Brevet FR2806850A1 — publié le 20010928

L'invention a pour objet un dispositif d'arrêt d'un moteur asynchrone monophasé à condensateur de déphasage utilisant la variation de la tension aux bornes du condensateur de déphasage en fonction de la vitesse du moteur variant elle-même avec la charge, pour arrêter le moteur lorsque la charge sur le moteur atteint une valeur déterminée. Un tel dispositif est décrit dans le brevet FR 2 649 260. Ce dispositif comprend un circuit délivrant une tension continue homothétique de la tension aux bornes du condensateur de déphasage du moteur, un circuit délivrant au moins une tension constante de référence et un circuit comparateur comparant ces deux tensions et délivrant un signal d'arrêt lorsque la tension continue homothétique devient égale ou inférieure à la tension de référence. Un tel circuit est particulièrement utile comme dispositif de sécurité pour arrêter le moteur d'une installation dans laquelle la charge entraînée par le moteur risque de rencontrer un obstacle avec les risques d'écrasement ou de détérioration de l'installation que cela comporte. A titre d'exemple on peut citer les portes, volets et stores motorisés. Un dispositif analogue est décrit dans le brevet EP 0 551 053. Ce dispositif comprend en outre des moyens de compensation pour tenir compte de la fluctuation de la tension aux bornes du condensateur de déphasage avec la température du moteur. Dans le dispositif précédent la tension de référence est de 2 2806850 préférence constituée d'une tension asservie à la tension du réseau d'alimentation pour s'affranchir des fluctuations de cette tension. Dans les deux dispositifs selon l'art antérieur, la tension mesurée est appliquée à un transformateur suivi d'un circuit redresseur avant d'être appliquée à l'une des entrées d'un circuit comparateur, le rapport de transformation étant sensiblement égal à 30. Or, dans la pratique, de tels dispositifs peuvent s'avérer incapables de détecter une variation de couple avec une sensibilité et une précision satisfaisante. Ceci découle du fait que dans un moteur asynchrone à condensateur de déphasage, la tension aux bornes du condensateur est sensiblement constante quel que soit la caractéristique du moteur. Cette tension est sensiblement de 560V lorsque le moteur n'est soumis à aucune charge et de 460V lorsque le moteur est bloqué c'est-à-dire chargé à son couple maximum. La variation totale de la tension aux bornes du condensateur est donc de 100V et cette variation est sensiblement linéaire. Ainsi, si on souhaite détecter une variation de couple de IN, pour un moteur développant un couple maximal de 4N, la variation de tension aux bornes du condensateur sera de 100V/4 c'est-à-dire de 25V, alors que pour un moteur développant un couple maximal de 40N la variation de tension aux bornes du condensateur sera de 100V/40 c'est-à-dire 2,5V. Si l'on considère que le rapport de transformation du transformateur est de 30, on obtient donc, aux bornes 3 2806850 du comparateur, pour une variation de couple de 1 N une variation de tension sensiblement égale à 25V/30 = 0,8V pour un moteur développant un couple de 4N et une variation de tension sensiblement égale à 2,5V/30 = 0, 08V pour un moteur développant un couple de 40N. Cette dernière valeur peut se montrer totalement insuffisante pour détecter avec une sensibilité et une précision satisfaisante une élévation de couple devant entraîner impérativement l'arrêt du moteur. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient. Le dispositif d'arrêt selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transformation de la variation de la tension aux bornes du condensateur de déphasage correspondant à une variation de couple de lN en une variation choisie de tension quelle que soit la puissance du moteur, des moyens de comparaison de cette variation choisie avec une tension de référence et des moyens d'arrêt du moteur lorsque la tension transformée est inférieure à la tension de référence. Selon un mode d'exécution de l'invention, les moyens de transformation de la tension comprennent un redresseur de tension, un abaisseur de tension et un diviseur de tension auquel est appliquée la tension obtenue après l'abaisseur de tension. L'abaisseur de tension est de préférence constitué d'une diode Zener, qui constitue le moyen idéal pour réaliser une chute de tension. La chute de tension pourrait toutefois être obtenue au moyen d'un circuit ad hoc. 4 2806850 La tension divisée peut être traitée au moyen d'un circuit analogique ou, par échantillonnage, au moyen d'un microprocesseur. Pour une variation de couple de iN on choisira une variation de tension adaptée au circuit de traitement utilisé et assurant une bonne sensibilité. Les seuls composants du dispositif qui devront être adaptés au moteur sont la diode Zener et la valeur des résistances du diviseur de tension, voire seulement la valeur de l'une des résistances. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux modes d'exécution de l'invention. La figure 1 est le schéma électrique d'un mode d'exécution à montage analogique. La figure 2 représente l'allure des tensions aux points A, B et E du circuit selon figure 1. La figure 3 représente un mode d'exécution à microprocesseur utilisant donc une conversion analogique/numérique. La figure 4 illustre le mode de mesure par échantillonnage du mode d'exécution représenté à la figure 3. A la figure 1, le moteur monophasé M est représenté comme d'habitude par ses deux enroulements B1 et B2 et par son condensateur de déphasage C. Ce moteur est alimenté par une source de courant monophasé P à travers l'un ou l'autre des interrupteurs Il ou I2. De manière bien connue, si l'interrupteur Il est fermé l'enroulement Bl constitue l'enroulement principal et B2 l'enroulement auxiliaire et le moteur tourne dans un sens, alors que si l'interrupteur I2 est fermé c'est l'enroulement B2 qui joue le rôle d'enroulement principal et l'enroulement Bl le rôle d'enroulement auxiliaire et le moteur tourne dans l'autre sens. Entre les bornes du condensateur de déphasage C sont branchées en série une diode Dl, une diode Zener DZ, une résistance Ri et une résistance R2 en parallèle à laquelle est branché un condensateur chimique Cl. La diode Dl constitue un redresseur de tension Rd, la diode Zener un abaisseur de tension Ch et les résistances Rl et R2 un diviseur de tension Div. Quant à R2 et Cl, ils constituent ensemble un premier circuit intégrateur Int présentant une constante de temps Tl. Ces composants sont entourés par un trait fin discontinu à la figure 1. Le point milieu B du diviseur de tension est relié, d'une part, à la base d'un transistor Tl et, d'autre part, à l'anode d'une diode D2 dont la cathode est reliée à l'émetteur de Tl, cet émetteur étant en outre relié à la masse par une résistance R3 en parallèle à un condensateur chimique C2 constituant un second circuit intégrateur Int de constante de temps T2. Ces composants constituent, avec l'intégrateur R2-Cl, une 6 2806850 unité de traitement UT. Comme on le verra plus loin, le transistor T1 constitue un comparateur flottant. Le collecteur du transistor T1 est relié à la grille d'un transistor MOS T2 polarisé par une résistance R5. La source de T2 est reliée à la masse tandis que son drain est relié à la base de T1 à travers une résistance R4. C'est sur ce drain, en F, que l'on obtient le signal commandant l'arrêt du moteur lorsque le couple résistant détecté dépasse un seuil déterminé. La diode Dl supprime les alternances négatives de la tension aux bornes de C de manière à pouvoir travailler finalement avec un courant quasi continu au niveau de l'unité de traitement. Les composants essentiels du circuit sont l'abaisseur de tension et le diviseur. Pour illustrer leur rôle on examinera deux moteurs de puissance sensiblement différente. Soit un premier moteur développant un couple maximal de 8N. Lorsque son couple résistant varie de 0 à 8N, la tension aux bornes de son condensateur C varie de 560V à 460V. La chute de tension est donc de 100V. Pour une variation de couple de IN la variation de tension est donc égale à 12V. Or au niveau de l'unité de traitement on désire que la tension maximale en B soit de 25V et que la variation de tension soit de 1V pour iN. Le rapport du diviseur de tension R1/R2 doit donc être égal à 11. La tension maximale au point A doit donc être égale à 25V x 11 = 275V. Au moyen d'une diode Zener DZ présentant une tension de Zener de 285V, on 7 2806850 abaisse par conséquent la tension maximale au point A à 275V. Dans le second cas, le moteur développe un couple maximum de 50 N. Lorsque le couple varie de 0 à 50 N, la chute de tension aux bornes de C est la même que précédemment. Pour une variation du couple de 1 N on a donc dans ce cas une variation de tension de 2 V aux bornes de C. Le rapport des résistances du diviseur R1/R2 doit donc être égal à 1 et la tension maximale en A doit être égale à 25V x 2 = 50V. La diode DZ doit donc présenter une tension de Zener égale à 510V. Ainsi, quel que soit le couple maxi développé par le moteur, on pourra obtenir une variation de 1 V pour 1 N au point B en utilisant une diode Zener présentant la tension Zener adéquate et en adaptant le rapport de division du diviseur de tension. De manière à pouvoir être utilisée par le montage analogique de l'unité de traitement UT, la tension au point milieu du diviseur est intégrée par le premier intégrateur R2-Cl. La tension au point B est la tension image du couple. Elle a l'allure représentée en B à la figure 2. Cette tension est, d'une part, appliquée à la base du transistor T1 et, d'autre part, elle est utilisée pour créer une tension de référence au point E, c'est-à- dire sur l'émetteur de T1. A cet effet elle est appliquée à travers la diode D2 à l'intégrateur C2- R3 dont la constante de temps, c'est-à-dire la constante de décharge T2 est x fois supérieure à Ti, x étant beaucoup plus grand que 1. La diode D2 sépare 8 2806850 l'intégrateur C2-R3 de l'intégrateur C1-R2 en empêchant le condensateur C2 de se décharger à travers R2. On a UB=UE+UD O UD est la chute de tension sur la diode D2 bloquée, d'o UE=UB-UD. La tension de référence reste pratiquement constante tant qu'on a une tension en B. Tant que la tension image du couple appliquée à la base de T1 n'est pas descendue en dessous de la valeur de référence, c'est-à-dire la valeur critique ou de seuil, T1 est bloqué et la tension au point G de son collecteur est égale à 0 V. Si la tension image du couple descend en dessous du seuil critique, T1 conduit et le courant à travers R5 crée une tension en G supérieure à 0 V. T2 conduit et un signal d'arrêt apparaît au point F. Le signal à la sortie F peut être traité de toutes manières connues. La tension obtenue au point milieu du diviseur R1/R2 peut être traitée de manière numérique au moyen d'un microprocesseur JP, comme représenté schématiquement à la fig. 3. Le microprocesseur doit être équipé d'un convertisseur analogique/numérique. On procède de préférence par échantillonnage, comme illustré par la fig. 4. On détecte par exemple la valeur de crête de la tension UB tous les 20 ms. Tant que les crêtes des alternances diminuent (ce qui signifie que le couple résistant augmente), ou sont égales, on mesure la différence des valeurs crêtes entre les alternances nt4 et n. Si cette valeur, c'est- à-dire la pente de la droite x, dépasse un seuil donné, on arrête le moteur. 9 2806850 Si une valeur crête d'une alternance est plus grande que la précédente, on redémarre le calcul à "zéro", car cela veut dire que le couple résistant diminue. On pourrait, bien entendu, mesurer entre n+3 et n ou n+ 5 et n, etc. Revendications 1. Dispositif d'arrêt d'un moteur asynchrone monophasé à condensateur de déphasage (C) utilisant la variation de la tension aux bornes de ce condensateur en fonction de la vitesse du moteur variant elle-même avec la charge, pour arrêter le moteur lorsque la charge sur le moteur dépasse une valeur déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (D1, DZ, Ri, R2) de transformation de la variation de la tension aux bornes du condensateur de déphasage correspondant à une variation de couple déterminée en une variation choisie de la tension quel que soit le couple maximum développé par le moteur, des moyens de comparaison (T1) de la tension transformée (UB) avec une tension de référence (UB-UD) et des moyens d'arrêt du moteur lorsque la tension transformée est inférieure à la tension de référence. 2. Dispositif d'arrêt selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transformation de la tension comprennent un redresseur de tension (D1), un abaisseur de tension (DZ) et un diviseur de tension (Rl, R2) auquel est appliquée la tension obtenue après l'abaisseur de tension. 3. Dispositif d'arrêt selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'abaisseur de tension est une diode Zener. 4. Dispositif d'arrêt selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un premier intégrateur (R2, Cl) auquel est appliquée la tension divisée (UB) par le diviseur de tension, ce premier intégrateur délivrant une tension image du couple, un second intégrateur (R3, C2) fournissant une tension de référence (UB-UD) à partir de la tension image du couple, un comparateur flottant (Tl) auxquels sont appliqués la tension image du couple et la tension de référence et un étage de sortie (T2) délivrant un signal d'arrêt lorsque la tension image du couple est inférieure à la tension de référence. 5. Dispositif d'arrêt selon la revendication 4, caractérisé en ce que le comparateur flottant est constitué d'un transistor (T1). 6. Dispositif d'arrêt selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un microprocesseur pour le traitement numérique de la tension transformée et divisée. 7. Dispositif d'arrêt selon la revendication 6, caractérisé en ce que le microprocesseur mesure la différence entre les valeurs de crête de la tension divisée (UB) entre l'alternance n+m et n, o m est un nombre entier déterminé et invariable, tant que les valeurs de crête diminuent ou sont égales et arrête le moteur lorsque cette différence dépasse un seuil donné, et en ce que le microprocesseur redémarre le calcul à zéro 12 2806850 lorsqu'une valeur de crête est supérieure à la précédente.