 6.2 et 6.3 qui sont connectés par des conducteurs 7.1, 7.2 et 7.3 à des connexions U, V et W du moteur asynchrone 2 et il est connecté par un conducteur de commande 8 au transmetteur de programme 4. Le système automatique de réglage du chauffage comprend pour la détection de la vitesse du moteur asynchrone 2 un montage de mesure 5 comprenant deux entrées 5.1 et 5.2 qui sont raccordées aux deux connexions W et V du moteur asynchrone 2, ainsi qu'une sortie 5a qui est connectée à une entrée 4a du transmetteur de programme 4. Le moteur asynchrone 2 comprend trois bobinages de phases 2.1, 2.2 et 2.3 qui sont montés en triangle. Ils pourraient aussi être montés en étoile. Le moteur asynchrone 2 entraine un ventilateur qui envoie dans la chambre de combustion d'un brûleur à soufflerie un flux d'air dont l'intensité est fonction notamment de la vitesse de rotation du moteur asynchrone 2. Le transmetteur de programme 4 prescrit la vitesse voulue de rotation au transformateur de fréquence 3 sous forme d'une vitesse de consigne. Lorsque le moteur asynchrone 2 est coupé de l'alimentation en énergie, il fonctionne en génératrice jusqu'à l'arrêt. Des tensions qui sont alors produites dans les bobinages de phase 2.1 à 2.3 en raison de l'effet de Faraday sont détectées par le montage de mesure 5 et transformées en impulsions carrées. Le montage de mesure 5 comprend à cette fin un coupleur 9 formé de deux résistances R1 et R2, d'un condensateur C et d'une diode D, un circuit comparateur 10 et un optocoupleur 11. Les résistances R1 et R2 sont montées en série entre les deux entrées 5.1 et 5.2. Le condensateur C et en parallèle sur la résistance R2. L'anode de la diode D est connectée à une prise entre les resistances R1 et R2, sa cathode est connectée à une première entrée du circuit comparateur 10. Une seconde entrée du circuit comparateur 10 est à une tension de référence UB qui est fixe par rapport au potentiel de l'entrée 5.2. La sortie du circuit comparateur 10 attaque l'optocoupleur 11 dont la sortie est connectée à la sortie 5a, de sorte qu'il y a une séparation ohmique entre le montage de mesure 5 et le transmetteur de programme 4. Le coupleur 9 sert à l'adaptation du niveau de la tension UW_V aux niveaux traités de la tension du circuit comparateur , au redressement demi-onde et à l'élimination par filtration des hautes fréquences. Le circuit comparateur 10 est réglé de manière que sa sortie soit à un potentiel élevé et en conséquence que la sortie 5a de l'optocoupleur Il soit aussi à un potentiel élevé lorsque la tension Us du signal à la première entrée est plus grande que la tension de référence UB que reçoit la seconde entrée. La sortie du circuit comparateur 10 et la sortie 5a sont à un faible potentiel lorsque la tension Us du signal est plus petite que la tension de référence UB. La tension de référence UB est déterminée de manière que, lorsque le moteur asynchrone 2 fonctionne en génératrice, les impulsions de tension générées dans le bobinage de phase 2.3 apparaissent à l'entrée 4a du transmetteur de programme 4 sous forme d'une séquence d'impulsions carrées. L'information concernant la vitesse de rotation du moteur asynchrone 2 est plusieurs fois disponible, à savoir d'après la fréquence de ces impulsions, d'après la durée des impulsions individuelles ainsi que d'après la longueur des intervalles séparant les impulsions. Le transmetteur de programme 4 est donc programmé pour déterminer la vitesse de rotation d'après la fréquence ou d'après la durée des impulsions. La détection de la vitesse réelle du moteur asynchrone 2 s'effectue donc au cours d'un cycle d'exploration suivant lequel le transmettre de programme 4 ouvre brièvement les mécanismes de couplage 6. 1 à 6.3 pour une durée prédéterminée T et calcule cette vitesse d'après les impulsions apparaissant à la sortie 5a du montage de mesure 5. La vitesse du moteur asynchrone 2 diminue avec l'augmentation de la durée de coupure de l'alimentation en énergie. Le transmetteur de programme 4 contrôle donc avantageusement si la longueur des impulsions ou la durée séparant les impulsions augmente réellement avec l'augmentation de la durée d'ouverture des mécanismes de couplage 6. 1 à 6.3. Si tel n'est pas le cas, il existe une défaillance et alors le transmetteur de programme 4 arrête le brûleur. La défaillance pourrait consister en ce que les mécanismes de couplage 6.1 à 6.3 ne s'ouvrent pas ou en ce que le montage de mesure 5 est défectueux. Il est aussi possible d'effectuer un cycle de mesure avant la mise en marche proprement dite du brûleur en mesurant la diminution de la vitesse du moteur asynchrone 2 à différentes vitesses de rotation et en les mémorisant dans un tableau. Le transmetteur de programme 4 peut donc comparer la chute de la vitesse avec les valeurs mémorisées dans le tableau pendant la marche en continu. Le dispositif décrit permet de détecter la vitesse du moteur asynchrone sans détecteurs spéciaux. Des moteurs asynchrones du commerce d'un mode de réalisation très simple sont utilisables sans modification. En marche à faible charge, il n'y a pas à effectuer le réglage difficile d'appareils de contrôle de la pression d'air et par ailleurs le débit d'air d'alimentation est réglable de manière que la consommation d'énergie soit faible. D'autres avantages résident dans le fait qu'il est possible d'effectuer à tout instant, pendant la marche en continu du brûleur, un contrôle pour savoir si la commande du ventilateur tourne à une vitesse déterminée et simultanément pour déceler une défaillance des mécanismes de couplage 6.1 à 6.3 ou du montage de mesure 5. Ce dispositif convient également au contrôle de la vitesse d'autres moteurs asynchrones associés à un brûleur et commandant par exemple un ventilateur d'arrivée d'air ou un ventilateur de remise en circulation des gaz de fumée. La figure 2 représente un montage de mesure 5 et son câblage avec un moteur asynchrone 2, qui permettent non seulement de détecter la vitesse, mais également le sens de la rotation du moteur asynchrone 2. Le montage de mesure 5 comprend six entrées 5.1 à 5.6, trois sorties 5a, 5b et 5c ainsi que trois modules de mesure 12.1 à 12.3, deux entrées et une sortie étant affectées à un module de mesure. Les entrées 5.1 et 5.3 sont raccordée à la connexion U, les entrées 5.2 et 5. 3, à la connexion V et les entrées 5.4 et 5.6, à la connexion W du moteur asynchrone 2 et donc les trois modules de mesure 12.1 à 12.3 peuvent déterminer les différences de tension entre deux des connexions U, V et W sous forme de signaux Y1, Y2 ainsi que Y3 qui peuvent être facilement interprétés par le transmetteur de programme 4. Les modules de mesure 12.1 à 12.3 sont conçus de la même manière et donc leur structure et leur mode de fonctionnement vont être décrits à l'aide du module de mesure 12.1. Les deux entrées 5.1 et 5.2 du module de mesure 12.1 sont reliées dans un circuit d'entrée par deux résistances R1 et R2 montées en série. Une diode D et un optocoupleur 13 comprenant une diode électroluminescente LD sont montés en parallèle avec la résistance R2 de manière que la diode D forme un montage anti-parallèle avec la diode électroluminescente LD. Les diodes D et LD limitent la chute de tension aux bornes de la résistance R2 à la valeur de leurs tensions à l'état passant. La différence de tension UUV entre les connexions U et V, qui est diminuée de la tension correspondante des diodes D et LD à l'état passant, est transformée dans la résistance R1 en un courant qui lui est proportionnel et transmise par l'optocoupleur 13 en un courant de sortie Il qui lui est proportionnel et qui a subi un redressement demi-onde. Le courant de sortie Il est envoyé au moyen d'un coupleur 14, qui se compose par exemple d'un filtre passe-bas et d'une résistance montée en aval, à un comparateur 15 pour la transformation du signal analogique en courant Il en un signal de sortie Y1 ayant la forme d'une séquence d'impulsions carrées ayant des niveaux d'un transistor à plusieurs émetteurs. Les modules de mesure 12.2 et 12. 3 traitent de manière correspondante les différences de tension UU_Wet UVW Le sens de rotation du moteur asynchrone 2 peut se déterminer d'après la séquence dans le temps suivant laquelle les impulsions carrées des signaux de sortie Y1, Y2 et y3 des trois modules de mesure 12.1, 12.2 et 12.3 arrivent dans le transmetteur de programme 4. Le moteur asynchrone 2 tourne à gauche lorsqu'après l'arrivée d'une impulsion carrée du signal de sortie Y1, une impulsion carrée suivante du signal de sortie Y2 apparaît avant une impulsion carrée suivante du signal de sortie y3. Le moteur asynchrone tourne à droite lorsque, après l'apparition d'une impulsion carrée du signal de sortie Y1, une impulsion carrée suivante du signal de sortie y3 apparaît avant une impulsion carrée suivante du signal de sortie Y2. Suivant un autre perfectionnement, une bascule monostable qui est déclenchée par un flanc et montée en aval du comparateur 15 bascule à l'état astable lors d'une variation de la sortie du comparateur du niveau bas au niveau haut d'un transistor à plusieurs émetteurs et, à la fin d'une durée déterminée T1, revient à l'état stable, de sorte qu'apparaît à sa sortie un signal Y1 ayant la forme d'une impulsion carrée de durée prédéterminee. Une telle bascule peut se réaliser à l'aide du composant SN 74121 de la série connue 74xx. Les durées T1, T2 ainsi que T3 sont réglées à différentes longueurs pour les trois bascules des modules de mesure 12.1 à 12.3 de manière que les impulsions carrées des trois signaux de sortie Y1, Y2 et y3 d'une part ne se chevauchent pas dans le temps même à vitesse élevée du moteur asynchrone 2 et d'autre part aient des longueurs différentes de manière qu'un élément de circuit tel que par exemple un simple opérateur "OU" puisse en former une combinaison logique en un signal YS. Le signal YS comprend alors des impulsions carrées de longueurs différentes. Le sens de rotation du moteur asynchrone 2 peut se déterminer à l'aide du signal Ys d'après le fait que trois impulsions carrées successives sont dans la séquence longue-moyenne- courte ou longue-courte-moyenne, la séquence pouvant éventuellement être mise à l'une des deux possibilités par permutations cycliques. La vitesse momentanée de rotation se détermine d'après l'intervalle de temps séparant le début de deux impulsions carrées successives. Il suffit avec ce circuit de quelques connexions pour la transmission du signal de somme y5 entre le montage de mesure 5 et le transmetteur de programme 4 pour détecter la vitesse ainsi que le sens de rotation du moteur asynchrone 2. Les comparateurs 15 servent à la détection des impulsions de courant apparaissant à la sortie de l'optocoupleur correspondant 13, tandis que les bascules déterminent la longueur dans le temps des impulsions carrées apparaissant aux sorties Y1, Y2 ainsi que Y3. Pour clarifier ceci, la figure 3 illustre la tension UuV à l'entrée du montage de mesure 12.1, le courant Il, le signal UC après le comparateur 15, le signal Y1 après la bascule monostable à déclenchement par un flanc, les signaux Y2 et Y3 après les bascules des deux autres modules de mesure 12.2 et 12.3 ainsi que le signal de somme YS lorsque le moteur asynchrone 2 tourne à gauche. La tension d'entrée UuV est représentée sous forme d'une oscillation dont la durée de la période croît et dont l'amplitude décroît avec l'augmentation de la durée à partir de l'ouverture des mécanismes de couplage 6.1 à 6.3. L'amplitude initiale est fonction de la vitesse du moteur asynchrone 2, tandis que son ralentissement est en particulier une fonction de la charge accrochée. Le dépouillement du signal de somme yS est simple, car la durée des impulsions carrées individuelles n'est pas fonction de la vitesse de rotation. Par ailleurs, ce montage convient pour la détection de la vitesse et du sens de rotation de moteurs asynchrones qui sont montés en étoile ou en triangle. La fréquence de la détection de la vitesse du moteur asynchrone 2 se règle selon les normes concernées ou les règlements de sécurité. Un tel cycle de contrôle peut avoir lieu par exemple une fois à l'heure. REVENDICATIONS 1. Installation comprenant un système automatique de réglage d'un chauffage (1) destiné à commander un ventilateur faisant partie de cette installation et entraîné par un moteur (2) dont la vitesse est commandée, le système automatique de réglage comprenant un transmetteur de programme (4) qui commande et contrôle un processus de mise en marche et un fonctionnement en continu d'un brleur à soufflerie, caractérisée en ce que le moteur (2) dont la vitesse est commandée est un moteur asynchrone, un transformateur de fréquence (3) commande la vitesse du moteur asynchrone (2), des mécanismes de couplage (6.1; 6.2; 6.3) coupent brièvement le moteur asynchrone (2) de l'alimentation en énergie pour une durée prédéterminée et un montage de mesure (5) détermine pendant cette durée la vitesse et le sens de rotation du moteur asynchrone (2) par son fonctionnement en génératrice. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le montage de mesure (5) comprend deux entrées (5.1; 5.2) qui sont raccordées à deux connexions (W; V) du moteur asynchrone (2), le montage de mesure (5) transforme la tension (Uwv) reçue entre ses entrées (5.1; 5.2) en une séquence d'impulsions carrées et les transmet au transmetteur de programme (4) et le transmetteur de programme (4) détermine la vitesse du moteur asynchrone (2) d'après la durée dans le temps des impulsions carrées ou d'après l'intervalle de temps qui les sépare. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le montage de mesure (5) comprend trois modules de mesure (12.1; 12.1; 12.3) dont chacun a deux entrées (5.1, 5. 2; 5.3, 5.4; 5.5, 5.6) qui sont reliées à deux connexions (U, V, W) du moteur asynchrone (2), les modules de mesure (12.1; 12.2; 12.3) transforment les tensions (Uu_V; UUW; UV-W) reçues par leurs entrées (5.1, 5.2; 5.3, 5.4; 5.5, 5.6) en signaux de sortie (Y1; Y2; Y3) ayant la forme d'impulsions carrées et les transmettent au transmetteur de programme (4) et le transmetteur de programme (4) détermine d'après les signaux de sortie (Y1; Y2; Y3) la vitesse et le sens de rotation du moteur asynchrone (2). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun des trois modules de mesure (12.1; 12.2; 12.3) comprend une bascule monostable déclenchee par un flanc, ces bascules sont réglées de manière que les durées des impulsions rectangulaires des trois signaux de sortie (Y1; Y2; Y3) aient des longueurs différentes, les trois signaux de sortie (Y1; Y2; Y3) subissent une combinaison logique au moyen d'un élément de circuit pour donner un signal de somme (yS) qui est transmis au transmetteur de programme (4) et le transmetteur de programme (4) détermine d'après ce signal de somme la vitesse et le sens de rotation du moteur asynchrone (2). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le transmetteur de programme (4) exécute à des instants déterminés un cycle de contrôle pour détecter, ou bien la vitesse, ou bien la vitesse et le sens de rotation du moteur asynchrone (2). 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisee en ce que le transmetteur de programme (4) contrôle le signal de sortie (Y1; Yl, Y2, Y3; YS) du montage de mesure (5) pour déterminer si la distance séparant les impulsions carrées augmente avec l'augmentation de la durée d'ouverture des mécanismes de couplage (6.1; 6.2; 6.3). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le transmetteur de programme (4) exécute un cycle de mesure avant la mise en marche proprement dite de l'installation en détectant la diminution de la vitesse du moteur asynchrone (2) à différentes vitesses de rotation et en les mémorisant dans un tableau et le transmetteur de programme (4) détecte la vitesse et sa diminution à des instants déterminés pendant la marche en continu de l'installation et les compare avec les valeurs mémorisées dans le tableau.