Dispositif de protection d'un moteur électrique triphasé contre le fonctionnement sur deux phases
L'invention se réfère à un dispositif de protection d'un moteur électrique triphasé, fonctionnant dans le cas de l'interruption de courant sur l'un des conducteurs d'alimentation.
On connaît beaucoup de dispositifs à relais auxiliaire de ce type basés sur la dissymétrie provoquée entre les forces électromagnétiques exercées par des bobines parcourues par les courants des phases, quand l'un des courants est coupé. Ces relais ont le désavantage de nécessiter des mécanismes compliqués, actionnés par le déséquilibre des forces électromagnétiques, pour provoquer l'ouverture de l'interrupteur principal automatique du moteur à protéger.
On connaît des dispositifs de protection bases sur la dissymétrie provoquée entre les flux magnétiques produits par les courants des phases, quand un des courants est coupé.
Cette dissymétrie conduit à l'obtention d'un flux magnétique résultant qui induit dans une autre bobine une tension électromotrice et un courant correspondant pour provoquer l'ouverture de l'interrupteur. Ces dispositifs ont le désavantage qu'en pratique, à cause de la saturation des circuits magnétiques des moteurs électris, les courants contiennent les troisièmes harmoniques qui ne s'annulent par dans la sommation des trois flux et qui peuvent provoquer l'ouverture de l'interrupteur même en régime équilibré.
On connaît de même un dispositif de protection constitué par un transformateur à cinq colonnes dont le primaire est formé par trois bobines sur les trois colonnes centrales parcourues par les courants des trois phases et le secondaire par une bobine qui embrasse l'ensemble des trois colonnes centrales et qui est soumise à l'influence de la résultante des flux.
Quand les courants des trois phases sont équilibrés, la résultante des flux de l'onde fondamentale est nulle, mais les flux des harmoniques trois étant en phase, la résultante induit un courant dans la bobine secondaire qui maintient fermé l'interrupteur automatique. Quand l'un des courants est coupé, le circuit devient monophasé et le flux résultant est nul, ainsi que le courant de la bobine secondaire, provoquant l'ouverture de l'interrupteur.
Ce dispositif a le désavantage que la construction du circuit magnétique du transformateur à cinq colonnes comporte des entrefers, qui nécessitent un grand nombre d'ampères-spires, donc une construction plus compliquée, plus chère et d'une sensibilité réduite.
Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients tout en maintenant le principe de l'utilisation des flux d'harmoniques trois.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un relais auxiliaire comportant trois circuits magnétiques en forme de tore, portant respectivement trois bobines parcourues par les courants des trois phases et une spire qui embrasse les trois tores et le circuit magnétique d'un électroaimant comportant une armature qui actionne un contact monté dans le circuit d'alimentation de la bobine de retenue de l'interrupteur principal.
Dans le dessin annexé, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté à titre d'exemple.
Le relais de protction auxiliaire III se compose de trois tores, en tôle magnétique 1,2 et 3, sur lesquels sont montées trois bobines B,, B2 et B3, parcourues par les courants des trois phases. Ces trois tores sont embrassés par une spire Sc qui embrasse aussi le circuit magnétique d'un électro-aimant 4, dans l'entrefer duquel est disposée une armature AM.
Le nombre de spires des bobines Bi, B2 et B3 est choisi de telle manière que les circuits magnétiques 1, 2 et 3 soient fortement saturés, ce qui provoque dans chaque phase une harmonique d'ordre trois.
Dans un système triphasé, les harmoniques d'ordre trois sont en phase et elles s'ajoutent, en induisant un courant important dans la spire Sc, qui engendre en flux magnétique qui attire l'armature AM de l'électro-aimant 4, court-circuitant les contacts Cl et C2, montés en parallèle avec le bouton d'enclenchement A de la bobine BR de l'interrupteur principal I. Le bouton A n'est utilisé qu'au moment de l'enclenchement de l'interrupteur principal I. Sa fonction est assumée par le contact C1 -C2 monté en parallèle avec A, l'interrupteur étant ouvert en cas de défection (manque d'une phase). Le bouton de déclenchement D est fermé en permanence et est utilisé seulement pour la mise hors-circuit voulue de l'interrupteur I.
Quand l'un des courants triphasés est coupé, le système se transforme en monophasé et les courants des deux bobines restées en fonction étant de sens opposé, le flux résultant dans la bobine Sc est nul, I'armature AM est libérée ouvrant le contact Ci -C2 et la bobine de retenue BR n'ayant plus de courant, I'interrupteur principal est ouvert dans quelques dixièmes de seconde, protégeant le moteur.
Le relais devant rester en fonction même quand le moteur fonctionne à vide, le nombre de spires des bobines Bi, B2 et
B3 doit être choisi de telle manière que les tores magnétiques soient saturés, quand les bobines sont parcourues par le courant à vide, qui est de 400/o du courant nominal pour les grands moteurs et de 6080% pour les petits moteurs.
On a donné un exemple de relais auxiliaire de courant mais il peut être construit aussi comme relais auxiliaire de tension.
Le relais de protection qui vient d'être décrit à l'avantage d'une construction simple, d'un prix réduit et de puissance apparente de quelques VA, pouvant être monté sans inconvénient dans les circuits des transformateurs de courant et tension des moteurs de grande puissance, alimentés en haute tension.
Device for protecting a three-phase electric motor against two-phase operation
The invention relates to a device for protecting a three-phase electric motor, operating in the event of a current interruption on one of the supply conductors.
There are many known auxiliary relay devices of this type based on the dissymmetry caused between the electromagnetic forces exerted by the coils through which the phase currents flow, when one of the currents is cut. These relays have the disadvantage of requiring complicated mechanisms, actuated by the imbalance of electromagnetic forces, to cause the opening of the automatic main switch of the motor to be protected.
There are known protection devices based on the dissymmetry caused between the magnetic fluxes produced by the phase currents, when one of the currents is cut.
This dissymmetry leads to obtaining a resulting magnetic flux which induces in another coil an electromotive voltage and a corresponding current to cause the opening of the switch. These devices have the disadvantage that in practice, because of the saturation of the magnetic circuits of electrified motors, the currents contain the third harmonics which do not cancel each other out in the summation of the three flows and which can cause the opening of the switch even in balanced mode.
We also know a protection device consisting of a transformer with five columns, the primary of which is formed by three coils on the three central columns traversed by the currents of the three phases and the secondary by a coil which embraces all three central columns. and which is subject to the influence of the resultant of the fluxes.
When the currents of the three phases are balanced, the resultant of the fluxes of the fundamental wave is zero, but the fluxes of the three harmonics being in phase, the resultant induces a current in the secondary coil which keeps the automatic switch closed. When one of the currents is cut, the circuit becomes single-phase and the resulting flux is zero, as well as the current of the secondary coil, causing the switch to open.
This device has the disadvantage that the construction of the magnetic circuit of the transformer with five columns comprises air gaps, which require a large number of ampere-turns, therefore a more complicated construction, more expensive and of reduced sensitivity.
The aim of the present invention is to eliminate these drawbacks while maintaining the principle of using three harmonic flows.
The device according to the invention is characterized in that it comprises an auxiliary relay comprising three magnetic circuits in the form of a torus, respectively carrying three coils traversed by the currents of the three phases and a coil which embraces the three toroids and the magnetic circuit of 'an electromagnet comprising an armature which actuates a contact mounted in the supply circuit of the retainer coil of the main switch.
In the attached drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown by way of example.
The auxiliary protection relay III is made up of three toroids, in magnetic sheet 1, 2 and 3, on which three coils B ,, B2 and B3 are mounted, carrying the currents of the three phases. These three tori are embraced by a coil Sc which also embraces the magnetic circuit of an electromagnet 4, in the air gap of which an armature AM is placed.
The number of turns of the coils Bi, B2 and B3 is chosen such that the magnetic circuits 1, 2 and 3 are highly saturated, which causes a third order harmonic in each phase.
In a three-phase system, the third-order harmonics are in phase and they are added, inducing a large current in the coil Sc, which generates a magnetic flux which attracts the armature AM of the electromagnet 4, short -circuiting the contacts Cl and C2, connected in parallel with the closing button A of the coil BR of the main switch I. The button A is only used when the main switch I is activated Its function is assumed by contact C1 -C2 mounted in parallel with A, the switch being open in the event of a fault (lack of a phase). The release button D is permanently closed and is only used for the desired switching off of switch I.
When one of the three-phase currents is cut, the system is transformed into single-phase and the currents of the two coils remaining in function being in the opposite direction, the resulting flux in the coil Sc is zero, the armature AM is released opening the contact Ci -C2 and the BR retaining coil having no current, the main switch is opened in a few tenths of a second, protecting the motor.
As the relay must remain in operation even when the motor is operating without load, the number of turns of coils Bi, B2 and
B3 must be chosen in such a way that the magnetic toroids are saturated, when the coils are traversed by the no-load current, which is 400 / o of the nominal current for large motors and 6080% for small motors.
An example of an auxiliary current relay has been given but it can also be constructed as an auxiliary voltage relay.
The protection relay which has just been described has the advantage of a simple construction, a reduced price and an apparent power of a few VA, which can be mounted without inconvenience in the circuits of current and voltage transformers of motors. high power, supplied with high voltage.