Brevet FR2849300A1 — publié le 20040625

L'invention concerne un dispositif de commande de l'alimentation d'un 5 moteur électrique asynchrone à condensateur de déphasage à partir du secteur, comprenant une unité logique de traitement et un convertisseur présentant un condensateur entre ses bornes de sortie et alimentant l'unité logique de traitement. Un tel moteur comporte deux enroulements et un condensateur de déphasage Selon le sens de rotation souhaité, le condensateur de déphasage est placé en série soit avec le premier enroulement, soit avec le second, et l'ensemble est alimenté par le secteur alternatif, entre le fil de phase et le fil de neutre. Il est connu que l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage permet de recueillir une information sur la valeur du couple du moteur. De la demande internationale WO 01/73913, on connaît un dispositif de détection de butée ou d'obstacle comparant l'image décalée de cette tension à une tension de référence fixe pour permettre l'arrêt de l'alimentation du moteur au-delà d'une valeur donnée de couple. Cependant, cette mesure analogique nécessite de choisir les 25 composants du dispositif en fonction de la puissance de moteur Dans le cas d'une gamme étendue de puissance de moteur, il faut prévoir des cartes électroniques de commande pour chaque moteur de puissance différente D'autre part, ce montage conduit à dissiper une puissance non négligeable dans des composants passifs. 30 MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt Par ailleurs, on connaît, de la demande de brevet FR 2 771 865, un dispositif d'alimentation à découpage dit synchrone, utilisant un interrupteur commandé, dont la fréquence de découpage est égale ou double de la fréquence du secteur alimentant une carte électronique de 5 commande d'un tel moteur Ce dispositif d'alimentation ne permet pas de mesurer le couple délivré par le moteur. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur asynchrone améliorant les dispositifs connus 10 de l'art antérieur et apportant des solutions aux problèmes cités En particulier, I'invention propose un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique asynchrone permettant une mesure du couple délivré par le moteur quelle que soit sa puissance nominale et évitant des dissipations d'énergie dans des composants passifs. Le dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique asynchrone selon l'invention est caractérisé en ce que le convertisseur est alimenté par le condensateur de déphasage lorsque le moteur est alimenté et en ce que le dispositif de commande présente des moyens 20 de mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage. La mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage permet de déterminer le couple moteur. Lorsque le moteur n'est pas alimenté, le convertisseur peut être alimenté par tout moyen Il peut en particulier être alimenté par le secteur en série avec les enroulements du moteur qui sont montés en parallèle et parcourus par des courants identiques, soit directement, soit à travers 30 des dispositifs de redressement. MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt Selon un premier mode de réalisation, le convertisseur comprend entre ses bornes d'entrée un interrupteur commandé monté en série avec le condensateur de sortie du convertisseur et avec un dispositif de redressement. L'interrupteur commandé est par exemple piloté par la sortie d'un montage équivalent à une bascule bistable dont les entrées sont reliées aux sorties de circuits comparant la tension d'alimentation du convertisseur ou la tension de sortie du convertisseur à des tensions 10 seuils. Les moyens de mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage peuvent dans ce cas comprendre des moyens de mesure du temps d'ouverture ou de fermeture de 15 l I'interrupteur commandé. Ainsi, pour une variation donnée de la tension aux bornes du condensateur de sortie du convertisseur, le temps de conduction de l'interrupteur commandé dépend directement de la tension aux bornes du 20 condensateur de déphasage quand c'est celui-ci qui alimente le convertisseur Par exemple, si l'ouverture de l'interrupteur commandé est provoquée par un dépassement d'un seuil donné de la tension aux bornes du condensateur de sortie du convertisseur, cette ouverture se produit d'autant plus tard que l'amplitude de la tension aux bornes du 25 condensateur de déphasage est faible Ainsi, la mesure du temps de conduction de l'interrupteur commandé permet donc la mesure de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage, donc celle du couple du moteur. Ces moyens de mesure du temps d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur commandé comprennent avantageusement un MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt microcontrôleur dont une entrée reçoit le signal de commande de l'interrupteur commandé Ainsi, le dispositif de commande utilise le signal de commande de l'interrupteur commandé pour mesurer le couple moteur Le signal logique utile à la mesure du couple est prélevé sur le convertisseur alimentant l'unité logique de traitement. Selon un deuxième mode de réalisation, le convertisseur comprend entre ses bornes d'entrée le bobinage primaire d'un transformateur et le bobinage secondaire de ce transformateur est monté en série avec un 10 dispositif de redressement et le condensateur de sortie du convertisseur. Les moyens de mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage peuvent comprendre dans ce cas un microcontrôleur équipé d'un convertisseur analogique-numérique 15 permettant de mesurer l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de sortie du convertisseur. En effet, la tension aux bornes du condensateur de sortie du convertisseur est liée à la tension aux bornes du condensateur de 20 déphasage Ainsi, la connaissance de la tension aux bornes du condensateur de sortie du convertisseur permet de déterminer la tension aux bornes du condensateur de déphasage et, par conséquent, le couple moteur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux modes de réalisation du dispositif de commande selon l'invention. La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation du dispositif de commande selon l'invention. MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt La figure 2 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de commande selon l'invention. Le dispositif de commande d'un moteur électrique asynchrone MOT 5 représenté à la figure I comprend principalement une unité logique de traitement ULT permettant la commande de deux contacts de relais r 11 et r 12 et un convertisseur ALIM de cette unité comprenant un interrupteur commandé T Ces relais sont par exemple activés en fonction d'ordres reçus par un récepteur RX de signaux radioélectriques compris dans 10 I'unité logique de traitement ULT. Le moteur MOT est alimenté par les contacts rll et r 12 des deux relais dont les bobines sont alimentées par l'unité logique de traitement ULT. Ainsi, le contact r 11 permet de relier l'enroulement W 1 du moteur 15 directement à la phase AC/H et l'enroulement W 2 à la phase via un condensateur de déphasage CM pour faire tourner le moteur dans un premier sens, et le contact r 12 permet de relier l'enroulement W 2 du moteur directement à la phase AC/H et l'enroulement W 1 à la phase via le condensateur CM pour faire tourner le moteur dans un deuxième sens. 20 Les contacts sont ici représentés dans leur position de repos: le moteur n'est pas alimenté en direct sur le secteur et il est donc arrêté. Le convertisseur ALIM présente entre ses bornes de sortie, un condensateur C dont la charge est commandée par l'interrupteur 25 commandé T à travers les enroulements du moteur, des circuits de redressement D 1 et D 2 et, éventuellement à travers une résistance RC de limitation de courant L'unité logique de traitement est donc alimentée par le secteur par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé T De préférence, I'interrupteur est fermé uniquement dans des plages o la 30 tension sinusodale redressée est faible. MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt La tension aux bornes du condensateur de sortie C fluctue donc au cours du temps Le condensateur C se charge pendant les phases de fermeture de l'interrupteur T et se décharge, en alimentant l'unité logique de traitement ULT, pendant les phases d'ouverture de l'interrupteur T. 5 Cette plage de fluctuation est limitée et acceptable pour l'unité logique de traitement qui dispose généralement d'un régulateur de tension. Le convertisseur ALIM alimente, par le biais de l'interrupteur commandé T, constitué par exemple par un transistor MOS, I'unité logique de 10 traitement ULT de manière périodique selon l'un des procédés connus de l'état de la technique Les moyens de commande de l'interrupteur sont symbolisés par une bascule bistable RS pilotée par deux circuits Col, Co 2 comparateurs de tension Ces fonctions peuvent être réalisées de manière équivalente ou approchée par des composants discrets Ainsi, 15 de manière préférée, I'entrée S de la bascule RS est active quand la tension UA entre la phase et la borne du condensateur C reliée aux dispositifs de redressement D 1 et D 2 devient inférieure à un seuil donné et provoque, par conséquent, I'activation de la sortie Q de la bascule. L'activation de la sortie Q provoque la fermeture de l'interrupteur 20 commandé T. Inversement, I'entrée R de la bascule devient active quand la tension aux bornes du condensateur C devient supérieure à un seuil donné et provoque le passage à l'état bas de la sortie Q et, par conséquent, 25 I'ouverture de l'interrupteur commandé T. Les entrées el et e 2 du premier comparateur Col déterminant l'état de l'entrée S de la bascule RS sont reliées par exemple à une tension de référence fixe et à une tension image de la tension UA obtenue par 30 exemple grâce à un diviseur potentiométrique. MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt Les entrées e 3 et e 4 du deuxième comparateur Co 2 déterminant l'état de l'entrée R de la bascule RS sont reliées par exemple à une tension de référence fixe et à une tension image de la tension aux bornes du condensateur C. Lorsque le moteur n'est pas alimenté, un courant de très faible valeur efficace passe en fait dans les enroulements Wl et W 2 Ce courant est provoqué par la conduction périodique de l'interrupteur T commandé à la fréquence du secteur ou à deux fois cette fréquence (typiquement 50, 60, 10 100, 120 Hz) Ce courant suffit à charger le condensateur C de manière à recueillir à ses bornes une tension UC unidirectionnelle suffisante pour alimenter l'unité logique de traitement ULT. Non seulement le courant dans les enroulements Wl et W 2 est 15 beaucoup plus faible que le courant nominal du moteur, mais encore les deux enroulements sont alimentés en phase, ce qui exclut toute possibilité de rotation du moteur. Notons que la résistance des enroulements Wl et W 2 sert également 20 avantageusement à limiter le courant traversant le condensateur C, ce qui peut éviter d'utiliser une résistance RC assurant spécifiquement cette fonction La puissance dissipée par ce courant traversant les enroulements du moteur est de l'ordre du watt ou de quelques watts, ce qui est insignifiant pour le moteur. L'unité logique de traitement ULT est alimentée par la tension UC aux bornes du condensateur C Elle comprend un microcontrôleur MC dont une entrée reçoit le signal de commande de l'interrupteur T, issu de la sortie Q de la bascule RS Cette entrée est typiquement celle d'un circuit 30 permettant de mesurer le temps Ainsi, on peut mesurer avec précision la durée de conduction de l'interrupteur T lors de chaque période Si l'unité MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt logique de traitement ULT absorbe un courant sensiblement constant, alors la durée de fermeture de l'interrupteur T ne dépend que de l'amplitude de la tension UA, amplitude qui détermine notamment la pente de la sinusode UA au voisinage de ses passages à zéro Plus 5 l I'amplitude de UA est grande, moins il faudra de temps pour recharger le condensateur C d'une quantité donnée Quand un des deux relais est activé, la tension UA devient égale à la tension aux bornes du condensateur CM, redressée On obtient de cette manière la valeur du couple moteur La durée de conduction de l'interrupteur T, mesurée par 10 le microcontrôleur MC, est donc directement liée à l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur CM dépendant du couple moteur. Le montage proposé permet donc non seulement d'alimenter l'unité logique de traitement ULT, lorsque le moteur n'est pas alimenté, mais 15 encore d'obtenir une mesure du couple moteur ou d'une grandeur image de ce couple lorsque le moteur est alimenté. Les dispositifs de redressement D 1 et D 2 peuvent consister en des diodes effectuant un redressement simple alternance ou en des circuits 20 tels que des ponts de diodes effectuant un redressement double alternance Il faut noter que la disposition des deux dispositifs de redressement évite que le condensateur CM soit brutalement mis en court-circuit quand les deux relais sont en position de repos. Ce premier mode de réalisation de dispositif de commande d'alimentation est particulièrement précis et économique. Un deuxième mode de réalisation de dispositif de commande d'alimentation, représenté à la figure 2, utilise la même structure générale 30 que le premier mode de réalisation Cependant, le contenu du convertisseur (ALIM) a été modifié Celui-ci comprend un transformateur MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt TRANS et un dispositif de redressement D, bien connus de l'homme du métier Dans ce cas, le dispositif de redressement est placé entre le secondaire du transformateur et le condensateur de sortie C Les dispositifs de redressement D 1 et D 2 du mode de réalisation précédent 5 sont remplacées par des fils (ou par des résistances de faible valeur permettant d'éviter tout court-circuit brutal de CM) Les bornes d'entrée du convertisseur ALIM sont raccordées au primaire du transformateur TRANS Cette fois, c'est directement la tension aux bornes du condensateur C, ou son image à l'aide d'un diviseur potentiométrique, qui 10 est appliquée à l'entrée du microcontrôleur (MC) pour effectuer une mesure d'amplitude de celle-ci grâce à un convertisseur analogiquedigital intégré On obtient alors la valeur maximale de la tension aux bornes du condensateur C Celle- ci est directement liée à la tension aux bornes du condensateur de déphasage CM On obtient ainsi par analyse 15 de la valeur maximale de la tension aux bornes du condensateur C, la valeur du couple moteur. Dans ce deuxième mode de réalisation, le bobinage primaire du transformateur TRANS est alimenté, entre la phase et le neutre du 20 secteur, en série avec les deux bobinages du moteur montés en parallèle, lorsque le moteur n'est pas alimenté et est alimenté directement par le condensateur de déphasage CM, lorsque le moteur est alimenté. Il est de plus possible de prélever, grâce à un dispositif de mesure, une image de la tension secteur (entre le fil de phase AC/H et le fil neutre AC/N) de manière à détecter d'éventuelles variations de cette tension et à corriger ainsi la mesure de la tension UCM, afin de ne pas les interpréter comme des variations de couple Ces perfectionnements 30 relatifs à la mesure de la tension aux bornes du condensateur de MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt déphasage CM (ou à la mesure d'autres paramètres du moteur modifiés par la tension du secteur) sont connus de l'état de la technique. L'unité logique de traitement peut également gérer des signaux provenant de capteurs. Les deux modes de réalisation décrivent l'usage de relais permettant la commutation des enroulements du moteur et du condensateur de déphasage Des dispositifs de commutation à semi-conducteurs peuvent 10 également être utilisés. MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt Revendications: 1 Dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique asynchrone (MOT) à condensateur de déphasage (CM) à partir du 5 secteur (AC/H, AC/N), comprenant une unité logique de traitement (ULT) et un convertisseur (ALIM) présentant un condensateur (C) entre ses bornes de sortie et alimentant l'unité logique de traitement, caractérisé en ce que le convertisseur (ALIM) est alimenté par le condensateur de déphasage (CM) lorsque le moteur 10 est alimenté et en ce que le dispositif de commande présente des moyens de mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage (CM). 2 Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que lorsque le moteur n'est pas alimenté, le convertisseur (ALIM) est alimenté par le secteur en série avec les enroulements (W 1, W 2) du moteur (MOT) qui sont montés en parallèle et parcourus par des courants identiques, soit directement, soit à travers des dispositifs de redressement (D 1, D 2). 20 3 Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le convertisseur (ALIM) comprend entre ses bornes d'entrée un interrupteur commandé (T) monté en série avec le condensateur de sortie (C) du convertisseur (ALIM) et avec un 25 dispositif de redressement (D 1, D 2). 4 Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'interrupteur commandé (T) est piloté par la sortie (Q) d'un montage équivalent à une bascule bistable (RS) dont les entrées 30 (S, R) sont reliées aux sorties de circuits (Col, Co 2) comparant la MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt tension d'alimentation du convertisseur ou la tension de sortie du convertisseur (UC) à des tensions seuils. Dispositif de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé 5 en ce que les moyens de mesure indirecte de l'amplitude de la tension aux bornes du condensateur de déphasage (CM) comprennent des moyens de mesure du temps d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur commandé (T). 6 Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure du temps d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur commandé (T) comprennent un microcontrôleur (MC) dont une entrée reçoit le signal de commande de l'interrupteur commandé (T). 7 Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le convertisseur (ALIM) comprend entre ses bornes d'entrée le bobinage primaire d'un transformateur (TRANS) et en ce que le bobinage secondaire de ce transformateur est monté en 20 série avec un dispositif de redressement (D) et le condensateur de sortie (C) du convertisseur (ALIM). 8 Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure indirecte de l'amplitude de la tension 25 aux bornes du condensateur de déphasage (CM) comprennent un microcontrôleur (MC) équipé d'un convertisseur analogiquenumérique permettant de mesurer l'amplitude de la tension (UC) aux bornes du condensateur de sortie (C) du convertisseur (ALIM). MS\ 2 5649 12 FR 452 dpt