Brevet FR2872968A1 — publié le 20060113

L'invention concerne les appareils électriques domestiques et parmi 5 ceux-ci notamment les climatiseurs. Ces appareils domestiques, c'est à dire les appareils ayant une consommation typiquement inférieure à 3,5 kW, s'articulent généralement autour d'un moteur électrique dit moteur universel. Le stator de ce type de moteur se compose de deux enroulements appelés respectivement enroulement principal et enroulement auxiliaire. De par sa nature même, ce type de moteur est sujet à de fortes surintensités au démarrage provoquant des chutes de tension sur le réseau: Lorsque ces appareils sont présents en grand nombre et utilisés simultanément, comme par exemple un groupe de climatiseurs en période estivale, les chutes de tension sont amplifiées. Elles peuvent provoquer, dans le réseau d'alimentation, des perturbations locales susceptibles d'être ressenties par les usagers et pouvant même provoquer la destruction de certains matériels connectés. Pour éviter cet effet néfaste, on a déjà proposé d'équiper de tels appareils électriques avec des moyens de réduction de la chute de tension ou du sursaut en courant associé. Les dispositifs proposés jusqu'à présent ont consisté en une capacité ou une inductance mise en série avec l'enroulement auxiliaire du moteur, laquelle était connectée seulement dans une phase de démarrage. Toutefois ces dispositifs, s'ils présentent un intérêt immédiat, s'avèrent encore insatisfaisants. En effet, ils sont d'une efficacité limitée, et génèrent typiquement des perturbations électromagnétiques dans le voisinage de l'appareil, perturbations qui sont inacceptables dans le contexte actuel où de nombreux appareils de réception radio trouvent leur place chez les particuliers. Le but de l'invention est de proposer un module destiné à équiper le moteur électrique existant. Ce module additionnel permet de limiter la surintensité au démarrage et par conséquent de réduire la chute de tension avec une efficacité améliorée. Un but de l'invention est également de produire cet effet sans générer de perturbation électromagnétique au voisinage de l'appareil. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un module d'équipement d'appareil domestique à moteur électrique, comprenant des moyens de limitation de la surintensité au démarrage du moteur de l'appareil, caractérisé en ce que ces moyens comportent gradateur appliqué à l'alimentation du moteur électrique, et des moyens de surveillance d'une tension aux bornes du moteur aptes à identifier ainsi l'établissement correct du flux dans la machine en régime établi, ces moyens étant aptes à désactiver le gradateur après une telle identification. On propose également selon l'invention un appareil domestique incluant un moteur électrique, qui soit muni d'un tel équipement. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié d'un climatiseur domestique conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma d'un circuit d'alimentation de moteur électrique d'appareil domestique conforme à l'invention. La figure 1 représente schématiquement un climatiseur domestique tel que celui qui va être décrit maintenant. II comprend principalement un moteur électrique 100, équipé de moyens de limitation de chute de tension 200, 300, lequel moteur entraîne un ensemble 400 muni notamment d'éléments compresseurs refroidissant l'air ambiant de manière connue en soi. Sur la figure 2, on a schématisé le moteur électrique de l'appareil domestique considéré sous la référence 100, incluant ses deux enroulements 110 et 120 correspondant respectivement, l'un à l'enroulement principal (main coil) et l'autre à l'enroulement auxiliaire ou de démarrage (start coil) du moteur. Le schéma électrique du moteur inclut également une capacité 130 constituée en pratique par un condensateur connecté en parallèle aux deux bobines 110 et 120 du moteur, le point commun de ces deux bobines est relié au neutre du réseau alternatif monophasé . Le moteur est alimenté par un courant monophasé sous la tension efficace de 220 V, appelé courant secteur. Ainsi la borne PH du moteur est destinée à recevoir la phase (signal sinusoïdal) de ce courant, tandis que la borne S est reliée à cette même phase à travers un condensateur 130 destiné à créer un déphasage du courant de l'enroulement auxiliaire 120 par rapport au courant de l'enroulement principal 110. Sous la référence 200, on a représenté un module de limitation du 15 courant dans le moteur au moment de son démarrage. Ce module présente plusieurs groupes principaux que l'on va décrire maintenant. Le premier groupe, central au module, est constitué essentiellement par un processeur 210 muni de deux entrées principales 211 et 212 et trois sorties principales 213, 214 et 215. Ce processeur 210 délivre, sur les sorties 213, 214 et 215, des signaux de commande qu'il sélectionne en fonction des signaux d'entrée reçus sur ses deux entrées principales 211 et 212. Plus précisément, les entrées 211 et 212 reçoivent des signaux considérés ici comme significatifs pour le fonctionnement du moteur 100. Le signal reçu sur l'entrée 211 est un signal en tout ou rien, indiquant la volonté ou non de faire fonctionner le moteur. Ce signal transite par un interrupteur mécanique non représenté, et transmet alors un niveau de commande sur un transistor 221 qui à son tour transmet un niveau d'activation sur l'entrée 211. Ce processeur en déduit alors la nécessité de mettre en oeuvre la phase de démarrage qui sera décrite ci-après. L'entrée 212 remplit à cet effet un rôle de surveillance quant au déroulement de cette phase de démarrage. Cette entrée 212 reçoit ici un signal indiquant notamment l'arrivée en fin de démarrage. Le moteur monophasé en question, est correctement fluxé (moteur démarré) lorsque la tension alternative aux bornes de ce moteur présente une amplitude supérieure à un seuil, lequel seuil est lui-même légèrement supérieur à la valeur de la tension alternative d'alimentation délivrée par le secteur. En d'autres termes, le moteur est en fin de phase de démarrage lorsqu'il présente une tension locale à ces bornes qui est supérieure à la 10 tension nominale du secteur. L'entrée 212 du microprocesseur 210 reçoit un signal pour détecter cette situation un résultat de test d'existence ou non de cette tension accrue aux bornes du moteur 100. Ce test est délivré par un second ensemble 220 que l'on va décrire maintenant. L'entrée 211 est ainsi associée à un transistor 216 placé sous la commande d'un courant redressé (redresseur 217) à partir de la tension alternative présente aux bornes du moteur. Pour cela, l'entrée de commande du transistor 221 est connectée à une boucle dérivant des bornes du moteur 100 par l'intermédiaire d'un pont de diodes 222 associé à une résistance 223. Ces éléments 221, 222 et 223 sont dimensionnés de telle sorte qu'une tension supérieure à 250 V provoque la mise en état de conduction du transistor 221 et provoque ainsi, par circulation dans ce transistor d'un courant associé via une résistance 225, l'apparition d'un niveau de tension modifié sur l'entrée 212. Ce changement d'état signale au microprocesseur 210 la fin de la phase de démarrage. La surveillance de la tension en entrée du moteur, ici décrite comme la détection d'un franchissement de seuil, peut également être surveillée par intégration d'une tension instantanée, réalisée par le processeur luimême. Le processeur 210 peut également calculer d'autres grandeurs telles que la puissance électromagnétique instantanée, par multiplication de la tension et de l'intensité dans le moteur, ou encore le couple électromagnétique instantané au sein du moteur, exprimé sous la forme d'une grandeur scalaire après multiplication vectorielle. Avant cela, la phase de démarrage qui est initialisée par le signal de mise en route sur l'entrée 211, a donné lieu aux opérations suivantes. Le microprocesseur 210 active notamment, au cours de cette phase, un premier aménagement de limitation de courant 230, par sa sortie 213. Cet aménagement de limitation de courant 230 est représenté en haut et à droite de la figure pour la bonne illustration du fonctionnement d'ensemble, ainsi que partiellement en partie gauche de la figure. II comprend notamment un commutateur 231 placé en série d'une capacité 232, entre les bornes R et S du moteur. Lorsque le commutateur 231 est en position de conduction, la capacité additionnelle 232 se trouve en parallèle des bobines 110 et 120 du moteur et en parallèle également du condensateur permanent 130 du moteur. Ainsi, par sa sortie de commande 215, le processeur 210 pilote la mise en place ou non du condensateur additionnel 232 aux bornes du moteur 100. On notera que ce condensateur additionnel 232 présente une valeur de capacité sensiblement égale à quatre fois celle du condensateur 20 permanent 130. Aussi, dès le début de la phase de démarrage, le condensateur additionnel 232 est mis en situation active aux bornes du moteur en réponse à la détection de la commande de départ sur l'entrée 211. A la fin de la phase de démarrage, identifiée par le processeur via son entrée 212, le condensateur 232 est au contraire déconnecté par une ouverture du commutateur 231. L'ouverture du commutateur 231 est effectuée sous la commande de la sortie 215 du processeur, via un transistor 233. Outre la mise en place et la déconnexion de ce condensateur additionnel 232, le processeur 210 pilote en outre un module 240 appelé par la suite gradateur, dont le rôle est d'alimenter le moteur 100 de manière progressive, notamment sous une intensité graduelle, permettant ainsi d'éviter de brusques surintensités au niveau du réseau. Le gradateur fait appel à des moyens se mettant en état de blocage entre phase et neutre de manière alternée pendant une portion de temps choisi à chaque période du courant alternatif secteur. Plus précisément, le gradateur 240 comprend un triac 241 placé en raccordement direct entre les bornes du moteur, en parallèle d'un condensateur 242. Le triac 241 se met en conduction de manière synchrone avec les passages à zéro de la tension entre phase et neutre: c'est ici une commande en angle de phase. Le processeur 210 commande le triac 241 selon des périodes de blocage de durée constante, par l'intermédiaire d'un transistor ou d'un second triac 243 qui transforme le signal de sortie du processeur en niveau de commande du triac, directement corrélé à ses durées d'ouverture. En fin de phase de démarrage, tel qu'identifiée sur l'entrée 212 du processeur, la tension efficace aux bornes du moteur croît en accord avec la tension d'alimentation du triac 241, de manière graduelle et selon une vitesse préprogrammée dans le processeur 210. Le triac 241 est déconnecté du circuit par le processeur 210 via sa sortie 213 et un interrupteur 244, placé en parallèle de ce dernier, est commandé par le processeur vers sa position de mise en conduction via la sortie de commande 214. La fermeture de cet interrupteur 244 rend inopérant le triac 241 et évite ainsi sa surchauffe. Une opération inverse à celle décrite ci-dessus rend le triac opérationnel pour une nouvelle utilisation. Cette nouvelle utilisation est susceptible d'être initiée en cas d'arrêt puis de démarrage du moteur, mais également en cas de difficulté de rotation du moteur conformément aux dispositions qui seront décrites maintenant. Il s'avère en effet avantageux d'utiliser les moyens décrits ci-avant afin de surveiller et de pallier une surcharge ou un décrochage pur et simple du moteur. Un tel phénomène peut par exemple apparaître, dans le cas d'un compresseur de climatiseur, lorsqu'une dose de liquide s'introduit accidentellement dans le circuit pneumatique du compresseur. Le moteur est alors soumis à un freinage accidentel, voire un décrochage. Il présente à ce moment un comportement électrique qui peut être détecté par les moyens décrits ci-avant. En effet, le moteur présente alors une chute de tension à son entrée, qui provoque un changement d'état de la résistance 223, lequel changement d'état du transistor 221 indique ainsi le franchissement à la baisse d'un seuil prédéfini. Dans une variante, ce franchissement à la baisse peut être identifié par le circuit raccordé à l'entrée 212 du processeur. Le seuil de détection d'une telle difficulté de rotation est typiquement un seuil de tension qui est nettement inférieur au seuil de fin de phase de 10 démarrage. Ainsi, dans le présent exemple, ce seuil est fixé sensiblement à V. En réponse à l'identification de cette baisse de tension, le processeur 210 provoque une nouvelle mise en oeuvre des moyens de démarrage décrits ci-avant. Il active notamment une nouvelle phase d'alimentation graduelle par activation du gradateur 240 et reconnecte la capacité additionnelle 232. Ainsi, le moteur, après avoir subi une chute de sa vitesse de rotation, fait l'objet d'une nouvelle alimentation progressive et d'une détection de fin de démarrage conforme à celle décrite ci-avant. On évite ainsi l'apparition d'une plus grande chute de tension à la remise en route après l'incident de rotation. On notera en outre que la montée progressive du courant imposée par le gradateur limite ainsi les émanations électromagnétiques au voisinage du dispositif y compris dans un tel cas accidentel. Outre les éléments décrits ci-dessus, on notera la présence ici d'un transformateur 300 bâti à partir d'un pont de diode 310 dont le rôle est de fournir une alimentation continue en 12V et 5V aux différents organes susceptibles de nécessiter une telle alimentation adaptée. Outre l'utilisation privilégiée de l'invention pour l'alimentation d'un compresseur de climatiseur, l'invention s'adresse également aux moteurs, utilisés couramment dans le cadre domestique, tels qu'un compresseur hydraulique pour jet à haute pression, un compresseur de réfrigérateur, ou encore un moteur d'aspirateur ou de broyeur d'éviers. Dans une variante, le gradateur à triac décrit ici peut être remplacé par un gradateur à thyristors équipé de deux transformateurs de gâchettes. REVENDICATIONS 1. Module d'équipement d'appareil domestique à moteur électrique (100), comprenant des moyens (210, 220, 230, 240) de limitation de la surintensité au démarrage du moteur de l'appareil, caractérisé en ce que ces moyens comportent un gradateur (240) appliqué à l'alimentation du moteur électrique (100), et des moyens de surveillance (210, 220) d'une tension aux bornes du moteur (100) aptes à identifier ainsi l'établissement correct du flux dans la machine en régime établi, ces moyens (210, 220) étant aptes à désactiver le gradateur après une telle identification. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (210, 220) sont des moyens de surveillance d'un dépassement de seuil de tension dont le seuil a une valeur accrue par rapport à la tension d'alimentation du réseau. 3. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gradateur (240) inclut un triac (241). 4. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (100) est un moteur monophasé. 5. Module selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il inclut un commutateur (244) de décharge du triac (241) ainsi que des moyens (210) prévus pour fermer ce commutateur de décharge (244) en réponse à une identification de l'arrivée en régime établi. 6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément capacitif (232) positionné de manière à s'additionner à une capacité permanente (130) associée au moteur (100) ainsi qu'un commutateur (231) piloté pour connecter l'élément capacitif (232) au démarrage et le déconnecter à l'arrivée en régime établi. 7. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un processeur (210) qui réalise ladite surveillance d'arrivée en régime établi, lequel processeur pilote en outre le gradateur (240), et activeldésactive le commutateur (231) associé au condensateur additionnel (232). 8. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (210, 220) d'une chute de tension en entrée du moteur (100) en cours de fonctionnement établi de ce dernier, et des moyens (210) aptes à activer les moyens de limitation de chute de tension (230, 240) en réponse à une telle détection. 9. Appareil domestique à moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un module conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Appareil électrique domestique selon la revendication 9, 10 caractérisé en ce qu'il constitue un climatiseur domestique.