FR2468238A1

FR2468238A1 - Phase loss or overvoltage protector for motor - has signal fed to comparator via Zener network and driving cut=off relay in motor supply

Info

Publication number: FR2468238A1
Application number: FR7926102A
Authority: FR
Inventors: Christian Cadet; Bernard Dumortier; Georges Souques
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-16
Publication date: 1981-04-30
Also published as: FR2468238B1

Abstract

The electric motor protector provides an interruption of the motor supply in the event of overvoltage or loss of a phase. The protection circuit uses three transformers as current-voltage converters their primary windings being in series with the motor supply lines. The secondary winding outputs are rectified in a Graetz bridge and smoothed in an LC network (3, C2). This common output is fed across a potentiometer (R2, P, R3) and provides a signal in the case of overvoltage to a comparator (A2) via a Zener network (A4, Z5, Z6), the comparator output driving a cut-out relay (Rx) in the motor supply. In the absence of a phase a further comparator (A3) fed from a potentiometer (R10, R11) across the transistor regulated (T1, T2) supply drives a further comparator (A1) and the final relay driving comparator (A2).

Description

L'invention se rapporte à la protection des moteurs électriques au moyen d'un contacteur entreposé sur les conducteurs de phase de l'alimentation triphasée et, plus précisémment, à la génération de signaux de commande de ce contacteur en vue d'interrompre l'alimentation en cas de surcharge ou d'absence de phase. The invention relates to the protection of electric motors by means of a contactor stored on the phase conductors of the three-phase power supply and, more precisely, to the generation of control signals from this contactor in order to interrupt the power supply in case of overload or absence of phase.

Ces signaux de commande sont généralement fournis, dans l'art antérieur, par des relais thermiques différentiels. These control signals are generally provided, in the prior art, by differential thermal relays.

L'invention vise à la réalisation d'un circuit electro- nique de commande qui soit auto-alimente et de réalisation simple. The invention aims to produce an electronic control circuit which is self-powered and of simple construction.

On a decrit, dans le brevet US 3.602.771, un dispositif électronique comportant trois transformateurs dont les enroulements primaires sont constitués par les conducteurs de phase et les enroulements secondaires fournissent, après redressement et filtrage, des courants qui constituent une image de ceux qui alimentent le moteur, du fait que les noyaux de ces transformateurs sont constitués par des boucles métalliques entourant lesdits conducteurs de phase. In US Pat. No. 3,602,771, an electronic device comprising three transformers has been described, the primary windings of which consist of the phase conductors and the secondary windings provide, after rectification and filtering, currents which constitute an image of those which supply the motor, owing to the fact that the cores of these transformers are constituted by metal loops surrounding said phase conductors.

Cette solution presente des inconvénients pratiques en ce qui concerne la realisation des transducteurs courant-tension et, en outre, ne protège pas le moteur en cas de perte de phase. This solution has practical drawbacks with regard to the production of current-voltage transducers and, moreover, does not protect the motor in the event of phase loss.

La présente invention a pour objet un dispositif electronique perfectionné du genre susvisé, capable de détecter aussi bien les pertes de phase que les surcharges et exempt des incon vénients des dispositifs de l'art antérieur. The present invention relates to an improved electronic device of the aforementioned kind, capable of detecting both phase losses and overloads and free from the drawbacks of the devices of the prior art.

Suivant l'invention, ce dispositif comprend un organe d'interruption de ladite tension d'alimentation; des moyens de prélever une tension tri-phasée constituant l'image du courant dans les conducteurs de phase, des moyens de redresser et de filtrer ladite tension et d'un organe effectuant la comparaison de la tension redressée et filtre à une tension de référence, pour engendrer des signaux de commande dudit organe d'interruption et est caractérise en ce que lesdits moyens de filtrage comportent une self en tête et en ce qu il est prévu des moyens de prélever la tension en amont de ladite self et de l'écrêter pour mettre en évidence ses passages par zéro en cas de perte de phase, et des moyens de détecter lesdits passages par zero pour engendrer des impulsions calibrées, un condensateur charge par lesdites impulsions calibrees à travers une résistance et des moyens de déclencher la production desdits signaux de commande par l'organe de comparaison, en mettant sa tension de référence à zéro chaque fois que la tension aux bornes dudit condensateur a atteint une valeur prédéterminée. According to the invention, this device comprises a member for interrupting said supply voltage; means for taking a three-phase voltage constituting the image of the current in the phase conductors, means for rectifying and filtering said voltage and a member performing the comparison of the rectified voltage and filter with a reference voltage, for generating control signals of said interrupting member and is characterized in that said filtering means comprise a choke at the head and that means are provided for taking the voltage upstream from said choke and for clipping it to highlight its zero crossings in the event of phase loss, and means for detecting said zero crossings to generate calibrated pulses, a capacitor charged by said calibrated pulses through a resistor and means for triggering the production of said signals control by the comparator, by putting its reference voltage at zero each time the voltage across said capacitor has reached a predetermined value.

L'invention sera mieux comprise à la lumiere de la description ci-apres. The invention will be better understood in the light of the description below.

Au dessin annexé
La figure 1 représente schématiquement un dispositif conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention, comportant des comparateurs réalisé au moyen d'un circuit intégré;
La figure 2 représente les formes d'ondes de signaux prélevés en différents points du circuit de la figure 1.In the attached drawing
FIG. 1 schematically represents a device according to a preferred embodiment of the invention, comprising comparators produced by means of an integrated circuit;
FIG. 2 represents the waveforms of signals sampled at different points of the circuit of FIG. 1.

A la figure 1, on a representé uniquement les enroulements secondaires respectifs T1, T2, T3 de trois transformateurs jouant le rôle de transducteurs courant-tension, dont les
enroulements primaires respectifs sont constitués par les conducteurs de phase reliant le moteur au secteur triphasé d'alimentation. Les tensions aux bornes des enroulements T1, T2, T3 sont respectivement proportionnelles aux courants qui circulent dans ces conducteurs de phase.In FIG. 1, only the respective secondary windings T1, T2, T3 of three transformers playing the role of current-voltage transducers have been shown, the
respective primary windings are formed by the phase conductors connecting the motor to the three-phase supply sector. The voltages across the windings T1, T2, T3 are respectively proportional to the currents flowing in these phase conductors.

Ces tensions sont redresses au moyen d'un pont de
Graetz composé de diodes D1 à D6, et filtrées au moyen d'une cellule à self en tête comportant une self S et un condensateur C2. These tensions are rectified by means of a bridge of
Graetz composed of diodes D1 to D6, and filtered by means of a head self cell comprising a self S and a capacitor C2.

On a représenté en (a), à la figure 2, la tension à la borne amont A de la self S, en pointillé dans le cas de fonctionnement normal ou le moteur est alimenté en triphasé, en trait plein dans le cas accidentel d'absence de phase. On constate que la tension en A passe alors franchement par la valeur zéro à chaque alternance, ce qui n'est pas le cas de la tension à la borne aval A'. Cette derniere tension, non figurée, subit en effet l'effet de filtrage et même lorsqu'elle est monophasée, passe de ce fait par des valeurs minimales largement variables, sans qu'il soit possible de détecter des zéros francs. There is shown in (a), in Figure 2, the voltage at the upstream terminal A of the choke S, dotted in the case of normal operation or the motor is supplied with three-phase, in solid line in the accidental case of absence of phase. It can be seen that the voltage at A then passes frankly through the value zero at each half-wave, which is not the case for the voltage at the downstream terminal A '. This last voltage, not shown, in fact undergoes the filtering effect and even when it is single-phase, therefore passes through widely variable minimum values, without it being possible to detect frank zeros.

C'est la tension aval, appliquée aux bornes d'un pont potentiométrique R2 PR3, qui est utilisée, comme on l'expliquera plus loin,pour exciter,en cas de surcharge,le relais RX qui coupera, par l'ouverture de son contact K,l'alimentation du contacteur monté dans les conducteurs de phase.La tension aval fourniten outre l'auto-alimentation du circuit électronique, comme on le verra dans la suite. It is the downstream voltage, applied to the terminals of a potentiometric bridge R2 PR3, which is used, as will be explained below, to excite, in the event of overload, the relay RX which will cut, by the opening of its contact K, the power supply of the contactor mounted in the phase conductors. The downstream voltage also provides self-supply of the electronic circuit, as will be seen below.

Par contre, la tension amont, après avoir subi un écrêtage (résistance R1 et diode de Zener Z1 : forme d'onde (b) prélevée au point B), est utilisée, comme on l'expliquera plus loin, pour détecter la perte d'une phase. On the other hand, the upstream voltage, after having undergone clipping (resistance R1 and Zener diode Z1: waveform (b) taken at point B), is used, as will be explained below, to detect the loss of 'a phase.

Le signal redressé et filtré aux bornes du condensateur
C2 est, pour alimenter le circuit, régulé au moyen de deux transistors T1 et T2. Le transistor T1 est monté aux bornes de C2 en série avec une résistance d'émetteur R6 et une diode de Zener
Z2 dans son circuit de collecteur. Sa base est reliée au point commun entre une résistance R5 et une diode Dg. La diode Dg est montée en série avec une diode D8 et la résistance R5, aux bornes du condensateur C2.The rectified and filtered signal across the capacitor
C2 is, to supply the circuit, regulated by means of two transistors T1 and T2. Transistor T1 is connected across C2 in series with an emitter resistor R6 and a Zener diode
Z2 in its collector circuit. Its base is connected to the common point between a resistor R5 and a diode Dg. The diode Dg is connected in series with a diode D8 and the resistor R5, at the terminals of the capacitor C2.

Le transistor T1 effectue une régulation en courant. The transistor T1 performs current regulation.

Le transistor T2 est monté en série avec la self S et sa base est reliée au collecteur de T1. Il effectue une régulation en tension, particulièrement nécessaire au démarrage du moteur, alors que les courants de phase peuvent atteindre des valeurs jusqu'à cinq à dix fois supérieures au courant d'emploi
du moteur.The transistor T2 is mounted in series with the choke S and its base is connected to the collector of T1. It performs voltage regulation, particularly necessary for starting the motor, while the phase currents can reach values up to five to ten times greater than the operating current.
of the motor.

Le signal régulé par T1 et T2 charge un condensateur
C3 et le signal de commande du relais Rx résultera de la décharge de C3, à travers un transistor T4, lorsque
la base de ce dernier aura reçu un signal de commutation fourni par un comparateur A2. Cette décharge commande le contacteur par l'intermédiaire d'un relais symbolisé au dessin par une bobine Rx et qui pourra être de type quelconque (électro-magnetique, statique ou autre).The signal regulated by T1 and T2 charges a capacitor
C3 and the control signal of the relay Rx will result from the discharge of C3, through a transistor T4, when
the base of the latter will have received a switching signal supplied by a comparator A2. This discharge controls the contactor via a relay symbolized in the drawing by an Rx coil and which may be of any type (electromagnetic, static or other).

Le condensateur C3 fournit l'alimentation de l'ensemble du circuit électronique. Capacitor C3 supplies power to the entire electronic circuit.

Le comparateur A2 a une borne négative à laquelle est appliquee une tension continue de référence fixee par un pont de résistance R12 - R13 et une borne positive à laquelle est appliquée la tension aux bornes d'un condensateur C1, lui-même charge par une tension prelevée sur le curseur P du pont potentiometrique R2 PR3 et convertie, de manière à constituer une image appro ximative du carré i2 des courants de phases au moyen d'un circuit connu en soi, constitué de résistances R15 à R22 et de diodes de
Zener Z4 à Z6.Pour des valeurs faibles de la tension au point P, aucune des diodes de Zener ne conduit, si bien que la valeur de la tension transmise par la résistance R4 ne dépend que des résistances R15 à R22 pour des valeurs croissantes de la tension au point P, les diodes de Zener successives se mettent à conduire ce qui augmente par paliers la tension transmise par R4, la courbe de conversion étant finalement grossièrement parabolique.Comparator A2 has a negative terminal to which a reference DC voltage is applied fixed by a resistance bridge R12 - R13 and a positive terminal to which is applied the voltage across a capacitor C1, itself charged by a voltage taken from the cursor P of the potentiometric bridge R2 PR3 and converted, so as to constitute an approximate image of the square i2 of the phase currents by means of a circuit known per se, consisting of resistors R15 to R22 and diodes of
Zener Z4 to Z6. For low values of the voltage at point P, none of the Zener diodes conducts, so that the value of the voltage transmitted by the resistor R4 depends only on the resistors R15 to R22 for increasing values of the voltage at point P, the successive Zener diodes begin to conduct what increases by stages the tension transmitted by R4, the conversion curve being finally roughly parabolic.

L'intérêt de cette conversion est lié au fait que le moteur doit essentiellement être protégé contre les échauffements excessifs, qui sont fonction de I2 e non de I. Le disposi- tif ne déclenchera pas pour une surcharge relativement faible, ce qui est un résultat favorable. The advantage of this conversion is linked to the fact that the motor must essentially be protected against excessive overheating, which is a function of I2 e not of I. The device will not trip for a relatively low overload, which is a result favorable.

Dans le cas d'une absence de phase, on a expliqué cidessus que la tension au point B4 présente des passages francs par la valeur zéro. Le point B est relie, par un condensateur C4, à la borne d'entrée positive C d'un comparateur A3, et à une borne d'une résistance R8. In the case of an absence of phase, it has been explained above that the voltage at point B4 presents clear passages by the value zero. The point B is connected, by a capacitor C4, to the positive input terminal C of a comparator A3, and to a terminal of a resistor R8.

La borne négative de A3 est reliée au point commun à deux résistances R11 et R10 qui fixent la tension de référence appliquée à ladite borne négative et à la borne positive d'un autre comparateur A1. La sortie de A3 est reliée au point commun à deux résistances R7 et R9 en séries entre les bornes de
T2, entre elles et avec un condensateur C5 relié à la masse commune.The negative terminal of A3 is connected to the common point of two resistors R11 and R10 which fix the reference voltage applied to said negative terminal and to the positive terminal of another comparator A1. The output of A3 is connected to the common point of two resistors R7 and R9 in series between the terminals of
T2, between them and with a capacitor C5 connected to the common ground.

Le point commun à N et C5 est relié à la borne négative de A1.The point common to N and C5 is connected to the negative terminal of A1.

La tension en C, du fait de la liaison capacitive C4, a la forme d'onde représentée en (c) à la figure 2. The voltage at C, due to the capacitive link C4, has the waveform shown in (c) in Figure 2.

Pendant les intervalles de temps t1 t2 où la tension en C est supérieure à la tension de référence appliquée à la borne négative de A3, ce dernier fournit un niveau logique 1 à sa sortie D; on obtient ainsi en D, des impulsions calibrées en amplitude et en durée (forme d'onde d) lesquelles chargent le condensateur C5 jusqu'à la valeur de la tension de référence appliquée à la borne positive de A1. Lorsque cette valeur est obtenue, A1 bascule, ce qui a pour effet de mettre sa sortie au niveau logique zéro (puisque C5 est relié à la borne négative d'entrée). La borne de référence de A2 est ainsi mise au niveau zéro, d'ou il résulte que la charge, toujours présente de C1, sera suffisante pour faire basculer A2, débloquant ainsi le transistor T4 et excitant la bobine du relais Rx. During the time intervals t1 t2 where the voltage in C is greater than the reference voltage applied to the negative terminal of A3, the latter provides a logic level 1 at its output D; one thus obtains in D, pulses calibrated in amplitude and in duration (waveform d) which charge the capacitor C5 up to the value of the reference voltage applied to the positive terminal of A1. When this value is obtained, A1 switches, which has the effect of putting its output at logic zero level (since C5 is connected to the negative input terminal). The reference terminal of A2 is thus set to zero level, from which it follows that the charge, still present of C1, will be sufficient to switch A2, thus unblocking the transistor T4 and exciting the coil of the relay Rx.

Le temps de charge de C5 à travers Rg jusqu'à la tension de référence appliquée à-la borne négative de A1 est suffisant (10 à 15 sec. par exemple) pour qu'une micro-coupure de durée plus brève ne soit pas vue par le dispositif comme une absence de phase. Lorsque l'absence de phase est terminée, C5 se décharge par une diode D10 et une résistance R10, qui relient directement le point D à la masse commune. The charging time from C5 through Rg to the reference voltage applied to the negative terminal of A1 is sufficient (10 to 15 sec. For example) so that a shorter duration micro-cut is not seen by the device as an absence of phase. When the phase absence is complete, C5 is discharged by a diode D10 and a resistor R10, which directly connect the point D to the common ground.

On notera que du fait de la constante de temps C5 Rg, pendant la période de démarrage du dispositif, une absence de phase éventuelle ne sera prise en compte qu'après la charge de
C3 et que l'électronique sera convenablement alimentée.It will be noted that due to the time constant C5 Rg, during the device start-up period, a possible absence of phase will only be taken into account after the charging of
C3 and that the electronics will be suitably supplied.

Il doit être bien compris que les comparateurs du montage decrits, du type à amplificateur opérationnel, pourraient être remplacés par d'autres organes équivalents, en particulier par des transistors à unijonction programmable "PUT", sans s 'é- carter de l'esprit de l'invention. Par exemple, un tel transistor PUT, dont l'anode serait reliée à un condensateur charge par les tensions images redresses et filtrées, et dont la gâchette serait soumise à une tension de référence, pourrait fournir le signal de commande en cas de surcharge. It should be clearly understood that the comparators of the described assembly, of the operational amplifier type, could be replaced by other equivalent members, in particular by transistors with a programmable "PUT" junction, without departing from the spirit. of the invention. For example, such a PUT transistor, the anode of which is connected to a capacitor charged by the rectified and filtered image voltages, and the trigger of which is subjected to a reference voltage, could supply the control signal in the event of overload.

Ladite tension de référence de la gâchette pourrait être court-circuitée, en cas de perte de phase, par un transistor lui-même commandé par un Diac débloqué par la charge du condensateur C4, lorsque celle-ci atteindrait la tension du Diac. Said reference voltage of the trigger could be short-circuited, in the event of phase loss, by a transistor itself controlled by a Diac unlocked by the charge of the capacitor C4, when the latter reaches the voltage of the Diac.

Claims

1. Device for protecting an electric motor against overloads and the loss of a phase of the three-phase alternating supply voltage, comprising: a member for interrupting said supply voltage; means for taking a three-phase voltage constituting the image of the current in the phase conductors, means for rectifying and filtering said voltage and a member performing the comparison of the rectified voltage and filter with a reference voltage, to generate control signals of said interrupting member, characterized in that said filtering means include a choke at the head and that means are provided for taking the voltage upstream from said choke and for clipping it in order to evidence of its zero crossings in the event of phase loss, and of means of detecting said zero crossings to generate calibrated pulses, a capacitor charged by said calibrated pulses through a resistor and means for triggering the production of said control signals by the comparator, by putting its reference voltage at zero, each time the voltage across said capacitor has reached a predetermined value.

2. Device according to claim 1, characterized in that said means for detecting said zero crossings to generate gauge pulses comprise a capacitance-resistance link and a first comparator arranged to provide a logic level 1, which charges said capacitor, during time intervals where the voltage transmitted by said link is greater than a predetermined threshold, while said means for triggering the comparator comprises a second comparator, arranged to supply a logic level each time the first comparator provides a logic level 1.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage downstream of said inductor is used to charge a reservoir capacitor, serving to supply the device.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that said comparator receives the voltage rectified and filtered through a circuit capable of making it substantially proportional to the square of the current.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that said capacitor charges by the calibrated pulses forms, with said resistance, a time constant of the order of ten seconds.

6. Device according to claim 3 or 4, characterized in that said comparator is constituted by a programmable uni-junction transistor whose gate reference voltage is short-circuited by a transistor controlled by a Diac, - even released by the voltage across said capacitor.