BE1006848A3

BE1006848A3 - Dispositif de commande electrique pour une machine.

Info

Publication number: BE1006848A3
Application number: BE9200554A
Authority: BE
Inventors: Heinz Schaeffersmann
Original assignee: Elektronik Regelautomatik
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1995-01-03
Also published as: SE9201761D0; SE9201761L; JPH05276793A; US5378952A

Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande électrique pour une machine, comprenant un moteur à induction alimenté par l'intermédiaire d'un changeur de fréquence, ledit moteur comportant des enroulements disposés dans plus de deux encoches par pôle et par phase, le nombre d'encoches du rotor étant supérieur au nombre d'encoches du stator, les enroulements dudit moteur étant commutables pour diverses tensions d'alimentation en fonction du programme de travail ou du couple de charge.

Description


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  DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRIQUE
POUR UNE MACHINE La présente invention est relative à un dispositif de commande électrique pour une machine telle que, par exemple, une machine à traiter le linge, et elle concerne en particulier un dispositif et un procédé pour régler le nombre de tours d'un moteur à induction électrique au moyen d'un changeur de fréquence. 



  Il est connu de régler le nombre de tours de rotation d'un moteur à induction au moyen d'un changeur de fréquence. Pour une même puissance fournie par le moteur les pertes dans le changeur de fréquence sont proportionnelles au carré de l'intensité du courant qui le traverse. Ces pertes ne sont cependant pas liées à la puissance nominale du moteur de sorte que lorsque le moteur travaille à un nombre de tours faible, le rendement global de l'ensemble changeur de fréquence moteur à induction peut descendre en dessous de 0,50. 



  Si donc, pour une puissance déterminée à fournir, un moteur à induction peut travailler indifféremment sous une tension plus élevée ou plus faible, il n'en est cependant pas de même pour un changeur de fréquence et il est avantageux de faire travailler celui-ci sous un courant faible pour réduire les pertes. 



  Les pertes de conversion et de transmission dans un changeur de fréquence, en y ajoutant les conducteurs et les accessoires, peuvent atteindre des niveaux tels qu'elles réduisent considérablement la gamme de fonctionnement à faible nombre de tours. Ceci est particu- 

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 lièrement désavantageux lorsque ce type de fonctionnement est le plus fréquent, comme par exemple dans les machines à traiter le linge. Dans celles-ci le temps de travail en cycle de lavage qui demande un faible nombre de tours de rotation du moteur est de plusieurs fois supérieur au temps de travail en cycle d'essorage qui, lui, demande un nombre de tours de rotation élevé. 



  Les dispositifs moteurs connus pour machines à couple de rotation variable nécessitent ainsi de gros moteurs surdimensionnés et de gros changeurs de fréquence, ce qui entraîne des pertes d'énergie élevées et un coût élevé. De plus, ils produisent des bruits incommodes qui sont particulièrement gênants dans les cliniques, hôtels, immeubles à appartements multiples, etc. 



  D'autre part, les dispositifs connus créent des parasites dans le réseau d'alimentation ainsi que dans les téléviseurs, appareils de traitement de données, appareils médicaux et autres. Enfin, ces dispositifs sont soumis à des limitations dans leur fonctionnement (nombre de tours critique, moment du couple défaillant), ce qui occasionne des dépenses élevées pour réparations. 



  La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des dispositifs connus en proposant un dispositif de commande perfectionné qui assure non seulement une optimisation du fonctionnement d'un moteur à induction au moyen d'un changeur de fréquence et également une consommation d'énergie minimale. 



  Cet objectif est atteint par un dispositif de commande électrique pour une machine, comprenant un moteur à 

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 induction alimenté par l'intermédiaire d'un changeur de fréquence, dans lequel le moteur à induction comporte des enroulements disposés dans plus de deux encoches par pôle et par phase, le nombre d'encoches du rotor étant supérieur au nombre d'encoches du stator, les enroulements dudit moteur étant commutables pour diverses tensions d'alimentation en fonction du programme de travail ou du couple de charge. 



  Les enroulements du moteur sont de préférence des enroulements à deux couches et sont commutables en fonction des rampes d'accélération et de décélération imposées au moteur. La commutation de ces enroulements est commandée par la commutation de la programmation du changeur de fréquence. 



  Le convertisseur de fréquence est avantageusement réglé pour générer une fréquence de travail à laquelle correspond un point de fonctionnement du moteur pour lequel un nouvel accroissement de la fréquence ne peut entraîner un nouvel accroissement de la tension. 



  De préférence la fréquence générée par le convertisseur de fréquence est choisie de telle manière que le rapport de la fréquence maximale à ladite fréquence de travail est égal à l'inverse du rapport entre le moment du couple de charge dans la gamme inférieure des nombres de tours et le moment du couple de charge dans la gamme supérieure des nombres de tours. 



  Les avantages du dispositif de commande selon l'invention sont une construction économique, une consommation d'énergie minimale, l'absence de bruits magnétiques et l'absence de restrictions dans le fonctionnement de la machine qui peut travailler avec un nombre 

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 de tours de rotation quelconque, même réduit, et qui peut effectuer toute accélération et toute décélération avec une induction magnétique minimale. 



  Grâce au réglage du changeur de fréquence, le moteur à induction se trouve utilisé d'une manière avantageuse et optimale, ce qui se traduit par un meilleur rendement dans les plages de fonctionnement utiles. L'invention permet également d'utiliser un moteur plus petit pour la puissance à produire et plus petit est le moteur, aussi plus petit est le changeur de fréquence, ce qui contribue doublement à la réduction de l'encombrement et du coût. 



  D'autres aspects et avantages de l'invention ressortiront de l'exposé qui suit et des dessins ci-annexés. 



  La figure 1 représente la variation de la puissance (P) d'un moteur à induction en fonction du nombre de tours (n) déterminé par la fréquence. 



  La figure 2 représente la variation supplémentaire de la puissance (P) en fonction du nombre de tours (n) lorsque la tension peut croître en même temps que la fréquence. 



  La figure 3 représente la caractéristique de puissance lorsque le nombre de tours (n) croît avec une puissance (P) constante, limitée par une baisse du couple de rotation à la suite d'une absence de croissance de la tension. 



  La figure 4 est un diagramme montrant la caractéristique de puissance du moteur (courbe A) et la caractéristique (B) obtenue au moyen d'une programmation du changeur de fréquence, conformément à l'invention. 



  La figure 5 montre la variation de la puissance fournie (P2) et les pertes correspondantes dans un dispo- 

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 sitif selon la technique antérieure. 



  La figure 6 représente la variation de la puissance fournie (P2) et les pertes correspondantes dans le cas d'un enroulement commuté travaillant avec un courant réduit de moitié mais sous une tension double. 



  L'invention concerne l'optimisation du fonctionnement d'un moteur à induction en liaison avec un changeur de fréquence. Comme le montre la figure 1, la puissance P du moteur dépend du nombre de tours de rotation n et celui-ci est déterminé par la fréquence de la tension. En faisant croître la fréquence en même temps que la tension, la puissance P continue à croître comme le montre la figure 2. Lorsque seul le nombre de tours augmente, la puissance reste constante (figure 3) par l'effet de la baisse du couple en raison de l'absence de croissance de la tension. 



  Conformément à l'invention, les enroulements du moteur sont disposés dans au moins trois encoches par pôle et par phase. Un moteur triphasé hexapolaire, par exemple, comporte ainsi 54 encoches (6x3x3). Le nombre d'enchoches du rotor est supérieur au nombre d'encoches du stator de manière à non seulement minimiser la génération d'harmoniques (ceux-ci ont une influence sur la courbe d'excitation de champ), mais également réduire les pertes par courant de Foucault. Dans les encoches sont de préférence disposés des enroulements à deux couches, ce qui favorise également l'obtention d'une courbe d'excitation finement étagée. 



  Les enroulements sont commutables pour diverses tensions d'alimentation en fonction des rampes d'accélération et de décélération imposées au moteur. La commutation des enroulements est commandée par commuta- 

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 tion de la programmation du changeur de fréquence. 



  Grâce à cette commutation des enroulements il est possible de faire travailler le moteur avec un courant minimal pour la puissance à fournir, ce qui permet de minimiser les pertes dans le changeur de fréquence puisque celles-ci dépendent du courant nécessaire pour le moteur. 



  La figure 4 illustre comment l'invention prévoit de programmer le changeur de fréquence. Le triangle délimité par les points C, D, E n'est pas utilisé. Le changeur de fréquence est réglé pour générer une fréquence correspondant au point E pour lequel un nouvel accroissement de la fréquence ne peut entraîner un nouvel accroissement de tension. Il en résulte un accroissement de la puissance P de A à   A'et   une réduction du courant pour le moteur et le changeur de fréquence. On tire avantage de cet accroissement de puissance pour utiliser un moteur plus petit, ce qui a pour avantage de réduire la masse centrifuge morte et par conséquent une double réduction de la consommation d'énergie grâce au meilleur rendement du moteur et à la diminution de la masse centrifuge à accélérer. 



  Comme le moteur peut être réalisé avec un diamètre plus petit, l'économie d'énergie qui en résulte est très considérable avec un coût de fabrication également réduit. 



  De préférence, la fréquence produite par le changeur de fréquence est choisie de telle manière que le rapport de la fréquence maximale à la fréquence effectivement produite soit égal à l'inverse du rapport entre le couple de charge dans la gamme inférieure des nombres de tours et le couple de charge dans la gamme 

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 supérieure des nombres de tours. On obtient ainsi une utilisation optimale du moteur avec une consommation d'énergie minimale. 



  Le dispositif de commande selon l'invention présente des pertes d'énergie réduites par rapport aux dispositifs connus. La figure 5 montre la caractéristique de puissance P2 et les pertes dans le moteur Pv (M), dans le changeur de fréquence Pv (FU) et les pertes additionnelles Pv (Z) dans les conducteurs, dans les bobines pour le refroidissement etc, dans un dispositif selon la technique antérieure. La figure 6 montre la caractéristique de puissance P2 et les pertes correspondantes dans un dispositif conforme à l'invention dans lequel l'enroulement est commuté pour les petits nombres de tours de manière à travailler avec un courant réduit de moitié mais sous une tension double. 



  Dans ces deux figures la zone hâchurée montre la plage de fonctionnement dans laquelle la puissance donnée est plus petite que les pertes et en comparant ces deux figures on observe qu'avec le dispositif selon l'invention la plage en question est notablement réduite de (0-a) à   (0-a').   



  Il en résulte que le nombre de tours de rotation du moteur peut être choisi dans une plage utile plus large qu'avec les dispositifs de commande selon l'art antérieur. Dans une machine à traiter le linge, par exemple, cela permet d'adapter plus souplement la vitesse de rotation du moteur en fonction de différentes natures du linge à traiter dans un cycle de lavage. 



  D'autre part, les limites habituellement étroites du courant dans la plage de fonctionnement principal sont ici élargies : une variation de courant de 2,5 à 3 fois peut être obtenue au lieu d'environ 1,2 à 1,6 fois dans les machines antérieures. 

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  Les avantages de l'invention vont au-delà de l'optimisation du fonctionnement du moteur et de l'économie d'énergie. 



  L'adoption d'un moteur plus petit entraîne la plupart du temps l'utilisation d'un changeur de fréquence également plus petit et un refroidissement séparé de celui-ci peut bien souvent être omis. Les conducteurs de transmission peuvent être plus minces et le poids de l'électronique de puissance peut être réduit. En cas d'alimentation par batterie, l'autonomie est accrue également. Quant à la charge imposée au réseau d'alimentation, elle est plus faible, ce qui est particulièrement avantageux pour les utilisations dans l'hôtellerie, les cliniques, etc. 



  Le dispositif peut se compléter d'un capteur de chaleur logé à l'intérieur de l'enroulement du moteur et/ou d'un capteur de déséquilibrage agencé pour modifier les données pour le changeur de fréquence, le capteur précité étant lié à un nombre de tours prédéterminé situé entre les gammes de travail.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande électrique pour une machine, comprenant un moteur à induction alimenté par l'intermédiaire d'un changeur de fréquence, caractérisé en ce que le moteur à induction comporte des enroulements disposés dans plus de deux encoches par pôle et par phase, le nombre d'encoches du rotor étant supérieur au nombre d'encoches du stator, les enroulements dudit moteur étant commutables pour diverses tensions d'alimentation en fonction du programme de travail ou du couple de charge.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements du moteur sont des enroulements à deux couches.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les enroulements de travail sont commutables en fonction des rampes d'accélération et de décélération imposées au moteur.
4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la commutation des enroulements du moteur est commandée par la commutation de la programmation du changeur de fréquence.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif pour commander la commutation des enroulements de travail fait partie intégrante du changeur de fréquence.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le changeur de fréquence est réglé pour générer une fréquence de <Desc/Clms Page number 10> travail à laquelle correspond un point de fonctionnement (point"E") du moteur pour lequel un nouvel accroissement de la fréquence ne peut entraîner un nouvel accroissement de la tension.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence de travail du changeur de fréquence est choisie de telle manière que le rapport de la fréquence maximale à ladite fréquence de travail soit égal à l'inverse du rapport entre le moment du couple de charge dans la gamme inférieure des nombres de tours et le moment du couple de charge dans la gamme supérieure des nombres de tours.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le freinage de la machine s'effectue à l'aide du changeur de fréquence.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de chaleur logé à l'intérieur de l'enroulement du moteur.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de déséquilibrage agencé pour modifier les données pour le changeur de fréquence, ce capteur étant lié à un nombre de tours situé entre les gammes de travail.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre de réseau à double effet pour amortir les perturbations allant du réseau vers le moteur et vice versa. <Desc/Clms Page number 11>
12. Procédé pour régler le nombre de tours de rotation d'un moteur à induction au moyen d'un changeur de fréquence, caractérisé en ce que les courants électriques dans les enroulements du moteur sont égalisés par commutation des enroulements du moteur en fonction du programme de travail ou du couple de charge.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'égalisation des courants électriques dans les enroulements du moteur par commutation des enroulements du moteur se fait en fonction des rampes d'accélération et de décélération imposées au moteur.
14. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la commutation des enroulements du moteur est commandée par la commutation de la programmation du changeur de fréquence.