FR2509098A1 - Dispositif de protection de moteur a courant alternatif - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN MOTEUR TRIPHASE 1. LE DISPOSITIF COMPREND UN CIRCUIT DE CONDITIONNEMENT DE SIGNAUX 2, QUI DETECTE LA GRANDEUR DU COURANT TRAVERSANT CHAQUE PHASE DU MOTEUR, ET ENGENDRE UN SIGNAL DE SORTIE DE TENSION TRIPHASE SUR LIGNE UNIQUE DONT CHACUNE DES PHASES CORRESPOND A UNE UNIQUE PHASE DU COURANT DU MOTEUR. CE SIGNAL DE SORTIE DE TENSION TRIPHASE EST UTILISE EFFICACEMENT PAR UN ENSEMBLE MICRO-ORDINATEUR 3, 4 POUR DETECTER UNE SURINTENSITE OU UN DESEQUILIBRE DU COURANT APPLIQUE AU MOTEUR. L'ENSEMBLE MICRO-ORDINATEUR 3, 4 ORDONNE A UNE COMMANDE DE MOTEUR 5 D'ARRETER LE MOTEUR 1 EN REPONSE A UNE SURINTENSITE OU A UN DESEQUILIBRE DU COURANT APPLIQUE AU MOTEUR.

Description

-1 -

La présente invention se rapporte aux dispo-

sitifs de protection de moteur et concerne, plus parti-

culièrement, un dispositif destiné à protéger un mo-

teur à courant alternatif polyphasé contre les sur-

intensités et les déséquilibres de courant. On connaît déjà des dispositifs de protection de moteur destinés à éviter un endommagement de moteurs électriques dû à une intensité excessive Certains de ces dispositifs comprennent un montage permettant de détecter le courant appliqué à un moteur électrique à

courant alternatif triphasé et d'interrompre l'alimen-

tation en courant du moteur lorsque le courant détecté

s'élève au-dessus d'un niveau prédéterminé Classique-

ment, ces dispositifs utilisent un pont de diodes tri-

phasé pour convertir un signal de courant alternatif détecté en une sortie de courant continu redressé Par

inhérence, l'utilisation des diodes limite la sensibi-

lité du montage en raison des pertes de tension asso-

ciées au fonctionnement des diodes En outre, il est difficile de détecter un déséquilibre de courant avec

ces dispositifs du fait que la sortie de courant conti-

nu est une forme d'onde composite correspondant à l'en-

semble des trois phases de courant du moteur à courant alternatif En conséquence, si la grandeur d'une phase

donnée du courant est très élevée, alors que la gran-

deur d'une autre phase du courant est très faible, et cela de telle manière que la grandeur des phases du courant combinées s'avère normale, ces dispositifs ne détectent aucune anomalie même si la grandeur de ladite

phase de courant donnée est excessivement élevée.

L'avènement des microprocesseurs et des en-

sembles micro-ordinateurs a apporté la possibilité d'a-

méliorer la performance de dispositifs de protection

de moteur Un ensemble micro-ordinateur peut être uti-

lisé pour traiter un signal de tension provenant d'un -2-

circuit de protection de moteur pour obtenir de l'in-

formation sur le passage du courant à travers chaque

phase du moteur Les dispositifs de protection de mo-

teur classiques sont susceptibles d'être utilisés avec de tels ensembles micro-ordinateurs Toutefois, les signaux de tension engendrés par le montage de ces dispositifs exigent, pour qu'ils puissent être traités

convenablement, de grandes capacités de mémoire de cal-

culateur, et une information relative aux phases indi-

viduelles du moteur est difficile, sinon impossible, à tirer de ces signaux En conséquence, les possibilités d'un micro-ordinateur ou d'unmicrocalculateur ne sont pas utilisées efficacement et économiquement si des

signaux de tension provenant de ces circuits de pro-

tection de moteur classiques sont utilisés par un micro-

ordinateur pour assurer la réalisation d'un dispositif

de protection de moteur.

Ces difficultés et d'autres encore peuvent

être surmontées suivant l'invention au moyen d'un dis-

positif de protection de moteur, comprenant un circuit de conditionnement de signaux, des moyens de traitement de signaux, et une commande de moteur Le circuit de

conditionnement de signaux comprend des moyens de dé-

tection de courant, des amplificateurs opérationnels, des transistors de commutation et des détecteurs de

passage par zéro De préférence, les moyens de détec-

tion de courant sont constitués par trois transforma-

teurs d'intensité, engendrant chacun un signal de ten-

sion distinct proportionnel à la grandeur du courant

traversant une phase individuelle du moteur Les ampli-

ficateurs opérationnels ajustent les grandeurs des si-

gnaux de tension à une échelle convenant pour leur trai-

tement par les transistors de commutation et les détec-

teurs de passage par zéro Les transistors de commuta-

tion appliquent chacun des signaux de tension mis à -3- l'échelle à une charge commune ou interrompent cette application suivant une séquence qui est déterminée par le fonctionnement des détecteurs de passage par

zéro Un signal de tension de sortie triphasé sur li-

gne unique est formé; dans ce signal, les première,

deuxième et troisième phases de tension ont une gran-

deur directement proportionnelle à la grandeur du cou-

rant tra versant les première, seconde et troisième

phases du moteur, respectivement.

De préférence, les moyens de traitement de

signaux sont constitués par un ensemble micro-ordina-

teur qui comprend un convertisseur analogique-numérique

(A-N) et un microcalculateur (ou micro-ordinateur pro-

prement dit) Le convertisseur A-N convertit le signal de tension de sortie analogique triphasé provenant du

circuit de conditionnement de signaux en un signal nu-

mérique qui est traité par le microcalculateur Etant donné que chaque phase du signal de tension de sortie correspond à une phase de courant distincte du moteur, le microcalculateur peut traiter directement le signal de tension pour obtenir une information sur chaque phase de courant Le microcalculateur est programmé en vue d'ordonner à la commande du moteur, qui comprend

généralement une source d'alimentation et des commuta-

teurs pour commander le passage de courant de la source d'alimentation vers le moteur, d'arrêter celui-ci en

réponse à une surintensité ou à un déséquilibre de cou-

rant. L'invention sera mieux comprise à la lecture

de la description détaillée qui suit et à l'examen des

dessins joints, qui en représentent, à titre d'exemple

non limitatif, un mode de réalisation.

Sur ces dessins:

la Figure 1 est un schéma fonctionnel mon-

trant l'inter-relation de divers systèmes électriques -4- dans un dispositif de protection de moteur construit suivant les -principes de l'invention; la Figure 2 est un schéma fonctionnel du circuit de conditionnement de signaux du dispositif de protection de moteur représenté sur la Figure 1;

la Figure 3 est un schéma de montage mon-

trant les composants électroniques particuliers uti-

lisés pour le circuit de conditionnement de signaux représenté sur la Figure 2; la Figure 4 représente les-variations dans le temps des grandeurs de signaux de tension de phases distinctes A, B et C engendrés par les composants de circuit représentés sur la Figure 3, qui correspondent aux amplificateurs verrouillés des phases A, B et C de la Figure 2, en réponse à un passage de courant

équilibré type de moteur triphasé détecté par les trans-

formateurs d'intensité du circuit de conditionnement de signaux représenté sur la Figure 3; la Figure 5 est un graphique représentant les variations dans le temps de la grandeur d'un signal de tension de sortie triphasé engendré par le circuit de conditionnement de signaux représenté sur la Figure 3 à partir des signaux de tension des phases A, B et C représentés sur la Figure 4;

la Figure 6 représente des impulsions engen-

drées par les détecteurs de passage par zéro représen-

tés sur la Figure 3 en réponse aux signaux de tension des phases A, B et C représentés sur la Figure 4 Ces

impulsions peuvent être utilisées par un ensemble micro-

ordinateur pour assurer une fonction de temporisation

permettant de contrôler, à des instants choisis, cha-

que phase du signal de tension de sortie triphasé re-

présenté sur la Figure 5.

On va tout d'abord se référer à la Figure 1, sur laquelle est représenté un schéma fonctionnel d'un -5- dispositif de protection de moteur pour un moteur à

courant alternatif triphasé 1 Ce dispositif est cons-

truit suivant les principes de l'invention et convient

particulièrement bien pour protéger un moteur à cou-

rant alternatif triphasé contre les surintensités et

les déséquilibres de courant.

Comme représenté sur la Figure 1, le moteur à

courant alternatif triphasé 1 est contrôlé par un cir-

cuit de conditionnement de signaux 2 Le signal de sor-

tie analogique du circuit 2 est traité par un conver-

tisseur analogique-numérique (A-N) 3, qui produit un signal numérique convenable pouvant être utilisé par un microcalculateur 4 qui fait partie d'un ensemble micro-ordinateur comprenant le convertisseur A-N 3 et le microcalculateur 4 Le convertisseur A-N 3 peut être le modèle ADC 0816 de National Semiconductor qui est un système multiplex à huit bits, seize voies Le microcalculateur 4 traite le signal numérique pour déterminer si une surintensité ou un déséquilibre de courant existe dans le moteur à courant alternatif

triphasé 1 Si une telle condition existe, le micro-

calculateur transmet un signal à une commande de moteur qui interrompt l'alimentation en courant du moteur 1, ce qui provoque l'arrêt de celuici Bien entendu, si

on le désire, d'autres mesures de protection différen-

tes peuvent être prises par la commande 5 en réponse au signal provenant du microcalculateur 4, selon le

type de protection désiré.

On va maintenant se référer à la Figure 2,

sur laquelle est représenté un schéma fonctionnel déve-

loppé du circuit de conditionnement de signaux 2 repré-

senté sur la Figure 1 Ce circuit 2 comprend trois dé-

tecteurs de courant 10, 11 et 12, qui détectent séparé-

ment le passage de courant à travers chaque phase A, B ou C, respectivement, du moteur 1 Les détecteurs de

courant 10, 11 et 12 engendrent trois signaux de ten-

sion séparés, dont chacun est directement proportionnel en grandeur à la grandeur du courant traversant la phase du moteur à laquelle le détecteur de courant est associé. Les signaux de tension des phases A, B et C sont transmis à des amplificateurs opérationnels 13, 14 et 15, respectivement Ces amplificateurs 13, 14 et sont verrouillés en tension et sont conçus de manière à transposer la grandeur de chacun des trois signaux de tension provenant, respectivement, des détecteurs de courant 10, 11 et 12, en une grandeur qui convient pour

assurer un fonctionnement convenable du reste du mon-

tage.

Les signaux de tension provenant des amplifi-

cateurs 13, 14 et 15 sont appliqués à une charge 22 sous l'action de trois commutateurs 19, 20 et 21 qui

transmettent exclusivement des signaux de tension posi-

tifs Le fonctionnement des commutateurs 19, 20 et 21 est commandé par des détecteurs de passage par zéro 16, 17 et 18, moyennant quoi un seul des signaux de tension

est appliqué à la charge 22 à un moment donné quel-

conque, et moyennant quoi les signaux de tension sont successivement appliqués à la charge 22 d'une manière périodique Ce résultat est obtenu grâce au fait que le

détecteur de passage par zéro de la phase A, 16 ac-

tionne le commutateur de la phase C, 21 de manière à appliquer le signal de tension de la phase C provenant de l'amplificateur verrouillé de la phase C, 15 à la charge 22 lorsque le signal de tension de la phase À tombe au-dessous d'un niveau de passage par zéro et de

manière à interrompre l'application du signal de ten-

sion de la phase C à la charge 22 lorsque le signal de tension de la phase A s'élève au-dessus du niveau de passage par zéro Le détecteur de passage par zéro de -7- la phase B, 17 et le détecteur de passage par zéro de la phase C, 18 fonctionnent de la même manière que le détecteur de passage par zéro de la phase A, 16 pour appliquer et cesser d'appliquer les signaux-de tension de la phase A et de la phase B, respectivement, à la charge 22 L'expression "niveau de passage par zéro" dans son acception utilisée ici, désigne tout niveau de passage par une tension constante choisie, y compris une tension nulle L'utilisation d'un niveau de tension constante non nulle comme niveau de passage par zéro n'affecte pas le fonctionnement général du circuit de conditionnement de signaux 2, étant donné que c'est la différence de phase normale de 120 électriques entre

les signaux de tension des phases A, B et C qui dé-

clenche le fonctionnement des détecteurs de passage par zéro 16, 17 et 18 Ce fonctionnement du circuit

de conditionnement de signaux 2 se traduit par la géné-

ration d'un signal de tension de sortie triphasé sur ligne unique, VO, dans lequel chaque phase du signal de tension de sortie V O est en relation exclusivement

avec une des trois phases de courant du moteur.

On va maintenant se référer à la Figure 3,

sur laquelle des composants spécifiques sont repré-

sentés pour le circuit de conditionnement de signaux 2.

des Figures 1 et 2 Les détecteurs de courant 10, Il et 12, représentés sur la Figure 2, correspondent à

des transformateurs d'intensité 131, 231 et 331, res-

pectivement, dans l'exemple représenté sur la Figure 3.

Toutefois, on notera que des capteurs de courant 131,

231 et 331 convenables quelconques peuvent être utili-

sés et qu'un transformateur d'intensité ne constitue

qu'un exemple d'un tel capteur de courant de type con-

venable Les transformateurs d'intensité 131, 231 et 331 sont connectés aux bornes du moteur triphasé 1

dont on désire contr 8 ler les conditions de fonctionne-

-8- ment Les transformateurs d'intensité 131, 231 et 331 sont connectés chacun à une borne différente du moteur et il est commode de désigner chacun d'eux sous le nom de transformateur d'intensité de la phase A, B ou C, respectivement Le signal de tension engendré par le transformateur d'intensité de la phase A, B ou C, 131, 231 ou 331, est directement proportionnel en grandeur au courant traversant la phase A, B ou C du moteur,

respectivement Le signal de tension de la phase A en-

gendré par le transformateur d'intensité 131 est trans-

mis, par l'intermédiaire d'une résistance 132, à l'en-

trée de non-inversion de l'amplificateur opérationnel 133 D'une manière analogue, les signaux de tension

des phases B et C sont appliqués aux entrées de non-

inversion respectives des amplificateurs opérationnels 233 et 333, par l'intermédiaire de résistances 232 et

332, respectivement.

Dans l'exemple représenté sur la Figure 3, les amplificateurs verrouillés des phases A, B et C,

13, 14 et 15, représentés sur la Figure 2, correspon-

dent à un système d'amplificateurs opérationnels com-

prenant des amplificateurs opérationnels 133, 233 et 333 et des composants de circuit affectant directement

les caractéristiques de fonctionnement de ces-amplifi-

cateurs opérationnels 133, 233 et 333 Les amplifica-

teurs opérationnels 133, 233 et 333 font partie d'un

système d'amplificateurs opérationnels groupés cons-

titué par exemple par deux unités IM 324 N de quatre am-

plificateurs opérationnels groupés chacune, comprenant tous les amplificateurs opérationnels 133, 233, 333,

148, 248, 348 et 139 qui font partie du circuit de con-

ditionnement de signaux 2 Le degré d'amplification du signal de tension de la phase A, B ou C, appliqué à

l'entrée de non-inversion de l'amplificateur opération-

nel 133, 233 ou 333, est fonction des valeurs ohmiques -9- de la résistance 136, 236 ou 336, de la résistance 137, 237 ou 337 et du dispositif à résistance variable 135,

235 ou 335 connectés comme représenté sur la Figure 3.

Ces valeurs ohmiques sont choisies de telle manière que la grandeur du signal de tension de la phase A, B ou C amplifié soit contenu dans une gamme de tension convenable permettant un traitement approprié par les

détecteurs de passage par zéro 16, 17 et 18 et les com-

mutateurs 19, 20 et 21 du circuit de conditionnement de

signaux 2.

Les amplificateurs opérationnels 133, 233,

333 comportent un verrou de tension positive et un ver-

rou de tension négative Le verrou de tension positive de chacun des amplificateurs opérationnels 133, 233 et

333 est constitué par un suiveur de tension 139 à l'en-

trée de non-inversion duquel une source de tension 134 est connectée par l'intermédiaire d'un dispositif à

résistance variable 140 En outre, l'entrée de non-

inversion du suiveur de tension 139 est connectée au "commun" (le terme "commun dans son acception utilisée ici désigne soit le potentiel de la masse, soit un point commun équipotentiel) par l'intermédiaire d'une résistance 141, comme représenté sur la Figure 3 Une diode 138, 238 ou 338 connecte la borne de sortie du suiveur de tension 139 à l'entrée de non-inversion de

l'amplificateur opérationnel 133, 233 ou 333 Le ver-

rou de tension positive empêche l'amplificateur opéra-

tionnel 133, 233 ou 333 d'accepter un signal de ten-

sion appliqué à son entrée de non-inversion, d'une

grandeur supérieure à celle de la tension d'alimenta-

tion verrouillée provenant du suiveur de tension 139.

Le verrou de tension négative des amplifica-

teurs opérationnels 133, 233 et 333 est constitué par

une source de tension 146 connectée auxdits amplifica-

teurs opérationnels 133, 233, 333, par l'intermédiaire o 0909 d'une résistance 143, reliée au commun par une diode zener 144, comme représenté sur la Figure 3 En outre,

une diode 142, 242 ou 342 connecte l'entrée de non-

inversion de l'amplificateur opérationnel associé 133,.

233 ou 333 au commun, comme représenté sur la Figure 3.

Le verrou de tension négative emp 9 che chaque amplifi-

cateur opérationnel 133, 233 ou 333 d'accepter un si-

gnal de tension appliqué à son entrée de non-inversion,

d'une grandeur supérieure à celle de la tension d'ali-

mentation négative verrouillée.

Chacun des signaux de tension respectifs des

phases A, B et C, provenant respectivement des amplifi-

cateurs verrouillés 13, 14 et 15, est transmis à un transistor de commutation PNP correspondant 150, 250 ou 350, comme représenté sur la Fig 3 Les transistors de commutation PNP 150, 250 et 350 et leurs éléments de circuit associés correspondent aux commutateurs des phases A, B et C, 19, 20 et 21, respectivement, qui sont représentés sur la Figure 2 Comme représenté sur la Figure 3, les éléments de circuit associés à chacun

des transistors 150, 250 et 350 comprennent une résis-

tance de fuite 151, 251, ou 351, respectivement, une ré-

sistance 152, 252 ou 352, respectivement et une diode

protectrice 153, 253 ou 353, respectivement.

Comme représenté sur la Figure 2, chacun des

commutateurs 19, 20 et 21 est actionné par un détec-

teur de passage par zéro individuel 16, 17 ou 18 Le

détecteur de passage par zéro de la phase A, 16 corres-

-pondant à l'amplificateur opérationnel 148, aux résis-

tances 147, 149 et 155 et à la diode 154, montés comme représenté sur la Fig 3, actionnéle commutateur de la phase C, 21, qui comprend le transistor de commutation 350, comme représenté sur la Figure 3 D'une manière analogue, le détecteur de passage par zéro de la phase

B, 17, correspondant à l'amplificateur 248, aux résis-

-11 - tances 247, 249 et 255 et à la diode 254, montés comme représenté sur la Figure 5, actionne le commutateur

de la phase A, 19 qui comprend le transistor de commu-

tation 150, comme représenté sur la Fig 3 De même, le détecteur de passage par zéro de la phase C, 18, correspondant à l'amplificateur opérationnel 348, aux résistances 347, 349 et 355 et à la diode 354, montés

comme représenté sur la Figure 3, actionne le commuta-

teur de la phase B, 20, qui comprend le transistor de

commutation 250, comme représenté sur la Figure 3.

Comme représenté sur la Figure 3, le signal de tension de la phase A provenant de l'amplificateur opérationnel 133 est appliqué à la résistance 147 et

à l'entrée de non-inversion de l'amplificateur opéra-

tionnel 148 D'une manière analogue, les signaux des

phases B et C provenant respectivement des amplifica-

teurs opérationnels 233 et 333 sont appliqués, respec-

tivement, aux résistances 247 et 347, ainsi qu'aux en-

trées de non-inversion respectives des amplificateurs

opérationnels 248 et 348 Les entrées d'inversion res-

pectives des amplificateurs opérationnels 148, 248 et 348 sont connectées au commun par l'intermédiaire des

résistancez 149, 249 et 349, respectivement Les am-

plificateurs opérationnels 148, 248 et 348 sont alimen-

tés par la source de tension positive 134 et par la source de tension négative 146, qui sont les mêmes que les sources de tension 134, 146 utilisées pour établir

les verrous de tension positive et de tension négative,-

respectivement La borne de sortie de chaque amplifica-

teur opérationnel 148, 248 ou 348 est connectée, par l'intermédiaire de la diode associée 154, 254 ou 354, puis par l'intermédiaire de la résistance associée 155,

255 ou 355 au commun, comme représenté sur la Figure 3.

Les collecteurs respectifs des transistors de commu-

tation PNP, 150, 250 et 350 sont connectés au commun -12- comme représenté sur la Figure 3, par l'intermédiaire d'une résistance de charge commune 160 qui correspond

à la charge 22 représentée sur la Figure 2 Comme dé-

crit précédemment, la différence de phase des signaux appliqués aux entrées respectives des amplificateurs opérationnels 148, 248 et 348 a pour effet de faire fonctionner les transistors de commutation 150, 250 et 350, de telle manière que les signaux de tension des

phases A, B et C provenant respectivement des amplifi-

cateurs opérationnels 133, 233, 533, soient appliqués à la résistance de charge 160 à des instants séparés en séquence, de sorte qu'un signal de tension de sortie triphasé sur ligne unique V est engendré en un point o 37 Chaque phase du signal de tension de sortie VO o

a une grandeur directement proportionnelle à la gran-

deur de la phase correspondante A, B ou C du courant

du moteur.

Comme représenté sur la Figure 3, un verrou de tension négative comprenant un transistor PEP, 162, muni d'une résistance de courant de fuite 163, et dont la base est excitée à partir de la source de tension

161 par l'intermédiaire de la résistance 164, est pré-

vu pour empêcher le signal de sortie triphasé de deve-

nir excessivement négatif Si le signal de tension de sortie V O est excessivement négatif, le transistor de commutation 162 devient conducteur, ce qui dérive cette tension négative au commun Cela empêche une tension

négative excessive d'atteindre un dispositif de traite-

ment tel que le convertisseur analogique-numérique 3

représenté sur la Figure 1.

A chacun des détecteurs de passage par zéro

* 16, 17 et 18 est associé un réseau ponformateur d'im-

pulsions Par exemple, comme représenté sur la Fig 3 pour la-phase A, le réseau conformateur d'impulsions comprend un condensateur 156 connecté en série avec une -13- résistance 157 au commun En un point situé entre le condensateur 156 et la résistance 157, un conducteur électrique est connecté à une porte OU 170 De même, la porte OU 170 est connectée aux réseaux conformateurs d'impulsions associés aux autres détecteurs de passage par zéro 17 et 18 Le détecteur de passage par zéro de

la phase B, 17 comprend un condensateur 256 et une ré-

sistance 257 connectés de la manière décrite ci-dessus pour le détecteur de passage par zéro de la phase A, 16 D'une manière analogue, le détecteur de passage par zéro de la phase C, 18 comprend un condensateur 356 et

une résistance 357 connectés de la manière décrite ci-

dessus pour le détecteur de passage par zéro de la phase A, 16 La sortie de la porte OU 170 est connectée au commun par l'intermédiaire de résistances de charge

171 et 172, et un signal pulsé de tension Vzc est pré-

sent en un point 38 entre les résistances 171 et 172.

Ce signal Vzc peut être utilisé pour déclencher et synchroniser l'ensemble micro-ordinateur indiqué sur

la Fig 1.

On comprendra mieux le fonctionnement du montage représenté sur la Figure 3 en se référant aux Figures 4, 5 et 6, qui sont des graphiques de signaux de tension types présents en différents points choisis du montage, en fonction du temps Sur les Figures 4, 5

et 6, l'échelle des temps est indiquée en degrés élec-

triques étant donné que les phases de courant d'un mo-

teur type varient périodiquement, ce qui crée des si-

gnaux de tension périodiques aux points choisis Une

période de temps complète comprend 3600 de chaque si-

gnal de tension et, dans des conditions de fonctionne-

ment stables, les signaux de tension se répètent à chaque période de temps de 3600 Une fréquence de hertz pour chaque signal est un exemple type mais

non critique pour le fonctionnement du montage En con-

-14- séquence, le laps de temps correspondant à une période complète de chaque signal de tension représenté sur les

Figures 4, 5 et 6 n'est pas spécifié.

En fonctionnement, chaque phase de courant du moteur est détectée par un transformateur d'inten- sité 131, 231 ou 331, qu'il est commode de désigner sous le nom de transformateur d'intensité de la phase

A, B ou C, suivant le cas Les transformateurs d'in-

tensité 131, 231 et 331 engendrent chacun un signal de tension d'une grandeur directement proportionnelle à la grandeur du courant traversant la phase du moteur à

laquelle chaque transformateur correspond Chaque si-

gnal de tension séparé de la phase A, B ou C est appli-

qué, par l'intermédiaire d'une résistance correspon-

dante 132, 232 ou 332, à l'entrée de non-inversion d'un amplificateur opérationnel verrouillé associé 133,

233 ou 333.

On va maintenant se référer à la Figure 4, sur laquelle les courbes en trait plein représentent les signaux de tension des phases A, Bet C provenant respectivement des amplificateurs opérationnels 1353, 233 et 333 et apparaissant respectivement aux points 31, 32 et 33 du circuit de conditionnement de signaux 2 tel que représenté sur la Figure 3 Chaque signal de tension de la phase A, B ou C est mis à l'échelle et

verrouillé en grandeur par le fonctionnement de l'am-

plificateur opérationnel correspondant 133, 233 ou 333

et des composants de circuit associés Une gamme com-

mode de grandeur pour le signal de tension de la phase

A, B ou C présent au point 31, 32 ou 33 peut être com-

prise entre O volt et + 5 volts pour un signal type de

à 700 millivolts provenant du transformateur d'in-

tensité correspondant 10, Il ou 12 Normalement, les signaux de tension des phases A, B et C sont déphasés entre eux de 120 , comme représenté sur la Figure 4, -15- étant donné que les différentes phases de courant du moteur sont normalement déphasées entre elles de 1200 et que chaque signal de tension correspond à l'une de

ces phases de courant du moteur.

Le signal de tension de la phase A, B ou C

provenant de l'amplificateur opérationnel correspon-

dant 133, 233 ou 333 est appliqué, par l'internédiaire d'une résistance associée 147, 247 ou 347, à l'entrée

de non-inversion de l'amplificateur opérationnel asso- cié 148, 248 ou 348 Les lignes en trait interrompu de la Figure 4

représentent des signaux de tension types provenant des amplificateurs opérationnels 148, 248

et 348 et apparaissant aux points 34, 35 et 36, respec-

tivement, comme représenté sur la Figure 3, en réponse aux signaux de tension types respectifs provenant des

amplificateurs opérationnels 133, 233 et 333 et repré-

sentés par les courbes en trait plein de la Figure 4.

Chacun des amplificateurs opérationnels 148, 248 et 348

engendre un signal de tension constant, au point cor-

respondant 34, 35 ou 36, égal à la tension d'alimenta-

tion +V de sa source de tension positive 134 chaque fois qu'une tension positive est appliquée à l'entrée

de non-inversion de l'amplificateur opérationnel consi-

déré 148, 248 ou 348 Si une tension négative est ap-

pliquée à l'entrée de non-inversion, alors un signal de tension constant, égal à la tension de sortie -V de sa

source de tension négative 146, est engendré par l'am-

plificateur opérationnel concerné 148, 248 ou 348 au point correspondant 34, 35 ou 36 Le signal de tension constant provenant de l'amplificateur opérationnel 148, 248 ou 348 commande le fonctionnement du transistor de commutation PNP correspondant 350, 150 ou 250 Chacun des transistors de commutation 150, 250 et 350 n'est

conducteur que lorsqu'une tension négative est appli-

quée à sa base, et les transistors de commutation 150, -16- C et 350 ne laissent passer un signal de tension positif appliqué à leur émetteur que lorsqu'ils sont conducteurs. On va maintenant se référer à la Figure 5, sur laquelle est représenté un signal de-tension de sortie triphasé type V 0, présent au point 37 de la Figure 3 Ce signal triphasé correspond à la présence dans le montage des signaux de tension des phases Ai B

et C représentés sur la Figure 4, comme décrit précé-

demment La phase A du signal de tension de sortie tri-

phasé V O correspond à la partie comprise entre O O et 1200 du signal de tension de la phase A provenant de l'amplificateur opérationnel 133 et présent au point 31, comme représenté par la courbe en trait plein sur la Figure 4 Cette partie du signal de la phase A est appliquée aux bornes de la résistance de charge 160 du fait qu'entre -60 (ce qui correspond à 3000) et 1200, le signal de la phase B présent au point 35 est négatif, ce qui entraîne la conduction du transistor de commutation 150 en raison de la tension négative

appliquée à sa base Bien que le transistor de commu-

tation 150 soit rendu conducteur à -60 , le signal de tension de la phase A présent au point 31 n'est pas appliqué aux bornes de la résistance de charge 160 avant O du fait que ce signal est négatif jusqu'à ce

qu'il atteigne O' et du fait que le transistor de com-

mutation 150 ne laisse passer que des signaux positifs, même si sa base est convenablement polarisée par une tension négative La phase A du signal de tension de sortie V O tombe à zéro à 1200 étant donné que le signal de polarisation de la phase B présent au point 35 pour le transistor de commutation 150 passe d'une polarité négative à uine polarité positive à 1200 en commutant ainsi le transistor 150 de son état conducteur à son

état bloqué.

-17- Pendant la période de temps comprise entre O et 1200, aucun des deux signaux, comprenant le signal

de tension de la phase B présent au point 32 et le si-

gnal de tension de la phase C présent au point 33, n'est appliqué aux bornes de la résistance de charge Le signal de tension de la phase B présent au point 32 n'est pas appliqué pendant cette période de temps étant donné que ce signal est un signal négatif qui est bloqué par le transistor de commutation 250 bien qu'entre 60 et 1200 le signal de polarisation de la phase C présent au point 36 soit négatif, ce qui

polarise convenablement la base du transistor de commu-

tation 250 pour débloquer celui-ci Le signal de la phase C présent au point 33 n'est pas appliqué aux bornes de la résistance de charge 160 au cours de cette période de temps du fait que le signal de polarisation de la phase A présent au point 34 pour le transistor de

commutation 350 est positif, ce qui bloque ce transis-

tor. De 1200 à 2400, le signal de tension de la

phase A, présent au point 31 et provenant de l'amplifi-

cateur opérationnel 133, n'est pas appliqué aux bornes

de la résistance de charge 160, étant donné que le si-

gnal de polarisation de la phase B, présent au point 35 et appliqué à la base du transistor de commutation , est positif pendant cette période En revanche, pendant cette même période comprise entre 120 et 240 , le signal de polarisation de la phase C présent au point 36 est négatif, et le signal de tension de la phase B présent au point 32 est positif, de sorte que ce dernier signal est appliqué aux bornes du transistor de commutation 160 entre 1200 et 240 pour former la

phase B du signal de tension de sortie Vy, comme repré-

senté sur la Figure 5 En outre, entre 1200 et 2400, le signal de tension de la phase C présent au point 33 -18 - n'est pas appliqué aux bornes de la résistance de charge 160 du fait que ce signal est négatif et que le transistor de commutation 350 ne laisse pas passer un signal négatif bien que le signal de polarisation de la phase A présent au point 34 applique une polari- sation négative à la base du transistor -350 entre 180 et 360 ' en débloquant ainsi le transistor 350 pendant

cette période.

Au cours de la période de temps comprise entre 240 et 360 , le signal de tension de la phase C

présent au point 33 est appliqué aux bornes de la ré-

sistance de charge 160 pour former la phase C du signal de tension de sortie Y 0, comme représenté sur la Figure Le signal de tension de la phase C présent au point 33 est appliqué aux bornes de la résistance de charge pendant cette période de temps, en raison du fait que le transistor de commutation 350 est conducteur et que le signal de tension de la phase C présent au point 33 est positif Le transistor de commutation 350 est conducteur parce qu'à 1800 le signal de polarisation de la phase A présent au point 34 est négatif, ce qui

polarise convenablement la base dudit transistor 350.

Pendant la période de temps comprise entre 240 et 3600, le signal de tension de la phase A présent au point 31 et provenant de l'amplificateur opérationnel 133 n'est pas appliqué aux bornes de la résistance de charge 160 du fait que ce signal est négatif et que le

transistor 150 ne laisse passer aucun signal négatif.

De même, le signal de tension de la phase B présent au point 32 n'est pas appliqué à la résistance de charge au cours de cette période de temps du fait que le signal de polarisation de la phase C présent au point 36 et appliqué à la base du transistor de commutation

250 est positif, ce qui produit une polarisation in-

verse empêchant ledit transistor de devenir conducteur.

-19-

Dans des conditions de fonctionnement nor-

males, le signal de tension de sortie triphasé V O pré-

cédemment décrit se répète à chaque période de temps de

360 Des variations de la grandeur du signal de ten-

sion de sortie triphasé V 0 ont lieu lorsqu'il se pro-

duit une variation dans la grandeur du courant du mo-

teur détectée par le transformateur d'intensité 151, 231 ou 331 Il est à noter en outre que, bien que le fonctionnement des transistors de commutation 150, 250

et 350 ait été décrit comme étant asservi à un change-

ment de la tension de polarisation faisant passer celle-

ci d'une polarité négative à une polarité positive, ce type de changement n'est pas indispensable étant donné

que des modifications appropriées peuvent être appor-

tées au montage pour asservir le fonctionnement des transistors 150, 250 et 350 à un niveau de tension constant désiré quelconque Toutefois, il est commode

et préférable d'utiliser le niveau zéro.

Le transistor PNP, 162 et les composants de circuit associés forment un verrou de tension négative au point 37, comme représenté dans le montage de la

Figure 3 A O , 120 , 240 et 3600, le signal de ten-

sion de sortie V 0 change brusquement de phase et une

tension négative peut apparaitre aux bornes de la ré-

sistance de charge 160 à ces instants Le transistor PNP, 162 offre une section de circuit permettant de dériver des tensions négatives, inférieures à une grandeur prédéterminée, au commun En conséquence, le

signal de tension de sortie V 0 est un signal entière-

ment positif, qui peut être utilisé avec des disposi-

tifs de traitement de signaux qui sont de préférence

commandés par des signaux positifs, tels que le con-

vertisseur analogique-numérique 3 indiqué sur la Fi-

gure 1.

Le signal de tension de sortie triphasé V O

2509098 '

-20- Peut être utilisé directement par le convertisseur analogiquenumérique 3 indiqué sur la Figure 1 pour

fournir continuellement de l'information au micro-

calculateur 4 en fonction du temps Toutefois, il est préférable d'échantillonner le signal de tension de

sortie VO à des instants choisis plutôt que de con-

trôler continuellement ce signal Par exemple, il peut être désirable d'échantillonner la phase A du signal de tension de sortie V O à 90 , sa phase B à 210 et sa phase C à 330 Chacun de ces instants correspond à un intervalle de temps fixe de 900 après la transition des impulsions de polarisation du transistor, aux

points 34, 35 et 36, de la polarité négative à la pola-

rité positive-à 00, 1200 et 240 Cet échantillonnage du signal de tension de sortie V peut être assuré par

un déclenchement du fonctionnement d'un ensemble micro-

ordinateur tel que celui qui comprend le convertisseur A-N et le microcalculateur 4 décrits à propos de la Figure 1, en réponse à des impulsions de passage par zéro telles que décrites ci-après en référence à la

Figure 6.

On va maintenant se référer à la Figure 6, sur laquelle des impulsions de passage par zéro, qui apparaissent au point 38 du montage de la Figure 3, sont représentées en fonction du temps Ces impulsions sont engendrées par le passage de la polarité négative à la polarité positive, respectivement à 0 , 1200 et

2400, des signaux de tension de polarisation des pha-

ses A, B et C présents respectivement aux points 34, 35 et 36, comme représenté par les lignes en trait

interrompu de la Figure 4 A ces instants, une impul-

sion électrique provenant de la diode 154, 254 ou 354 traverse le condensateur 156, 256 ou 356 pour aboutir au commun par l'intermédiaire de la résistance 157, 257 ou 357 En fait, les condensateurs 157, 257 et 357 -21- et leurs composants de circuit associés se comportent comme des filtres passe-haut en ne transmettant qu'un signal passant d'une polarité négative à une polarité positive Cela applique une impulsion de tension à une entrée de la porte OU 170 exclusivement pendant une courte période de temps, qui peut être de l'ordre de microsecondes, aux instants représentés par 0 , et 2400 Un signal de tension Vzc apparait au point 38 seulement si un signal d'entrée est présent à une ou plusieurs des entrées de la porte OU 170 En réponse aux signaux de tension des phases A, B et C présents aux points 31, 32 et 33, respectivement,

comme représenté sur la Figure 4, une série d'impul-

sions est présente au point 38, comme représenté sur la Figure 6 Ces impulsions de tension peuvent être utilisées par un ensemble microordinateur, tel que celui quiést indiqué sur la Figure 1, pour assurer une fonction de temporisation grâce à laquelle chaque phase du signal de tension de sortie V O représenté sur la

Figure 5 est échantillonnée à des instants choisis.

Par exemple, l'ensemble micro-ordinateur peut être commandé de telle manière que, lors de l'apparition d'une impulsion, ledit ensemble attende l'écoulement

d'un laps de temps correspondant à 90 avant d'échan-

tillonner le signal de tension de sortie V Cela se traduit par un échantillonnage périodique des phases A, B et C du signal de tension de sortie V O à 90 , 210

et 3300, respectivement.

Un des avantages du montage représenté sur la Figure 3 réside en ce qu'il n'y a aucune diode, ou autre dispositif de ce genre entraînant une perte de

tension relativement grande, dans la section de cir-

cuit critique comprise entre les transformateurs d'in-

tensité 131, 231 et 331, d'une part, et le point d'ap-

parition de signal de sortie 37, d'autre part La ré-

-22- sistance 132, l'amplificateur opérationnel 133 et le transistor 150 se trouvent dans la section de circuit critique pour le signal de la phase A D'une manière analogue, le signal de la phase B ou C a la résistance 232 ou 332, l'amplificateur opérationnel 233 ou 333 et le transistor 250 ou 350, respectivement, dans sa

section de circuit critique En conséquence, le cir-

cuit de conditionnement de signaux 2 suivant l'inven-

tion est plus sensible que d'autres circuits, dans

lesquels de telles diodes et autres dispositifs ana-

logues entraînant une perte de tension, se trouvent

dans les sections de circuit critiques.

Enfin, bien que l'invention ait été décrite dans le cadre d'un dispositif de protection pour moteur à courant alternatif triphasé, il est souligné ici qu'elle convient d'une manière plus générale dans le cadre d'un dispositif de protection pour tout moteur polyphasé De même, le circuit de conditionnement de signaux suivant l'invention est utilisable chaque fois qu'on désire convertir un signal de courant triphasé en un signal de tension triphasé sur ligne unique, dont chaque phase correspond à une seule phase distincte du courant En conséquence et bien entendu, l'invention

n'est nullement limitée au mode de réalisation parti-

culier représenté et décrit; elle est susceptible de nombreuses variantes sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit ni du domaine de l'invention; 25-

Claims (6)

REVENDIGATIONS -

1 Dispositif de protection d'un moteur à

courant alternatif triphasé ( 1) contre les surintensi-

tés et les déséquilibres de courant, caractérisé par des moyens de détection de courant ( 10, 11, 12, 13, 14, 15) pour détecter la grandeur de courant de chaque phase du courant alternatif appliqué au moteur ( 1);

un circuit de conditionnement de signaux ( 2) pour en-

gendrer un signal de sortie électrique triphasé en ré-

ponse aux grandeurs de courant détectées par les moyens

détecteurs de courant ( 10, 11, 12), les grandeurs'res-

pectives des première, deuxième et troisième phases

dudit signal de sortie étant respectivement proportion-

nelles aux grandeurs respectives des première, deuxième et troisième phases du courant alternatif; des moyens

de traitement de signaux ( 3, 4) pour contrôler la gran-

deur de chaque phase du signal de sortie de manière à déterminer les grandeurs absolue et relative de chaque phase du courant alternatif; et des moyens ( 5) pour interrompre le fonctionnement du moteur ( 1) lorsque la grandeur absolue d'une phase du courant dépasse une

valeur choisie à l'avance ou lorsque la grandeur rela-

tive d'une phase du courant dépasse une valeur choisie

à l'avance.

2 Dispositif de protection suivant la re-

vendication 1, dans lequel le circuit de conditionne-

ment de signaux ( 2) est caractérisé par des moyens ( 10, 11, 12) pour engendrer des premier, deuxième et troisième signaux de tension séparés en réponse aux

première, deuxième et troisième phases de courant res-

pectivement, chacun desdits signaux de tension ayant une grandeur proportionnelle à la grandeur de la phase de courant détectée à laquelle il correspond; des

moyens de commutation ( 19, 20, 21) pour connecter sé-

lectivement l'un des premier, second et troisième S 4-

-24-

gnaux de tension à une charge commune ( 22) tout en décon-.

nectant les autres signaux de tension de ladite charge ( 22) lorsque lesdits moyens de commutation ( 19, 20, 21)

sont amenés à des premier, second ou troisième états res-

pectivement; et des moyens ( 16, 17, 18) pour détecter un point de passage par zéro de chaque signal de tension et pour actionner les moyens de commutation ( 19, 20, 21) en réponse à ces points de manière à appliquer et à cesser d'appliquer séquentiellement les premier, deuxième et troisième signaux de tension à la charge commune ( 22), de manière à former un signal de sortie électrique triphasé

ayant des première, deuxième et troisième phases corres-

pondant, respectivement, aux premier, second et troisième

signaux de tension.

3 Dispositif de protection suivant la revendi-

cation 2, caractérisé par le fait que le circuit de condi-

tionnement de signaux ( 2) comprend des moyens ( 13, 14, 15) pour ajuster la grandeur de chacun des trois signaux de tension, après la génération de ces signaux par les moyens de détection de courant ( 10, 11, 12), à une échelle propre

à assurer un fonctionnement convenable des moyens de com-

mutation ( 19, 20, 21) et des moyens de détection de passage

par zéro ( 16, 17, 18).

4 Dispositif de protection suivant l'une des

revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le cir-

*cuit de conditionnement de signaux ( 2) comprend des moyens ( 156, 157, 256, 257, 356, 357, 170) pour engendrer une impulsion électrique lorsque les moyens de détection de passage par zéro ( 16, 17, 18) détectent un point de passage par zéro; et par le fait que les moyens de traitement de signaux ( 3, 4) comprennent un moyen de temporisation ( 4) capable de répondre aux impulsions en activant les moyens de traitement de signaux ( 3, 4) de manière à contrôler chaque phase du signal de sortie sensiblement au bout du même intervalle de temps fixe après l'apparition d'une

impulsion de passage par zéro.

-25- Dispositif de protection suivant l'une des

revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les

moyens de détection de courant ( 10, 1 i, 12) comprennent trois capteurs de courant ( 131, 231, 331) répondant chacun à une phase séparée du courant alternatif triphasé appli-

qué au moteur.

6 Dispositif de protection suivant l'une des

revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les

moyens de commutation ( 19, 20, 21) comprennent trois tran-

sistors PNP ( 150, 250, 350) dont les émetteurs respectifs sont connectés en parallèle à la charge commune ( 22), dont les collecteurs respectifs sont reliés aux moyens de détection de courant ( 10, 11, 12, 13, 14, 15) de façon que les premier, deuxième et troisième signaux de tension soient respectivement appliqués aux collecteurs respectifs des premier, deuxième et troisième transistors, et dont

les bases respectives sont connectées aux moyens de détec-

tion de passage par zéro ( 16, 17, 18) de façon que les transistors ( 150, 250, 350) soient rendus conducteurs par une polarisation convenable de leur base, afin d'assurer

la séquence de commutation désirée.

7 Dispositif de protection suivant la revendi-

cation 6, caractérisé par le fait que les moyens de détec-

tion de passage par zéro ( 16, 17, 18) comprennent un premier amplificateur opérationnel ( 148) propre à appliquer

un signal de polarisation de déblocage à la base du troi-

sième transistor PNP ( 350) mais seulement lorsque le

premier signal de tension est inférieur au niveau de pas-

sage par zéro; un second amplificateur opérationnel ( 248) propre à appliquer un signal de polarisation de déblocage à la base du premier transistor PNP ( 150) mais seulement lorsque le deuxième signal de tension est inférieur au niveau de passage par zéro; et un troisième amplificateur

opérationnel ( 348) propre à appliquer un signal de polari-

sation de déblocage à la base du second transistor PNP -26- ( 250) mais seulement lorsque le troisième signal de

tension est inférieur au niveau du passage par zéro.