Brevet FR2767613A1 — publié le 19990226

La présente invention concerne un dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur et, plus particulièrement, un dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur qui peut atténuer les courants harmoniques engendrés lors de l'excitation d'un moteur d'un aspirateur de nettoyage. Un circuit typique d'excitation de moteur d'un tel aspirateur est représenté à la Fig. 1. Comme on peut le voir de la Fig. 1, un moteur 30 est excité par une alimentation en courant alternatif à fréquence commerciale fournie par une unité d'alimentation 10 en énergie, l'air interne est mis en circulation forcée par une roue de ventilateur qui tourne sous l'effet de l'entraînement du moteur, et des contaminants comme des poussières sont alors aspirés d'une ouverture d'aspiration vers l'intérieur par le flux d'air engendré par la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'aspirateur. La Fig. 2 représente des formes d'ondes de la tension V, et du courant I, d'alimentation du moteur 30. En cours de fonctionnement, un courant harmonique est engendré parce que la tension sinusoïdale fournie par l'unité d'alimentation 10 en énergie est réglée en phase et est transformée en une tension non sinusoïdale par un TRIAC, c'est-à- dire un commutateur en courant alternatif à triode, 40 qui est réglé en commutation par un signal de porte, et elle est ensuite amenée au moteur 30. Comme ces équipements sont très largement répandus, l'intensité totale des courants harmoniques prélevés à un système d'alimentation en énergie est importante, ce qui provoque un désordre de fonctionnement d'un condensateur d'énergie et d'un limiteur de courant ainsi qu'une défaillance d'un transformateur. Pour empêcher les désordres décrits ci-dessus provoqués par les courants harmoniques, une commission électrotechnique internationale ou IEC a établi une norme de limitation des courants harmoniques. Parmi les divers courants harmoniques engendrés par l'aspirateur lors du réglage à la phase de 90 , c'est le courant harmonique de troisième ordre qui est pris en compte selon cette norme. Des recherches ont donc été menées pour développer une technique qui atténue le courant harmonique de troisième ordre dans divers domaines techniques liés aux aspirateurs. C'est donc le but de la présente invention que de réaliser un dispositif d'atténuation de courant harmonique d'un moteur qui remédie sensiblement à un ou plusieurs des problèmes dus aux limitations et aux inconvénients de l'art concerné et, plus particulièrement, de réaliser un dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur qui puisse atténuer efficacement le courant harmonique engendré par un moteur. Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'un dispositif atténuateur de courant harmonique d'un moteur pour atténuer un courant harmonique engendré par le moteur caractérisé en ce que le dispositif réalise cette atténuation par réglage de la vitesse de rotation en transformant une tension sinusoïdale en une tension non sinusoïdale au moyen d'un réglage de phase de ladite tension sinusoïdale, et en ce que il comprend une réactance, ou réacteur, qui inclut un noyau configuré en E, une bobine enroulée sur ledit noyau configuré en E et un noyau configuré en I. Le dispositif peut comprendre en outre une pince configurée en U insérée sur ledit noyau configuré en E. Ladite pince configurée en U peut être constituée d'une tôle dure de silicium. L'épaisseur de ladite pince configurée en U peut être comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. De préférence, ladite réactance limite à 1290 W à 1422 W la puissance nominale fournie audit moteur. Les dimensions de l'ensemble formé dudit noyau configuré en E et dudit noyau configuré en I séparés par un intervalle d'air sont de 57,5 mm à 58,5 mm par 47,5 mm à 48,5 mm. Ledit noyau configuré en E et ledit noyau configuré en I peuvent être en GilA. L'intervalle d'air entre ledit noyau configuré en E et ledit noyau configuré en I est de préférence de 0,9 mm à 1,1 mm. L'inductance de ladite bobine est de préférence comprise entre 9,5 mH et 10,5 mH. Le diamètre du fil de ladite bobine est de préférence compris entre 0,9 mm et 1,1 mm. La résistance de ladite bobine est de préférence comprise entre 0,34 n et 0,35 n. Le nombre d'enroulements de ladite bobine est de préférence de 140 à 210. Les buts, particularités et avantages de la présente invention exposés ci-dessus ressortiront mieux de la lecture de la description de modes de réalisation actuellement préférés de la présente invention, donnés à titre d'illustration pour expliquer celle-ci et non à titre limitatif, en conjonction avec les dessins dans lesquels: la Fig. 1 est un schéma représentant un circuit d'excitation de moteur dans un aspirateur classique de l'art antérieur; les Fig. 2 et 3 sont des schémas expliquant les courants harmoniques engendrés lorsque le moteur classique de l'art antérieur est excité; la Fig. 4 est un schéma représentant un circuit d'excitation de moteur pourvu d'une réactance atténuant les courants harmoniques selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la Fig. 5 est un schéma représentant une configuration de la réactance représentée à la Fig. 4; les Fig. 6 et 7 servent à illustrer les courants harmoniques engendrés lors de l'excitation d'un moteur pourvu d'une réactance; la Fig. 8 est un schéma représentant un deuxième mode de réalisation, qui constitue une variante au premier mode de réalisation exposé ci-dessus, dans lequel une pince configurée en U est insérée dans un dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur selon la présente invention; et les Fig. 9 et 10 servent à illustrer les courants harmoniques atténués par le dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention. On va maintenant expliquer de façon détaillée les modes de réalisation préférés de la présente invention, dont des exemples sont illustrés aux dessins annexés. La Fig. 4 représente un circuit excitateur d'un moteur pourvu d'une réactance 20 d'atténuation de courant harmonique selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention. Par comparaison avec un circuit classique d'excitation de moteur, le circuit d'excitation de moteur de la présente invention comprend en outre la réactance 20 pour atténuer le courant harmonique. La réactance 20 représentée à la Fig. 4 sert à atténuer le courant harmonique de troisième ordre en retardant en phase la tension sinusoïdale fournie par l'unité d'alimentation 10 en énergie, et elle comprend, comme représenté à la Fig. 5 un noyau configuré en E 22, une bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22 et un noyau configuré en I 26. La réactance 20 limite la puissance consommée par un moteur 30 à une plage prédéterminé de 1290 W à 1422 W, de préférence à 1302 W; les dimensions de l'ensemble formé du noyau 22 configuré en E et du noyau 26 configuré en I séparés par un intervalle d'air sont des dimensions prédéterminées de 57,5 mm à 58,5 mm par 47,5 à 48,5 mm, de préférence de 58 x 48 mm et ces noyaux sont en GllA, et l'intervalle d'air entre le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26 est d'une dimension prédéterminée de 0,9 à 1,1 mm, de préférence de 1,0 mm. Par ailleurs, l'inductance de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22 est d'une valeur prédéterminée de 9,5 mH à 10,5 mH, de préférence de 10 mH, le diamètre de son fil est d'une valeur prédéterminée de 0,9 mm à 1,1 mm, de préférence de 1,0 mm, sa résistance R est d'une valeur prédéterminée de 0,34 n à 0,35 fl, de préférence de 0,345 a, et le nombre des enroulements de la bobine 24 est dans une plage prédéterminée de 140 à 210. Dans le dispositif atténuateur de courants harmoniques qui comporte la réactance 20 configurée de la manière décrite ci-dessus, une puissance en courant alternatif est fournie au moteur 30, pour exciter le moteur 30, par l'unité d'alimentation 10 en énergie par l'intermédiaire de la réactance 20; l'air interne de l'aspirateur est mis en circulation forcée par une roue de ventilateur qui tourne sous l'effet de l'entraînement du moteur 30, et des contaminants comme des poussières sont alors aspirés d'une ouverture d'aspiration vers l'intérieur par le flux d'air engendré par la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'aspirateur. La tension sinusoïdale est réglée en phase par un TRIAC 40, qui est réglé en commutation par un signal de porte, est transformée d'une tension sinusoïdale en une tension non sinusoïdale et est ensuite amenée au moteur 30. Dans ce cas, le courant harmonique de troisième ordre est atténué par l'intermédiaire de la réactance 20 constituée par le noyau configuré en E, la bobine 24 et le noyau 26 configuré en I. De façon détaillée, la puissance nominale fournie au moteur 30 par l'intermédiaire de la réactance 20 est modifiée, et le courant harmonique de troisième ordre est ainsi atténué. Les données de tests concernant cette atténuation sont exposées dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction de la puissance nominale fournie à un moteur Puissance Norme Données Remarques nominale (W) IEC de tests 1333 W 2.300 A 2.627 A Rejet 1361 W 2,300 A 2,650 A Rejet 1391 W 2,300 A 2,720 A Reiet 1256 W I 2,300 A r 2,214 A J Bon 1283 W 2,300 A I 2,250 A Bon 1302 W 2,300 A 2,280 A Bon La réactance 20 peut modifier la puissance consommée par le moteur 30 en faisant varier la puissance nominale fournie au moteur 30 et, lorsque la puissance consommée par le moteur 30 est limitée à une plage prédéterminée de 1290 W à 1422 W, de préférence 1302 W, le courant de troisième harmonique est efficacement atténué. De façon plus particulière, le moteur satisfait à la norme IEC et peut atténuer efficacement le courant harmonique de troisième ordre lorsque la puissance consommée par le moteur 30 est définie de la manière suivante: limite inférieure: 1190 W: norme limite basse + W: taux de perte limite supérieure: 1302 W: limite haute de courant de troisième harmonique + 100 W taux de perte + 20 W: marge du moteur, en particulier égale à 1302 W, en prenant en compte la perte d'entrée du moteur 30. De plus, si les dimensions de l'ensemble formé du noyau configuré en E 22 et du noyau configuré en I 26, séparés par l'intervalle d'air, qui constituent la réactance sont des dimensions prédéterminées de 57,5 à 58, 5 mm par 47,5 à 48,5 mm, de préférence de 58 x 48, le courant de troisième harmonique peut être atténué et les données de tests à ce sujet sont exposées dans le tableau 2 qui suit. Tableau 2 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction des dimensions de la réactance Dimensions de Norme Données Remarques la réactance IEC de tests Li x L2 54 x 45 2. 300 A 1 2,320 A ReSet 58 x 48 2,300 A 2,260 A Bon Il est possible de modifier les dimensions de la réactance 20 constituée par le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26, mais les données des tests indiquent que le courant de troisième harmonique est efficacement atténué lorsque les dimensions Ll x L2 de la réactance 20 sont de 57,5 mm à 58,5 mm par 47,5 mm à 48,5 mm, de préférence 58 à 48 mm. Les données de tests indiquent encore que le courant de troisième ordre peut être atténué lorsque le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26 qui constituent la réactance 20 sont en GllA. Les données de tests correspondantes sont indiquées au tableau 3 qui suit. Tableau 3 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction de la matière des noyaux Matière Norme Données Remarques des noyaux IEC de tests S20A 2,300 A 2,308A à Rejet 2,313 A S60 |2.300 A 2.304 A Rejet GllA 2,300 A 2, 254 A à 2,266 A Bon [ Il est possible de changer la matière du noyau configuré en E 22 et du noyau configuré en I 26 qui constituent la réactance 20, mais les données de tests indiquent que le courant de troisième harmonique est efficacement atténué lorsque le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26 sont en GllA. En ce qui concerne l'intervalle d'air (d) entre le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26, les données de tests, reprises au tableau 4 ci- dessous, indiquent que le courant de troisième harmonique est atténué lorsque cet intervalle est fixé à une distance prédéterminée de 0,9 à 1,1 mm, de préférence 1,0 mm. Tableau 4 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction de l'intervalle d'air Intervalle Norme Données Remarques d'air IEC de tests 0,5 mm 2.300 A 2, 352A Rejet 1.0 mm 2,300 A 2,264A Bon 1,5 mm 2,300 A 2,323A Rejet Il est possible de faire varier l'intervalle d'air (d) entre le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26, mais le courant de troisième harmonique est efficacement atténué lorsque cet intervalle (d) est fixé à une distance de 0,9 à 1,1 mm, de préférence 1,0 mm. Par ailleurs, le courant de troisième harmonique peut être atténué efficacement en fixant l'inductance du noyau configuré en E 22 à une valeur prédéterminée de 9,5 mH à 10,5 mH, de préférence 10 mH. En ce qui concerne le diamètre du fil de la bobine enroulée autour du noyau configuré en E, les données de tests indiquent, selon le tableau 5 ci- dessous, que le courant de troisième harmonique est atténué lorsque celui-ci est fixé à une valeur prédéterminée de 0,9 mm à 1,1 mm, de préférence 1,0 mm. Tableau 5 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction du diamètre du fil de la bobine Diamètre du fil Norme Données Remarques de bobine IEC de tests 0,8 mm 2,300 A 2,320A i Rejet 1,0 mm 2,300 A 2,260A Bon Il est possible de faire varier le diamètre du fil de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22, mais le courant de troisième harmonique est atténué, selon le tableau 5 ci-dessus, lorsque le diamètre du fil de la bobine 24 est fixé à une valeur prédéterminée de 0,9 mm à 1,1 mm, de préférence à 1,0 mm. En ce qui concerne la résistance R de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22, le courant de troisième harmonique est efficacement atténué lorsque celle-ci est fixée à une valeur prédéterminée de 0,34 n à 0,35 a, de préférence à 0,345 n. En ce qui concerne le nombre d'enroulements de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E, le courant de troisième harmonique est atténué si ce nombre est fixé à une valeur prédéterminée de 140 à 210, comme l'indiquent les données de tests du tableau 6 qui suit. Tableau 6 Données de tests de courant de troisième harmonique en fonction du nombre d'enroulements de la bobine Nombre d'enrou- Norme Données Remarques lements IEC de tests de bobine classique 2,300 A 2,674 A ReSet 210 2, 300 A 1,9734A Bon 2,300 A 1,9958A Bon L 190 2,300 A 2,010A Bon 2,300 A 2, 044A Bon 2,300 A 2,085A Bon 2, 300 A 2,11OA Bon 2,300 2112A T Bon 140 2,300 A 2,189A Bon _ _ _ _ _ j _ _ _ _ _ _ j _ _ _ _ Il est possible de faire varier le nombre des enroulements de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22, mais le courant de troisième harmonique est efficacement atténué si ce nombre d'enroulements de la bobine 24 est fixé à une valeur de 140 à 210, comme représenté au tableau 6. Pour résumer les données précédentes, le courant de troisième harmonique peut être efficacement atténué en prenant les mesures suivantes: - limiter par l'intermédiaire de la réactance 20 à une valeur prédéterminée, de préférence de 1302 W, la puissance nominale fournie au moteur 30, - fixer à des dimensions prédéterminées, de préférence 58 mm par 48 mm, les dimensions de l'ensemble formé du noyau configuré en E 22 et du noyau configuré en I 26, - utiliser du GllA comme matière pour les noyaux, fixer à une valeur prédéterminée, de préférence de 1,0 mm, l'intervalle d'air entre le noyau configuré en E 22 et le noyau configuré en I 26, fixer à une valeur prédéterminée, de préférence de 10 mH l'inductance de la bobine 24 enroulée autour du noyau configuré en E 22, - fixer à une valeur prédéterminée, de préférence de 1,0 mm, le diamètre du fil de la bobine 24, - fixer à une valeur prédéterminée, de préférence de 0,345 n, la résistance R de la bobine 24, et - fixer dans une plage prédéterminée de 140 à 210 le nombre des enroulements de la bobine 24. La Fig. 6 représente la tension V et le courant I du circuit d'excitation du moteur pourvu de la réactance 20 décrite ci-dessus, et la Fig. 7 représente l'atténuation de courants de divers harmoniques, en particulier du courant de troisième harmonique, en fonction des données de tests. Comme on peut le voir des Fig. 6 et 7, le courant de troisième harmonique engendré lors du réglage de phase de la tension sinusoïdale est efficacement atténué par la réactance 20 configurée de la manière décrite précédemment. La Fig. 8 représente un autre mode de réalisation préféré de la présente invention dans lequel une pince configurée en U est insérée dans le dispositif d'atténuation des courants harmoniques du moteur selon la présente invention. Par comparaison avec la Fig. 5, la pince configurée en U 28 est insérée sur la circonférence du noyau configuré en E 22 dans le dispositif d'atténuation de courants harmoniques. L'épaisseur T de la pince configurée en U 28 est limitée à une dimension prédéterminée, de préférence 0,5 à 2,5 mm, sa matière est de préférence une tôle dure de silicium et cette pince configurée en U 28 est assemblée de manière à être au contact de la circonférence du noyau configuré en E 22. On va maintenant décrire en détail, en se référant aux Fig. 8 à 10, le fonctionnement du dispositif atténuateur de courants harmoniques d'un moteur selon cet autre mode de réalisation préféré. En premier lieu, la puissance en courant alternatif est fournie de l'unité 10 d'alimentation en énergie au moteur 30, pour exciter le moteur 30, par l'intermédiaire de la réactance 20; l'air interne de l'aspirateur est mis en circulation forcée par la roue de ventilateur qui tourne sous l'effet de l'entraînement du moteur 30, et des contaminants comme des poussières sont alors aspirés d'une ouverture d'aspiration vers l'intérieur par le flux d'air engendré par la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'aspirateur. Par ailleurs, la tension sinusoïdale est réglée en phase par le TRIAC 40, qui est réglé en commutation par un signal de porte, est transformée d'une onde sinusoïdale en une tension non sinusoïdale et est amenée au moteur 30. Dans ce cas, le courant harmonique de troisième ordre est atténué par l'inter- médiaire de la réactance 20 constituée par le noyau con- figuré en E, la bobine 24 enroulée autour du noyau confi- guré en E 22 et le noyau configuré en I 26. La Fig. 9 représente la tension V et le courant I amenés au moteur 30 dans l'état o la pince configurée en U 28 est insérée à la circonférence du noyau configuré en E 22, et la Fig. 10 représente l'atténuation de courants de divers harmoniques, en particulier du courant de troisième harmonique dans ce cas. Comme indiqué par les données de tests représentées aux Fig. 9 et 10, le dispositif d'atténuation de courant harmonique dans lequel la pince configurée en U est insérée à la circonférence du noyau configuré en E 22, peut atténuer de façon remarquable le courant de troisième harmonique par rapport au dispositif atténuateur de courant harmonique dans lequel la pince configurée en U n'est pas insérée. Comme décrit ci-dessus, la présente invention peut efficacement atténuer le courant de troisième harmonique engendré lors du réglage de phase de la tension sinusoïdale tout en satisfaisant à la norme IEC, éviter les désordres d'exploitation du système d'alimentation et augmenter les ventes de produits manufacturés. Il ressortira clairement à l'homme de l'art que diverses modifications et variantes peuvent être apportées au dispositif d'atténuation de courants harmoniques d'un moteur selon la présente invention sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention. Il faut donc comprendre que la présente invention couvre toutes les modifications et variantes de ce type qui sont incluses dans le cadre des revendications annexées et leurs équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif atténuateur de courant harmonique d'un moteur (30) pour atténuer un courant harmonique engendré par le moteur (30) caractérisé en ce que le dispositif réalise cette atténuation par réglage de la vitesse de rotation en transformant une tension sinusoïdale en une tension non sinusoïdale au moyen d'un réglage de phase de ladite tension sinusoïdale, et en ce que il comprend une réactance (20) qui inclut un noyau configuré en E (22), une bobine (24) enroulée sur ledit noyau configuré en E (22) et un noyau configuré en I (26). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pince (28) configurée en U insérée sur ledit noyau configuré en E (22). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pince (28) configurée en U est constituée d'une tôle dure de silicium. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite pince (28) configurée en U est comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite réactance (20) limite à 1290 W à 1422 W la puissance nominale fournie audit moteur (30). 6. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dimensions de l'ensemble formé dudit noyau configuré en E (22) et dudit noyau configuré en I (26) séparés par un intervalle d'air sont de 57,5 mm à 58,5 mm par 47,5 mm à 48,5 mm. 7. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit noyau configuré en E (22) et ledit noyau configuré en I (26) sont en GilA. 8. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'intervalle d'air (d) entre ledit noyau configuré en E (22) et ledit noyau configuré en I (26) est de 0,9 mm à 1,1 mm. 9. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'inductance de ladite bobine (24) est comprise entre 9,5 mH et 10,5 mH. 10. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre du fil de ladite bobine (24) est compris entre 0,9 mm et 1,1 mm. 11. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistance de ladite bobine (24) est comprise entre 0,34 l et 0,35 n. 12. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre d'enroulements de ladite bobine (24) est de 140 à 210.