Brevet FR2770052A1 — publié le 19990423

l 2770052 La présente invention concerne un moteur asynchrone à induction monophasé, dont le stator est équipé d'un enroulement principal et d'un enroulement auxiliaire constitué de deux demi-enroulements bobinés en sens opposés, de telle manière qu'un courant de sens déterminé crée dans ces demi-enroulements des champs magnétiques de sens opposés, l'enroulement principal étant alimenté directement par une source de courant alternatif, tandis que l'enroulement auxiliaire est alimenté au moyen d'un courant délivré par un redresseur à double alternance et au moyen de deux interrupteurs de commutation, respectivement en série avec chacun des demi-enroulements auxiliaires, ces interrupteurs étant commandés par un circuit de commande assurant la fermeture/ouverture alternée des interrupteurs à une fréquence égale à la fréquence de la tension de l'alimentation, de manière à engendrer dans l'enroulement auxiliaire, une tension alternative déphasée de 90 relativement à la tension dans l'enroulement principal. Un tel moteur est connu du brevet US 4 520 303. Lorsque l'un des interrupteur s'ouvre, le courant dans l'enroulement correspondant à cet interrupteur a tendance à se maintenir en provoquant une surtension aux bornes de ce demi-enroulement, surtension qui se retrouve sur l'autre demi-enroulement en raison du couplage inductif mutuel entre les deux demi- enroulements. On retrouve cette surtension aux bornes de l'interrupteur qui vient de s'ouvrir. Les interrupteurs étant généralement constitués d'éléments semi-conducteurs ne supportant que des tensions 2 2770052 limitées, la surtension apparaissant aux bornes des interrupteurs détruit ceux-ci dans la plupart des cas de figure. Habituellement, pour écouler le courant dû à une surtension de coupure dans un bobine, il suffit de brancher parallèlement à cette bobine une diode de roue libre. Toutefois, dans le cas de deux bobinages couplés magnétiquement, une telle diode de roue libre serait vue comme un court-circuit par l'autre bobine. En effet, lorsque cette autre bobine est alimentée, elle sera couplée à une bobine en série avec une diode branchée en direct. Une solution à ce problème consisterait à utiliser, comme dispositif d'écoulement du courant, une diode15 transil, c'est-à-dire une diode de type Zener, placée anode côté pôle négatif du pont de diodes et cathode côté demi-enroulements du moteur. Le seuil de conduction inverse de cette diode devrait être supérieur à la tension issue du pont de diodes. Par exemple, pour un moteur de 230 V efficaces, la tension de seuil serait de 600 V. Ce dispositif d'écoulement du courant pourrait agir de la même façon en parallèle à chacun des demi-enroulements. Un tel dispositif d'écoulement du courant devrait être, une fois son25 seuil défini, dimensionné pour dissiper la puissance calorique résultant du transit du courant sous une tension égale à sa tension de seuil. Pour les petits moteurs, de quelques dizaines de watt, il est possible de trouver des composants d'écoulement, car la puissance à dissiper reste inférieure à 2 watt. Par contre, pour les moteurs plus puissants, de quelques centaines de watt, la puissance à dissiper par le 3 2770052 composant d'écoulement devient trop importante et il n'existe pas de composant disponible dans le commerce. La présente invention a pour but de résoudre le problème présenté cidessus pour des moteurs de toutes puissances. Le moteur asynchrone à induction selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle aux deux enroulements, au moins un dispositif limitant la tension aux bornes des interrupteurs de commutation, lors de l'ouverture de ces interrupteurs, à une valeur supérieure à la tension d'alimentation. La valeur limite étant supérieure à la tension d'alimentation, le dispositif de limitation ne constitue pas un court-circuit vu de l'autre demi- enroulement. Si nécessaire, le dispositif de limitation de la tension comprend des composants tels que condensateur et/ou résistance capables d'écouler des courants importants. Selon le mode d'exécution, il est possible de prévoir un dispositif limiteur de tension pour chaque demi- enroulement ou un seul dispositif limiteur de tension commun aux deux demi-enroulements, l'une des bornes du dispositif étant reliée aux bornes non communes des demi-enroulements par des diodes en opposition de polarité. 4 2770052 Selon un mode d'exécution, le dispositif limiteur de tension est un dispositif court-circuitant le demi- enroulement aux bornes duquel se produit une surtension lors de l'ouverture de l'interrupteur de commutation qui lui est associé. Ce dispositif est constitué par exemple d'un élément à seuil de tension et d'un interrupteur commandé par cet élément à seuil de tension. L'interrupteur est constitué, par exemple, d'un transistor et l'élément à seuil de tension est constitué de la jonction base-émetteur du transistor et d'un diviseur de tension branché en parallèle aux demi- enroulements. Le dispositif limiteur de tension peut être soit auto- piloté, soit piloté par un contrôleur. L'adjonction d'un condensateur en parallèle aux demi- enroulements permet d'absorber les pointes de courant lors de la commutation des interrupteurs. Selon un autre mode d'exécution, le dispositif limiteur de tension est constitué d'une résistance et d'un condensateur en parallèle aux demienroulements. Compte tenu de la dissipation de puissance d'un tel mode d'exécution, celui-ci sera généralement réservé aux gros moteurs. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques modes d'exécutions du moteur selon l'invention. 2770052 La figure 1 est un schéma général d'un moteur selon l'invention, susceptible d'être exécuté de différentes manières. La figure 2 est une première variante du schéma général de la figure 1. La figure 3 est une seconde variante du schéma général de la figure 1. La figure 4 représente le schéma général d'un premier mode d'exécution des dispositifs DAP des figures 1 et 2. La figure 5 représente un premier exemple d'exécution du schéma général de la figure 4. La figure 6 représente un second exemple d'exécution du schéma général de la figure 4. La figure 7 représente un exemple d'exécution du dispositif DP de la figure 3. La figure 8a représente l'allure de la tension d'alimentation aux bornes de l'enroulement principal DP du moteur. La figure 8b représente l'allure de la tension vu par le double enroulement auxiliaire dans le cas d'un moteur de faible puissance. 6 2770052 La figure 8c représente l'allure de la tension vu par le double enroulement auxiliaire dans le cas d'un moteur de forte puissance. La figure 9 représente un autre mode d'exécution du dispositif limiteur de tension aux bornes des interrupteurs. A la figure 1, le moteur M est représenté schématiquement par son enroulement ou bobinage principal BP auquel est appliquée une tension alternative, par exemple celle du secteur désigné par sa phase P et le neutre N, et par ses deux demi- enroulements auxiliaires- B1 et B2 bobinés en sens15 opposés comme indiqué sur le dessin. Les demi- enroulements B1 et B2 sont alimentés alternativement par des courants Il et I2 traversant les demi- enroulements.dans le sens indiqué par les flèches, au moyen d'un circuit redresseur GR à pont de diodes. Le20 point commun des demi- enroulements B1, B2 est relié à l'un des sorties du pont de diodes et à un circuit de commande COM, tandis que les autres bornes, non communes, des demi-enrouLements B1, B2 sont respectivement reliées à l'autre sortie du pont de25 diodes à travers un interrupteur T1, respectivement T2 commandés par le circuit de commande COM, lequel est également alimenté par le pont de diodes GR. Dans l'exemple représenté, le circuit de commande COM est également relié à une commande manuelle CM permettant de commander la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre. Le circuit de commande COM peut être exécuté 7 2770052 de différente manière connue, par exemple comme décrit dans le brevet US 4 520 303. Le circuit de commande COM commande la fermeture/ouverture alternée des interrupteurs T1 et T2 de manière à obtenir, dans les demi-enroulements B1 et B2 un courant dont l'allure de la tension est représentée à la figure 8b, comme ceci est décrit dans le brevet US 4 520 303. En parallèle à chacun des demi-enroulements B1 et B2 est branché un dispositif auto-piloté DAP assurant la limitation de la tension aux bornes des interrupteurs T1 et T2.15 De manière classique, comme représenté à la figure 2, les deux dispositifs auto-pilotés DAP de la figure 1 peuvent être remplacés par un seul dispositif DAP commun aux deux demi-enroulements B1 et B2 en reliant20 la borne du dispositif DAP non commune aux deux demi- enroulements par deux diodes opposées à ses deux bornes non communes, ces diodes étant conductrices dans le sens des courants Il et I2. Au lieu d'un dispositif auto-piloté, il est possible d'utiliser un dispositif limiteur de tension piloté DP, comme représenté à la figure 3, ce dispositif DP étant piloté par un contrôleur CO. Ce contrôleur peut être réalisé de façon classique au moyen d'une mémoire vive,30 d'une mémoire morte, d'une unité de traitement, d'une horloge et d'interfaces. 8 2770052 Le dispositif auto-piloté DAP peut être réalisé de différentes manières. De préférence, le dispositif DAP sera réalisé selon le schéma général représenté à la figure 4, c'est-à-dire au moyen d'un élément à seuil de5 tension ST, d'un interrupteur IN commandé par l'élément à seuil ST et en série avec une résistance R. L'élément à seuil de tension ST déclenche la fermeture ou l'ouverture de l'interrupteur IN selon que le seuil de tension est franchi ou pas. Le seuil de tension est10 choisi supérieur à la tension d'alimentation. Lorsque l'interrupteur IN se ferme, le demi-enroulement correspondant est court-circuité à travers la résistance R dans laquelle se dissipe l'énergie emmagasinée dans le demi-enroulement.15 Lors de chaque commutation de Tl, T2, le courant traversant le demi-enroulement dont l'interrupteur vient de s'ouvrir et la résistance R induit dans l'autre demi-enroulement un courant additionnel qui se20 traduit par une pointe de courant indésirable. Pour pallier cet inconvénient, le dispositif auto-piloté DAP peut être complété par un condensateur C en parallèle aux demi-enroulements, condensateur qui a pour effet d'absorber la pointe de courant. La valeur de ce condensateur est de l'ordre de 1,5 à 2,2 tF. Un premier mode de réalisation du schéma général représenté à la figure 4 est représenté à la figure 5. L'élément à seuil de tension ST est constitué d'un30 diviseur de tension formé des résistances R1 et R2. L'interrupteur IN est constitué d'un transistor Trl dont la base est reliée au diviseur de tension. 9 2770052 Un autre mode de réalisation du schéma de la figure 4 est représenté à la figure 6. L'élément à seuil de tension ST est constitué d'une diode Zener Ze en série avec une résistance R3 et reliée à chacun des demi-5 enroulements B1 et B2 à travers une diode D1, respectivement D2 assurant le fonctionnement correct de la diode Zener. L'interrupteur IN est constitué d'un transistor à effet de champs Tr2. Les interrupteurs T1 et T2 sont constitués ici de transistors.10 Un exemple d'exécution du dispositif piloté DP de la figure 3 est illustré à la figure 7. Il est constitué simplement d'un transistor Tr3 en série avec la résistance R. La figure 8c représente l'allure de la tension vue par le double enroulement auxiliaire B1, B2 dans le cas d'un moteur de forte puissance équipé du dispositif limiteur de tension selon l'invention. Umax est la20 valeur à laquelle la tension aux bornes d'un demi- enroulement est limitée par le dispositif selon l'invention. Umax est supérieur à la tension d'alimentation. Un effet intéressant ressort du diagramme représenté à la figure 8c dans lequel tl et t4 sont les instants o à lieux la commutation. On constate que la tension aux bornes d'un demi-enroulement ne descend pas à zéro lors du passage par zéro de la tension d'alimentation,30 c'est-à-dire au cours d'une demi-alternance de la tension dans le double enroulement auxiliaire. Ceci est 1O 2770052 dû au fait qu'une partie de l'énergie du demi- enroulement B1, B2 qui vient d'être coupé de l'alimentation est transférée par induction à l'autre demi-enroulement qui vient d'être connecté à5 l'alimentation. Ce transfert a pour effet de décaler de t2 à t3 le moment o le prochain quart d'alternance alimente ce demi-enroulement et a pour avantage de supprimer le passage par zéro du couple transmis au rotor et par conséquent d'assurer une marche plus10 silencieuse et de donner au moteur une puissance massique plus élevée que s'il était alimenté selon l'art antérieur. La figure 9 représente un autre mode d'exécution du dispositif autopiloté DAP utilisable dans le cas o une dissipation importante de puissance est admissible, par exemple dans le cas de gros moteurs. Le dispositif DAP est simplement constitué d'un condensateur Cl et d'une résistance R4 en parallèle.à chacun des demi-20 enroulements B1 et B2. La valeur du condensateur est de l'ordre de 1,5 IF à 2,2 iF. Une certaine quantité du courant auxiliaire est dissipée dans la résistance R4. Lors d'une brusque augmentation de la tension aux bornes du demienroulement B1, le condensateur Cl agit25 en court-circuit et se charge pour se décharger à travers R4. Il 2770052 REVENDICATIONS. 1. Moteur asynchrone à induction monophasé, dont le stator est équipé d'un enroulement principal (BP) et d'un enroulement auxiliaire constitué de deux demi- enroulements (B1, B2) bobinés en sens opposés, de telle5 manière qu'un courant de sens déterminé crée dans ces demi- enroulements des champs magnétiques de sens opposés, l'enroulement principal (BP) étant alimenté directement par une source de courant alternatif, tandis que l'enroulement auxiliaire est alimenté au10 moyen d'un courant délivré par un redresseur à double alternance (GR) et au moyen de deux interrupteurs de commutation (T1, T2), respectivement en série avec chacun des demi-enroulements auxiliaires, ces interrupteurs étant commandés par un circuit de commande (COM) assurant la fermeture/ouverture alternée des interrupteurs (T1, T2) à une fréquence égale à la fréquence de la tension de l'alimentation, de manière à engendrer dans l'enroulement auxiliaire, une tension alternative déphasée de 90 relativement à la tension20 dans l'enroulement principal, caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle au deux demi-enroulements, au moins un dispositif (DAP; DP) limitant la tension aux bornes des interrupteurs de commutation (T1,T2), lors de l'ouverture de ces interrupteurs, à une valeur25 supérieure à la tension d'alimentation. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs limiteurs de tension (DAP), un pour chaque demi-enroulement. 12 2770052 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un seul dispositif limiteur de tension (DAP, DP) commun aux deux demienroulements, l'une des bornes du dispositif étant reliée aux bornes non communes des demi-enroulements par des diodes en opposition de polarité. 4. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif limiteur de tension (DAP) est un dispositif (figure 4; figure 5) court-circuitant le demi- enroulement aux bornes duquel se produit une surtension lors de l'ouverture de l'interrupteur de commutation qui lui est associé. 5. Moteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif limiteur de tension est auto-piloté. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif court-circuitant le demi-enroulement est constitué d'un élément à seuil de tension (ST) et d'un interrupteur (IN) commandé par cet élément à seuil de tension. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'interrupteur est constitué d'un transistor (Trl) et que l'élément à seuil de tension est constitué de la jonction baseémetteur du transistor et d'un diviseur de tension (Ri, R2) branché en parallèle au demi-30 enroulement. 13 2770052 8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'interrupteur est constitué d'un transistor (Tr2) et que l'élément à seuil de tension est constitué d'une diode de Zener (Ze). 9. Moteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif limiteur de tension (DP) est piloté par un contrôleur (CO). 10. Moteur selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un condensateur ( C) en parallèle avec chacun des demi- enroulements pour l'absorption des pointes de courant lors de la commutation des interrupteurs. 11. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif limiteur de tension est constitué d'une résistance (R4) et d'un condensateur (C1) en parallèle avec chacun des demi-enroulements.