CH693552A5 - Procede et dispositif d'alimentation pour moteur a induction triphase. - Google Patents

Description

  



   La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'alimentation pour moteur à induction triphasé. 



  Les avantages des moteurs à induction triphasés par rapport aux autres types de moteur sont bien connus; ce sont notamment la robustesse, le faible coût et l'absence de maintenance. En contrepartie, leur principal désavantage réside dans le fait qu'il est plus complexe de faire varier leur vitesse de rotation puisque cette dernière est directement proportionnelle à la fréquence de la tension appliquée et inversement proportionnelle au nombre de pôles de l'enroulement du stator. Le premier facteur est difficilement modifiable étant donné qu'il est déterminé par le réseau d'alimentation et le second est fixe puisqu'il est déterminé lors de la construction du moteur. 



  Les systèmes actuels de réglage de la vitesse destinés aux moteurs à induction triphasés se basent sur des circuits électriques qui convertissent la fréquence et grâce auxquels le courant alternatif du réseau d'alimentation est redressé en courant continu et ce dernier transformé en courant alternatif à fréquence variable au moyen d'un dispositif connu sous le nom d'INVERTER; ce dispositif est constitué par trois paires de semi-conducteurs qui, reliés à un circuit de commande ou de contrôle basé sur un microprocesseur, permettent de faire varier la tension et la fréquence générées en modifiant de cette manière le couple du moteur et la vitesse de rotation. 



   Dans ces variateurs de vitesse, chaque générateur de tension est composé de deux semi-conducteurs qui commutent une tension continue en utilisant la technique connue sous le nom de modulation de largeur d'impulsion. 



  Ces régulateurs de vitesse pour moteurs à induction triphasés présentent l'inconvénient d'avoir un coût élevé par rapport au coût du moteur ce qui interdit souvent d'envisager leur emploi (en particulier pour les moteurs utilisés dans l'électroménager) et dans tous les cas augmente sensiblement leur coût. 



  Pour palier à cet inconvénient et abaisser le coût du dispositif régulateur de vitesse, on a imaginé une solution consistant à réduire le nombre de composants électriques compris dans ce dispositif sans perdre pour autant la possibilité de réglage des moteurs à induction triphasés. 



  A cette fin, on a mis au point le dispositif d'alimentation pour moteur à induction triphasé qui fait l'objet de la présente invention; ce dispositif consiste essentiellement en un convertisseur de fréquence comprenant un redresseur qui transforme le courant alternatif en courant continu ce dernier alimentant un circuit formé par deux paires de semi-conducteurs, les semi-conducteurs de chaque paire étant montés en série et les deux paires en parallèle; ces semi-conducteurs sont complétés par une paire de condensateurs, eux aussi montés en série entre eux et en parallèle par rapport aux paires de semi-conducteurs et l'ensemble génère un neutre N au point moyen entre les deux condensateurs et deux tensions alternatives V1 et V2 aux points moyens de chaque paire de semi-conducteurs;

   ces deux tensions alternatives V1 et V2 sont de fréquence variable, déphasées de 60 DEG  et alimentent le moteur grâce à leur connexion à deux de ses enroulements, le neutre N étant connecté au troisième enroulement. 



  Pour faciliter la compréhension de ces idées, on trouvera décrit ci-après un dispositif conforme à l'invention, la description se référant aux figures qui y sont jointes. Ces figures présentent respectivement: 
 
   Fig. 1: le schéma électrique d'un dispositif convertisseur de fréquence conventionnel générateur de trois tensions alternatives déphasées de 120 DEG  C, à partir d'une tension continue. 
   Fig. 2: le schéma électrique d'un dispositif convertisseur de fréquence conforme à l'invention qui génère un neutre et deux tensions alternatives déphasées à 60 DEG  C à partir d'une tension continue. 
   Fig. 3: un schéma fonctionnel du dispositif équivalant à celui de la figure précédente. 
   Fig. 4: un diagramme vectoriel des deux tensions alternatives, de leur déphasage et du neutre. 
   Fig. 5:

   le diagramme vectoriel du générateur, représenté par deux vecteurs et connecté à trois enroulements du moteur. 
   Fig. 6 et 7 respectivement: les schémas des connexions, en triangle et en étoile, du générateur au moteur. 
   Fig. 8 est un schéma du dispositif convertisseur selon l'invention comportant un circuit de contrôle et de correction du déphasage des tensions alternatives. 
 



  Actuellement, on utilise des systèmes de réglage de la vitesse pour les moteurs à induction triphasés qui sont basés sur des circuits convertisseurs de fréquence qui, comme on peut l'observer sur la fig. 1, emploient trois paires de semi-conducteurs T1-T2, T3-T4 et T5-T6 pour générer trois tensions alternatives V1, V2 et V3 déphasées de 120 DEG  en partant pour cela d'une tension continue. 



  Dans ces systèmes, chaque générateur de tension est constitué par deux semi-conducteurs T qui commutent en tension continue en utilisant la technique connue sous le nom de modulation de la largeur d'impulsion. Un circuit de contrôle permet d'agir sur ces semi-conducteurs pour faire varier la tension et la fréquence générées en modifiant de cette manière le couple moteur et la vitesse de rotation. Cette technique est connue sous le nom de VV-VF (variation de voltage - variation de fréquence). 



  Le système utilisé dans le dispositif de l'invention consiste en ce que le moteur contrôlé a deux de ses entrées d'enroulement connectées à deux tensions V1 et V2 déphasées de 60 DEG  et la troisième connectée à un neutre N conformément au schéma de la fig. 2 et au diagramme de la fig. 5 sur lesquels on peut voir qu'un circuit de puissance est formé par quatre semi-conducteurs T et deux condensateurs C. Les semi-conducteurs T1 et T2 génèrent la tension alternative V1, les semi-conducteurs T3 et T4 génèrent la tension alternative V2 et le point d'union des deux condensateurs C1 et C2 constitue le neutre N. 



  Un autre circuit de commande (qui n'a pas été représenté) consiste en un microprocesseur contrôlant les semi-conducteurs T1-T2 et T3-T4 pour obtenir les tensions alternatives V1 et V2 et les déphasages adéquats sur chacune des deux phases. 



  Le circuit équivalent, illustré par la fig. 3, est formé par deux générateurs de tension alternative V1 et V2 de même amplitude et déphasés de 60 DEG , unis en un point commun ou neutre N. 



   Le système ne génère que deux phases en déphasage de 60 DEG  avec lesquelles sont alimentés deux des enroulements du moteur, le troisième enroulement étant connecté au neutre N comme on peut l'observer sur le diagramme vectoriel de la fig. 4. 



  Le neutre N correspond à un point équipotentiel entre les bornes positive et négative entre lesquelles est appliquée la tension continue d'alimentation comme le montre la fig. 2. Dans certaines conditions de fréquence et d'intensité, le potentiel de ce point neutre peut se déséquilibrer et affecter le rendement du moteur. Ce déséquilibre peut être corrigé automatiquement en utilisant des moyens conventionnels. 



  La tension et la fréquence des deux générateurs sont variables et permettent un contrôle indépendant du couple et de la vitesse de rotation du moteur de la même façon que dans les systèmes conventionnels VV-VF mentionnés plus haut. 



  Tout cela permet, comme l'illustre la fig. 5, qu'à l'entrée des trois enroulements du moteur, soient appliquées trois tensions dephase U, V et W, triphasées, équilibrées et déphasées de 120 DEG  entre elles, étant donné que les deux tensions d'alimentation V1 et V2 ont été générées de telle manière que chacune d'elles, par rapport au neutre N généré, soit égale à la différence des tensions auxquelles serait soumis le moteur s'il était connecté à un réseau triphasé conventionnel; dans ces conditions les égalités V1 = V-U et V2 = W-U sont toujours respectées. Le diagramme vectoriel de cette figure présente le générateur (les deux flèches N-V1 et N-V2) connecté aux trois enroulements U, V et W du moteur. 



  Le moteur triphasé peut être connecté indistinctement en étoile ou en triangle et supporter des tensions et des intensités identiques à celles qu'il supporterait s'il était alimenté par un système triphasé conventionnel. 



  Le système utilisé dans l'invention ne se limite pas aux courants alternatifs sinusoïdaux mais s'applique également aux courants alternatifs d'impulsion ou rectangulaires et, d'une manière générale, aux courants alternatifs quel que soit leur facteur de forme. 



  D'autre part, le schéma de la fig. 2 correspond à une réalisation du dispositif de l'invention qui consiste en un convertisseur de fréquence comprenant un redresseur qui permet d'obtenir un courant continu à partir du courant alternatif du réseau; ce courant continu alimente un circuit formé par deux paires de semi-conducteurs, ceux de chaque paire étant montés en série et les deux paires en parallèle entre elles, qui forment un ensemble qui est complété par une paire de condensateurs, eux aussi montés en série entre eux et en parallèle avec les paires de semi-conducteurs; ce système génère un neutre N au point moyen des deux condensateurs et deux tensions V1 et V2 aux points moyens de chaque paire de semi-conducteurs;

   ces deux tensions V1 et V2 sont de fréquence variable, déphasées de 60 DEG  et alimentent le moteur par l'intermédiaire de leur connexion à deux des enroulements, le neutre N étant connecté au troisième enroulement. 



  De ce qui vient d'être exposé, il résulte que le dispositif de la présente invention permet le réglage complet de la vitesse de rotation et du couple d'un moteur à induction triphasé en réduisant considérablement le nombre d'éléments électroniques coûteux nécessaires tels que les semi-conducteurs; cette économie permet d'envisager l'utilisation des moteurs à induction triphasés sur des appareils électroménagers et dans des applications industrielles pour lesquelles, par exemple, la possibilité de faire varier économiquement la vitesse de rotation et le couple du moteur qui les actionne, permettra d'éliminer les engrenages réducteurs et d'adapter automatiquement la vitesse de l'appareil à ses besoins énergétiques à tout moment. 



  Encore que ce système ait été développé pour être appliqué aux moteurs à induction les plus utilisés, comme par exemple les triphasés, il est tout à fait possible de l'appliquer à tous les moteurs à induction polyphasés. 



  Dans certaines applications du dispositif d'alimentation, le schéma représenté à la fig. 2 peut conduire à des instabilités du déphasage des tensions V1 et V2 l'un par rapport à l'autre. Pour palier à cet inconvénient, la forme d'exécution illustrée à la fig. 7 comporte encore un circuit de contrôle et/ou de correction du déphasage desdites tensions V1 et V2. 



  Ce circuit de contrôle et/ou de correction comporte deux microprocesseurs MP1, MP2 connectés aux bornes des transistors T1, T2, respectivement T3, T4 pour contrôler et modifier le temps de passage de ces transistors afin d'influer sur la différence de phase des tensions V1 et V2. 



  Ces microprocesseurs MP1 et MP2 sont commandés par des signaux délivrés par des détecteurs de phases DPH1, DPH2, respectivement branchés entre les sorties V1, V2, respectivement V2 et le point neutre N. 



  Grâce à ce circuit de correction, on peut maintenir le point neutre N stable, de même que le déphasage de 60 DEG  entre V1 et V2.

Claims (8)

1. Procédé d'alimentation d'un moteur triphasé à induction, caractérisé par le fait qu'on génère un point neutre N et deux tensions alternatives V1, V2 de forme déterminée déphasées de 60 DEG et de fréquence réglable; le point neutre N et les tensions V1, V2 alimentant les bobines de ce moteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tensions V1, V2, alternatives, présentent une forme sensiblement sinusoïdale.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on compense automatiquement les déséquilibres du potentiel du point neutre par contrôle et correction constante du déphasage de 60 DEG entre les deux tensions alternatives.

4.

Dispositif d'alimentation pour moteur à induction triphasé pour le mise en Öuvre du procédé selon la revendication 1 pour générer une tension alternative de fréquence et tension variables à partir d'une tension continue, caractérisé par le fait qu'il comprend un redresseur de courant alternatif du réseau permettant d'obtenir un courant continu qui alimente un circuit formé par deux paires de semi-conducteurs, les semi-conducteurs de chaque paire étant montés en série alors que les deux paires sont montées en parallèle; cet ensemble est complété par une paire de condensateurs, eux aussi montés en série entre eux et en parallèle avec les paires de semi-conducteurs; ce dispositif génère un neutre N au point moyen entre les deux condensateurs et deux tensions alternatives V1 et V2 aux points moyens de chaque paire de semi-conducteurs;

ces deux tensions étant de fréquence variable, déphasées de 60 DEG et alimentent le moteur par l'intermédiaire de leur connexion à deux de ses enroulements, le neutre N étant connecté au troisième enroulement.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux condensateurs sont branchés en série aux bornes d'une source de courant continu définissant un point neutre N entre eux, et par le fait que les deux paires de semi-conducteurs et un dispositif de commutation délivrent des tensions V1, V2 de forme déterminée déphasées de 60 DEG et de fréquence et tension réglables.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de compensation automatique des déséquilibres de potentiel du point neutre afin de maintenir toujours constant le déphasage de 60 DEG .

7.

Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que les bobines du moteur peuvent être branchées en étoile ou en triangle.

8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de compensation automatique comportent un circuit de contrôle et/ou de correction formé de deux microprocesseurs commandant respectivement les bases des transistors de chacune des paires de semi-conducteurs, ces microprocesseurs étant eux-mêmes commandés par des détecteurs de phases connectés entre le neutre N et V1, respectivement entre V1 et V2.