Brevet FR2753847A1 — publié le 19980327

L'invention concerne un circuit de surveillance pour moteur asynchrone monophasé à capacité permanente destiné à permettre d'éviter un fonctionnement du moteur au-delå de limites imparties et susceptible d'être exploité à des fins d'alarme préventive. Il est connu de surveiller le bon fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone par contrôle électronique de sa vitesse de rotation et/ou de sa consommation en courant. Toutefois les dispositifs électroniques permettant de réaliser ces contrôles et mesures s'avèrent parfois trop coûteux pour certaines des applications qui mettent en oeuvre de tels moteurs. Ceci est par exemple le cas, lorsque de tels moteurs sont mis en oeuvre, en raison de leurs avantages spécifiques, dans des applications telles que le refroidissement d'appareillages dissipant de l'énergie sous forme de chaleur et par exemple dans des convertisseurs dont le refroidissement est assuré par des ventilateurs entraînés par des moteurs asynchrones tels que sommairement définis ci-dessus. Or les surchauffes que sont susceptibles d'entraîner un arrêt de ventilation ou une obstruction plus ou moins importante d'un conduit de fluide de refroidissement peuvent avoir des conséquences graves tant pour le matériel que pour ses utilisateurs. L'invention propose donc un circuit de surveillance pour moteur asynchrone monophasé à capacité permanente destiné à permettre un contrôle efficace et à faible coût, le moteur comportant un enroulement principal et un enroulement auxiliaire connectés à une borne commune, ainsi qu'une capacité connectée en paralléle sur l'enroulement auxiliaire. Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de surveillance comporte des moyens pour mesurer les tensions respectivement présentes aux bornes de l'enroulement principal et de l'enroulement auxiliaire du moteur et des moyens pour vérifier la position du point de fonctionnement de ce moteur, obtenue à partir des tensions mesurées, par rapport à deux droites de charge limite, I'une inférieure et l'autre supérieure, définies pour la gamme des tensions applicables au moteur, de manière à produire une signalisation caractéristique lorsque le point de fonctionnement n'est plus déterminé comme étant situé entre ces droites. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour mesurer les tensions respectivement présentes aux bornes de l'enroulement principal et de l'enroulement auxiliaire du moteur dont il est doté, comportent pour chacun de ces enroulements un agencement où un transformateur d'isolement est relié d'une part aux bornes de l'un des enroulements et d'autre part à un montage lisseur atténuateur, via un montage redresseur, pour fournir une tension continue image de la tension alternative présente aux bornes de l'enroulement considéré et en ce que les moyens pour vérifier la position du point de fonctionnement du moteur comportent deux montages organisés de manière similaire et qui comportent chacun un circuit comparateur prenant en compte les tensions continues images et des tensions continues de seuil de tension correspondant à des valeurs limites inférieures dans la gamme des tensions prévues aux bornes des enroulements du moteur. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un schéma montrant le principe de raccordement d'un circuit de surveillance selon l'invention à un moteur asynchrone monophasé à capacité permanente. La figure 2 présente un diagramme relatif au procédé de surveillance mis en oeuvre par le circuit selon l'invention. La figure 3 présente un schéma d'un exemple de réalisation d'un circuit de surveillance selon l'invention. Le circuit de surveillance 1 présenté sur la figure 1 est destiné à être associé à un moteur asynchrone 2 alimenté en courant alternatif monophasé par une ligne électrique bifilaire 3 reliée aux bornes ici référencées N et P d'un enroulement principal 4 du moteur, ces bornes étant par exemple celles couramment dénommées de neutre et de phase. Une capacité 5 est connectée aux bornes d'un enroulement auxiliaire 6 ici par exemple entre la borne N commune aux deux enroulements 4, 6 et une borne A, dite de phase auxiliaire. Les enroulements sont par exemple les enroulements statoriques du moteur La capacité 5 assure la création du champ tournant nécessaire au fonctionnement du moteur. Le circuit de surveillance 1 se connecte aux bornes N, P et A, de manière à permettre les mesures des tensions présentes, d'une part, aux bornes de l'enroulement principal 4, entre les bornes N et P, d'autre part, de l'enroulement auxiliaire 6, entre les bornes N et A. Ce circuit produit au moins un signal d'information I, usuellement à destination d'une interface de commande, non représentée ici, classiquement une interface homme-machine, de type pupitre, tableau de commande ou fonctionnellement équivalent. dans une forme préférée de réalisation, le circuit de surveillance 1 compare la tension d'alimentation Ur présente aux bornes de l'enroulement principal 4 à la tension Ua présente aux bornes de l'enroulement auxiliaire 6. En effet, la relation entre la tension auxiliaire Ua et la tension d'alimentation Ur se définit par une fonction Ua = f(Ur) qui peut être représentée par une droite d'équation Ua = A.Ur+B, en première approximation pour un moteur asynchrone monophasé, lorsque ce moteur fonctionne à charge constante, comme cela est classique dans les applications, telle la ventilation, où ce type de moteur est mis en oeuvre. Les paramètres A et B sont variables suivant la charge, il est donc possible de vérifier que le moteur fonctionne dans des conditions admissibles de charge entre une charge C1 et une charge C2 prédéterminées en déterminant que le point de charge P reste entre les droites D1 et D2 correspondant respectivement à ces charges prédéterminées, ainsi que montré en figure 2. Dans un exemple d'application relatif à un moteur entraînant un ventilateur associé à un filtre, la droite D1 correspondra par exemple au cas d'une charge faible obtenue, lorsque le filtre est propre, la droite D2 correspondant au cas d'une charge maximale admise qui est notamment obtenue suite à une obturation progressive du filtre et à une modification correspondante des conditions de fonctionnement de la ventilation. La figure 3 présente un exemple de réalisation d'un circuit de surveillance 1 selon l'invention. Ce circuit comporte des moyens de mesure 7 réalisés sous la forme de deux agencements 8 et 8' identiques, il est respectivement relié à l'enroulement principal 4 et à l'enroulement auxiliaire 6 par exemple par deux transformateurs d'isolement 9 et 9'. Les tensions Ur et Ua respectivement présentes aux bornes de chacun des enroulements alimentent chacune un montage redresseur 10 ou 10'. Chaque montage, classiquement de type pont à diodes, fournit une tension redressée fonction de la tension alternative Ur ou Ua reçue par l'enroulement correspondant. La tension obtenue en sortie de chaque montage redresseur est filtrée par un circuit de lissage 11 ou 11' de type usuel qui comporte en sortie une capacité 12 ou 12' et ici un ensemble intermédiaire de trois résistances 13, , 15 ou 13', 14', 15' disposées en T. Chaque montage redresseur 10 ou 10' est relié aux bornes d'une branche constituée par deux des résistances 13 et 15 ou 13' et 15' montées en série et servant d'atténuateur de manière à ramener à un le coefficient A de la droite d'équation Ua = A.Ur+B. Chacune des résistances 15 et 15' à un point à la masse de même que la capacité 12 ou 12' du même montage. Chacune des résistances 14, 14' est reliée entre le point commun aux deux autres résistances 13, 15 ou 13', 15' du même montage. En dernier lieu, chacune des capacités 12 ou 12' est montée en parallèle à la branche constituée par les résistances 14, 15 ou 14', 15' du montage qui la comporte. Les deux tensions continues respectivement obtenues chacune aux bornes d'une des capacités 12 ou 12' pour les circuits de lissage 11, 11' sont appliquées chacune en entrée d'un amplificateur opérationnel 16 ou 16' différent qui est exploité en tant que montage suiveur, selon un agencement classique. Chacun des deux amplificateurs opérationnels 16, 16' attaque les moyens d'analyse 17 réalisés sous la forme de deux agencements 18, 18' constitués de manière similaire au niveau de deux amplificateurs opérationnels 19 et 19'. Ces circuits sont attaqués en parallèle par les amplificateurs opérationnels 16 et 16' et sont exploités en circuits comparateurs de différence, chacun fournissant une tension de sortie de niveau +V si la tension appliquée au niveau de son entrée non-inverseuse est supérieure à celle appliquée au niveau de son entrée inverseuse et une tension de sortie de niveau zéro en cas contraire. La sortie de l'amplificateur opérationnel 16 attaqué sur son entrée non-inverseuse par la tension continue Ur= représentative de la tension d'alimentation Ur attaque elle-même l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19 via une résistance 20 d'un pont diviseur qui comporte une résistance 21 connectée au potentiel de masse en plus de la résistance 20. Cette sortie d'amplificateur opérationnel 16 attaque également l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19', via une résistance 27'. Cette entrée non-inverseuse est également reliée par une résistance 28' au point intermédiaire d'une résistance potentiométrique de réglage 22' connectée entre le potentiel de masse et un potentiel continu d'alimentation du circuit de surveillance 1, le point intermédiaire évoqué ci-dessus étant relié au potentiel de masse par une capacité de découplage 23'. Une branche composée de deux résistances 24 et 25 en série entre potentiel de masse et potentiel d'alimentation +V sert à déterminer une valeur minimale de référence vis à vis de l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19 auquel le point commun aux résistances 24 et 25 est relié via une diode anti-retour 26. D'une manière analogue, la sortie de l'amplificateur opérationnel 16' attaqué sur son entrée non-inverseuse par la tension continue Ua= représentative de la tension auxiliaire Ua attaque elle-même l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19' via une résistance 20' d'un pont diviseur qui comporte une résistance 21' connectée au potentiel de masse en plus de la résistance 20'. La sortie de l'amplificateur opérationnel 16' attaque l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19, via une résistance 27. Cette entrée non-inverseuse est également reliée par une résistance 28 au point intermédiaire d'une résistance potentiométrique de réglage 22 connectée entre le potentiel de masse et un potentiel continu d'alimentation +V du circuit de surveillance 1, le point intermédiaire évoqué ci-dessus étant relié au potentiel de masse par une capacité de découplage 23. Une résistance de réaction 29 ou 29' relie la sortie de chaque amplificateur opérationnel 19, 19' à son entrée noninverseuse créant ainsi un faible hystérésis. Chacun des montages, respectivement constitués autour d'une des résistances potentiométriques de réglage 22 ou 22', permet de fixer une valeur de seuil. L'amplificateur opérationnel 19 sert à vérifier que la somme, présentée à son entrée non-inverseuse, de la tension de seuil U1 due au potentiométre dé réglage 22 et de la tension continue Ua= représentative de la tension alternative Ua appliquée à l'enroulement auxiliaire 6, est ou non inférieure à la tension continue Ur= appliquée à son entrée inverseuse et représentative de la tension alternative Ur appliquée à l'enroulement principal 4. Lorsque cette somme est détectée comme étant inférieure, le point de charge P du moteur 2 est situé sous la droite D1 sur le diagramme représenté en figure 2, ce qui traduit un fonctionnement de ce moteur hors des limites fixées. De maniére analogue, I'amplificateur opérationnel 19' sert à vérifier que la somme présentée à son entrée non-inverseuse, de la tension de seuil U2 due au potentiométre de réglage 22' continue et de la tension continue Ur= est ou non supérieure à la valeur de la tension continue Ua= qui est appliquée à son entrée inverseuse. Lorsque cette autre somme est détectée comme supérieure, le point de charge P du moteur 2 est situé au-dessus de la droite D2 du diagramme de la figure 2 et le moteur fonctionne alors en surcharge. Une valeur minimale Url de tension Ur= est fixée par l'intermédiaire du montage associant les résistances 24, 25 et la diode 26, cette valeur minimale rendant possible la détection d'une absence d'alimentation du moteur. La sortie de chacun des amplificateurs opérationnels 19 et 19' est reliée par une diode 30 ou 30' montée en inverse à une entrée de commande d'un dispositif de signalisation 31 qui est supposé susceptible de produire une signalisation sous une forme appropriée et qui est apte à l'émettre par l'intermédiaire de moyens de transmission, non représentés. Dans le cas présent la détection du franchissement de l'une des droites D1 ou D2 par le point de charge P correspond au passage de la sortie de l'un des amplificateurs opérationnels 19 ou 19' d'un niveau +V à un niveau zéro. A titre non-limitatif d'exemple, sur la figure 4 il a été symbolisé deux liaisons bifilaires de transmission 32 et 33 individuellement reliées chacune à un contact d'un relais de signalisation dont l'enroulement de commande 34 est symbolisé sur la figure 3. L'un des contacts 34a de ce relais est ici de type repos pour maintenir en permanence une continuité de la liaison 33 au niveau du dispositif de signalisation tant que les conditions de fonctionnement du moteur sont dans les limites fixées comme signalé par les amplificateurs opérationnels 19, 19'. L'autre contact 34b est supposé de type travail de manière à établir une continuité de la liaison 32 au niveau du dispositif de signalisation, lorsque l'un ou l'autre des amplificateurs opérationnels 19, 19' signale un fonctionnement du moteur hors des conditions limites préétablies. Le relais est commandé de maniére connue en soi par l'intermédiaire d'un montage générateur de courant organisé autour d'au moins un transistor, tel la transistor 35 sur la figure 3 qui est relié à une des extrémités de l'enroulement de commande 34. Ce transistor a sa base connectée aux anodes des diodes 30 et 30', via une résistance 36 insérée entre deux résistances 37 et 38 dans une branche résistive de polarisation connectée entre masse et potentiel continu d'alimentation +V. La jonction émetteur-collecteur du transistor 35 est commandée passante lorsqu'aucun courant ne circule au travers de l'une des diodes 30 ou 30' sous l'action de l'un ou l'autre des amplificateurs opérationnels 19' ou 20. Le passage du niveau +V au niveau zéro de la sortie de l'un de ces amplificateurs provoque le biocage du transistor 35 en raison du détournement du courant de polarisation de la base de ce transistor par les diodes 30 et 30' et entraîne le relâchement du relais 34 supposé jusqu'alors activé. Dans l'exemple présenté une visualisation de défaut par diode électroluminescente 39 est associée au dispositif de signalisation 31. A cet effet, la diode électroluminescente 39 est montée en parallèle à l'enroulement de commande du relais 34, avec deux résistances de limitation 40 et 41, cette dernière étant elle-même en série avec une diode 42 dont la cathode est reliée au potentiel d'alimentation +V selon un montage de protection connu et avec l'anode de la diode électroluminescente 39. REVENDICATIONS Il Circuit de surveillance pour moteur asynchrone monophasé comportant un enroulement principal (4) et un enroulement auxiliaire (6) connectés à une borne commune (N) ainsi qu'une capacité (5) connectée en parallèle sur l'enroulement auxiliaire, ledit circuit de surveillance étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7) pour mesurer les tensions respectivement présentes aux bornes de l'enroulement principal (4) et de l'enroulement auxiliaire (6) du moteur et des moyens (17) pour vérifier la position du point de fonctionnement de ce moteur, obtenue à partir des tensions mesurées, par rapport à deux droites de charge limite, I'une inférieure et l'autre supérieure, définies pour la gamme des tensions applicables au moteur, de manière à produire une signalisation caractéristique lorsque le point n'est plus déterminé comme étant situé entre ces droites. 2/ Circuit, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer les tensions respectivement présentes aux bornes de l'enroulement principal (4) et de l'enroulement auxiliaire (6) du moteur dont il est doté comportent pour chacun de ces enroulements un agencement où un transformateur d'isolement (9 ou 9') est relié d'une part aux bornes de l'un des enroulements et d'autre part à un montage lisseur atténuateur (11, 16 ou 11',16') via un montage redresseur (10 ou 10'), pour fournir une tension continue image (Ur= ou Ua=) de la tension alternative (Ua ou Ur) présente aux bornes de l'enroulement (4 ou 6) considéré et en ce que les moyens pour vérifier la position du point de fonctionnement du moteur comportent deux montages organisés de manière similaire et qui comportent chacun un circuit comparateur (19 ou 19') prenant en compte les tensions continues images et des tensions continues de seuil de tension (Ur1,U1, U2) correspondant à des valeurs limites inférieures dans la gamme des tensions prévues aux bornes des enroulements du moteur. 3/ Circuit, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour vérifier la position du point de fonctionnement du moteur comportent deux montages organisés de manière similaire et qui comportent chacun un circuit comparateur (19 ou 19') prenant en compte les tensions continues images et des tensions continues de seuil de tension (Url,U1, U2) correspondant à des valeurs limites inférieures dans la gamme des tensions prévues aux bornes des enroulements du moteur, les dites tensions continues de seuil de tension étant respectivement obtenues par l'intermédiaire d'un montage fournissant une tension continue de référence venant s'ajouter à la tension continue image de la tension présente aux bornes de l'enroulement principal (4) à une entrée inverseuse d'un des amplificateurs opérationnels constituant un desdits circuits comparateurs (19) pour fixer un seuil de tension (Url) correspondant à la tension minimale admise aux bornes dudit enroulement.principal et par l'intermédiaire de deux montages ajustables par résistance potentiométrique (22, 22') qui génèrent chacun une tension continue venant s'ajouter à la tension continue image en entrée non-inverseuse d'un, différent, des amplificateurs opérationnels constituant chacun un desdits circuits comparateurs (19, 19') pour fixer les seuiis de tension (U1, U2) correspondant aux deux tensions minimales admises aux bornes de l'enroulement auxiliaire (6) pour le moteur dans les limites de charges fixées pour ce moteur. 4/ Circuit, selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de signalisation (31) reliés aux sorties des circuits comparateurs (19, 19') par un circuit maintenant la continuité d'une liaison de signalisation tant que les circuits comparateurs fournissent des signaux traduisant le maintien du point de charge du moteur dans les limites fixées.