FR2664763A1

FR2664763A1 - Appliance and system for protected power supply to a three-phase motor with two working directions

Info

Publication number: FR2664763A1
Application number: FR9008934A
Authority: FR
Inventors: Jamot Jean
Original assignee: Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1992-01-17
Anticipated expiration: 2010-07-13
Also published as: FR2664763B1

Abstract

Appliance or system for protected power supply to reversible three-phase motors. A contactor appliance (30) protected integrally both against current overloads and against short-circuit currents, and comprising at least three main switches (21) is mounted in series with a four-pole contactor (32), in which two pairs of switches, (61, 63) on closing, (62, 64) on opening respectively, are wired as reversers, between the mains - RST - and a motor - M - one phase of which is powered by a conductor (16) without passing through the second contactor (32).

Description

APPAREIL ET SYSTEME POUR L'ALIMENTATION PROTEGEE D'UN
MOTEUR TRIPHASE A DEUX SENS DE MARCHE.APPARATUS AND SYSTEM FOR PROTECTED POWER SUPPLY OF A
TWO-WAY THREE-PHASE MOTOR.

L'invention consiste en un appareil ou système pour l'alimentation protégée de moteur triphasé à deux sens de marche dans lequel un circuit de commande opère l'excitation d'un premier contacteur établissant une transmission directe des courants de phase sans inversion, à 1 ' aide d'un système d ' interrupteurs de puissance tripolaire, tandis qu'un second dispositif interrupteur multipolaire effectue des permutations de phases hors charge, des moyens de protection aptes à réagir à des surcharges de courant de différentes natures étant placés en série avec la charge de façon à protéger celle-ci et le réseau qui l'alimente.The invention consists of an apparatus or system for the protected supply of a three-phase two-directional motor in which a control circuit operates the excitation of a first contactor establishing direct transmission of phase currents without reversing, at 1 using a system of three-pole power switches, while a second multi-pole switch device performs phase swaps when unloaded, protection means capable of reacting to current overloads of different kinds being placed in series with the charges to protect it and the network that powers it.

Un système relativement complexe, qui est connu par le brevet néerlandais N" 21.731, et qui présente une analogie avec celui venant d'être mentionné, s'intéresse à une application particulière dans laquelle le moteur d'un outil portatif de mineur se trouve associé à un inverseur de commande manuelle dont l'état peut être influencé par un dispositif de verrouillage électromagnétique mis luimême en service par un autre interrupteur à commande manuelle. Il n'est donc ici nullement question de fournir un appareil pour la commande à distance et la protection de moteurs industriels. A relatively complex system, which is known from Dutch patent No. 21.731, and which has an analogy with that just mentioned, is concerned with a particular application in which the motor of a portable miner's tool is associated to a manual control reverser, the state of which can be influenced by an electromagnetic locking device which is itself put into service by another manually operated switch. There is therefore no question here of providing an apparatus for remote control and protection of industrial engines.

La présente invention se propose de fournir de façon simple et économique un appareil, respectivement un système résultant de l'association de deux appareils distincts, qui bénéficie de mesures propres à mettre sa commande à distance en assurant par voie électrique des verrouillages interdisant une séquence incorrecte et dangereuse des changements d'états que doivent subir un contacteur de puissance et un contacteur inverseur particulier.The present invention proposes to provide in a simple and economical manner an apparatus, respectively a system resulting from the association of two distinct apparatuses, which benefits from measures suitable for putting its control at a distance by ensuring electrically interlocks prohibiting an incorrect sequence. and dangerous for the changes of state that a power contactor and a particular reversing contactor must undergo.

Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait qu'aux interrupteurs du premier contacteur sont dévolues des fonctions d'établissement et de coupure de courant, et de protection contre les courants de courts-circuits, grâce à des moyens limiteurs qui sont placés en série et leur sont directement associés, tandis que le second interrupteur est constitué par un contacteur tétrapolaire qui dans l'un des sens effectue préalablement une permutation de deux phases - S, T - respectivement - V, W grâce à quatre interrupteurs câblés en inverseurs et en montage série avec deux des précédents, la troisième phase - R - étant alimentée par un conducteur allant du premier appareil directement à la borne correspondante - U - de la charge - M -, sans passer par le second appareil.According to the invention, the aim is achieved by virtue of the fact that, at the switches of the first contactor, the functions of establishing and breaking the current and of protecting against short-circuit currents are devolved, by means of limiting means which are placed in series and are directly associated with them, while the second switch is constituted by a four-pole contactor which in one direction performs a permutation of two phases - S, T - respectively - V, W thanks to four wired switches in inverters and in series connection with two of the previous ones, the third phase - R - being supplied by a conductor going from the first device directly to the corresponding terminal - U - of the load - M -, without passing through the second device.

Selon une disposition complémentaire visant à éviter des chevauchements de commutation entre les interrupteurs, un dispositif temporisateur à désexcitation sera associé au contacteur inverseur et réglé en fonction du délai de retombée des interrupteurs du premier contacteur.According to an additional provision aiming to avoid switching overlaps between the switches, a de-energizing timer device will be associated with the reversing contactor and adjusted as a function of the fallout time of the switches of the first contactor.

L'invention ainsi que des variantes de réalisation auxquelles elle peut se prêter selon que l'on s'intéresse à un appareil ou à un système seront mieux comprises à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent en illustrant
à la figure 1, un schéma électrique d'un sys
tème conventionnel propre à établir
l'alimentation protégée d'un moteur triphasé
réversible
à la figure 2, un schéma électrique d'un appa
reil connu dans lequel ont été intégrées les
fonctions d'un contacteur et celles de moyens
de protection contre les courts-circuits et les
surcharges
à la figure 3, un schéma électrique d'un sys
tème où conformément à l'invention on combine
les fonctions de deux appareils choisis pour
obtenir une alimentation protégée d'un moteur
réversible
à la figure 4, un schéma électrique d'un pre
mier circuit de commande à deux fils du système
selon la figure 3
à la figure 5, un schéma électrique d'un cir
cuit de commande à trois fils ;
aux figures 6 et 7, deux schémas électriques
représentant deux variantes de réalisation d'un
appareil intégré conforme à l'invention.The invention as well as alternative embodiments to which it may lend itself depending on whether one is interested in an apparatus or a system will be better understood on reading the description below and on examining the appended figures which accompany him by illustrating
in Figure 1, an electrical diagram of a sys
conventional subject to establish
protected power supply of a three-phase motor
reversible
in Figure 2, an electrical diagram of an appliance
reil known in which were integrated the
functions of a contactor and those of means
protection against short circuits and
overloads
in Figure 3, an electrical diagram of a sys
teme where according to the invention is combined
the functions of two devices chosen for
get protected power from a motor
reversible
in Figure 4, an electrical diagram of a pre
mier two-wire control circuit of the system
according to figure 3
in Figure 5, an electrical diagram of a cir
cooked three-wire control;
in Figures 6 and 7, two electrical diagrams
representing two variant embodiments of a
integrated device according to the invention.

On connaît un système classique 1, voir figure 1, dans lequel l'inversion de l'ordre des phases - U, V, W appliquées à un moteur - M - à deux sens de marche, se fait grâce au montage en parallèle de deux contacteurs 2 et 3 câblés conformément à la figure.A conventional system 1 is known, see FIG. 1, in which the reversal of the order of the phases - U, V, W applied to a motor - M - with two directions of travel, is effected by the parallel mounting of two contactors 2 and 3 wired as shown in the figure.

Afin d'éviter un chevauchement des commutations et un court-circuit par les arcs, on associe généralement un dispositif de verrouillage mécanique 4 qui empêche les pièces mobiles des deux contacteurs, et par conséquent, les interrupteurs de puissance 7 et 8 d'être actionnés simultanément par leurs électro-aimants respectifs 5 et 6. En outre, on dispose en série avec la bobine de chaque électro-aimant un interrupteur auxiliaire normalement fermé 9, respectivement 10, qui est ouvert par celui des deux contacteurs devant être actionnés pour que le moteur tourne dans le sens choisi. Ce sens est, par exemple, déterminé à l'aide d'un inverseur 11 grâce auquel il est possible d'orienter un courant vers l'une des bobines.In order to avoid overlapping of the commutations and a short-circuit by the arcs, a mechanical locking device 4 is generally associated which prevents the moving parts of the two contactors, and consequently, the power switches 7 and 8 from being actuated. simultaneously by their respective electromagnets 5 and 6. In addition, there is in series with the coil of each electromagnet a normally closed auxiliary switch 9, respectively 10, which is opened by that of the two contactors to be actuated so that the motor turns in the chosen direction. This direction is, for example, determined using an inverter 11 by which it is possible to direct a current towards one of the coils.

La protection d'un tel système est obtenue d'une part, grâce à la présence d'un jeu de fusibles 12 placés en amont sur le réseau RST pour opérer la protection contre les courts-circuits et, d'autre part, grâce à la présence d'un relais thermique 13 à bilames 14, qui opère l'ouverture d'un interrupteur de sécurité 15 lorsque le moteur est l'objet d'une surcharge de courant relativement faible, mais prolongée. Cet interrupteur, qui se trouve placé en série avec l'inverseur, provoque donc la désexcitation de chacun des électro-aimants lorsqu'apparaît ce type de surcharge.The protection of such a system is obtained on the one hand, thanks to the presence of a set of fuses 12 placed upstream on the RST network to operate the protection against short circuits and, on the other hand, thanks to the presence of a thermal relay 13 with bimetallic strips 14, which operates the opening of a safety switch 15 when the motor is subject to a relatively small, but prolonged current overload. This switch, which is placed in series with the inverter, therefore causes the de-excitation of each of the electromagnets when this type of overload appears.

L'utilisation de ce type de montage inverseur 1 a été remis en cause lorsque sont apparus des appareils contacteurs à protection intégrale 30, tel que celui décrit dans le brevet français N" 2 516 297 où sont regroupés dans un même boîtier 20, voir figure 2 - un dispositif contacteur 21 ayant des interrupteurs de
puissance 22 et un électro-aimant de commande 23, des
percuteurs magnétiques 24, susceptibles de provoquer
une ouverture instantanée de ceux-ci en cas de court
circuit et indépendamment de l'état électrique de la
bobine ; et - un dispositif 19 de protection magnéto-thermique poly
phasé 25, 26 susceptible de provoquer, grâce au déclen
chement d'un mécanisme armé 29, l'ouverture d'un inter
rupteur interne 27 se trouvant en série avec la bobine
28 de l'électro-aimant pour désexciter celui-ci ; un
bouton - A - permet d'opérer par voie manuelle un
déclenchement et un réarmement volontaires du mécanisme
29
En effet, s'il est techniquement possible de câbler deux appareils auto-protégés tels que 30 d'une façon comparable à celle représentée à la figure 1, on constate, par contre, que ce montage est coûteux dans la mesure où il implique la mise en service de deux systèmes magnétothermiques alors qu'un seul pourrait suffire à opérer la protection correspondante du moteur ; par suite, cette association est plus volumineuse qu'il n'est strictement nécessaire.The use of this type of reversing assembly 1 has been called into question when integral protection contactor devices 30 have appeared, such as that described in French patent No. 2,516,297, which are grouped in the same housing 20, see figure. 2 - a contactor device 21 having switches
power 22 and a control electromagnet 23,
magnetic strikers 24, likely to cause
instant opening of these in case of short
circuit and regardless of the electrical state of the
coil; and - a device 19 for poly magneto-thermal protection
phased 25, 26 likely to cause, thanks to the trigger
check of an armed mechanism 29, the opening of an inter
internal breaker 27 in series with the coil
28 of the electromagnet to de-energize it; a
button - A - allows manual operation of a
voluntary triggering and rearming of the mechanism
29
Indeed, if it is technically possible to wire two self-protected devices such as 30 in a manner comparable to that shown in FIG. 1, we note, on the other hand, that this assembly is costly insofar as it involves the commissioning of two thermomagnetic systems when only one could be enough to operate the corresponding motor protection; consequently, this association is larger than it is strictly necessary.

Il est donc proposé à la figure 3, un système 40 pour l'alimentation d'un moteur à deux sens de marche, dans lequel on fait appel à un appareil contacteur auto-protégé 30 et à un contacteur tétrapolaire 32, montés en série et câblés comme représenté sur cette figure.It is therefore proposed in FIG. 3, a system 40 for supplying a motor with two directions of travel, in which a self-protected contactor device 30 and a four-pole contactor 32, connected in series, are used. wired as shown in this figure.

Ainsi qu'on le voit sur cette dernière, le contacteur tétrapolaire 32 possède deux interrupteurs de puissance de fermeture 61, 63 et deux interrupteurs de puissance à ouverture 62, 64, qui sont commandés par un électroaimant 60 ayant une bobine 59 et sont reliés en inverseurs.As seen on the latter, the four-pole contactor 32 has two closing power switches 61, 63 and two opening power switches 62, 64, which are controlled by an electromagnet 60 having a coil 59 and are connected in inverters.

Les références 41,...46 et 47,...54 qui se rapportent aux bornes de raccordement reliées de façon illustrée, font apparaître que la borne 42 de 11 appareil 30 est directement reliée à la borne de phase U du moteur par le conducteur 16, et que les bornes 44, 46 et 47, 54 sont reliées de façon à établir une inversion des phases aboutissant aux bornes V, W de ce moteur.References 41, ... 46 and 47, ... 54 which relate to the connection terminals connected in an illustrated manner, show that terminal 42 of the device 30 is directly connected to the phase terminal U of the motor by the conductor 16, and that the terminals 44, 46 and 47, 54 are connected so as to establish an inversion of the phases leading to the terminals V, W of this motor.

Un certain sens est donc défini lorsque ce contacteur est au repos, et le sens inverse résulte de son excitation.A certain direction is therefore defined when this contactor is at rest, and the opposite direction results from its excitation.

Un circuit de commande à deux fils 66 des deux électroaimants 23, 60, qui est visible à la figure 4, est étudié pour que s'opère à l'aide d'un inverseur, d'abord la sélection du sens de marche par excitation de la bobine 59 de l'électro-aimant 60, et que soit ensuite opérée la fermeture de l'appareil 30 par excitation de la bobine 28.A two-wire control circuit 66 of the two electromagnets 23, 60, which is visible in FIG. 4, is studied so that it operates using an inverter, first selecting the direction of operation by excitation of the coil 59 of the electromagnet 60, and that the device 30 is then closed by excitation of the coil 28.

Avantageusement, ce circuit fait appel à un interrupteur auxiliaire de verrouillage 65 pour que soit réalisée la précaution mentionnée ci-dessus ; par ailleurs, la bobine 28 de l'appareil 30 est alimentée en série avec l'interrupteur 27 normalement fermé.Advantageously, this circuit uses an auxiliary locking switch 65 so that the precaution mentioned above is carried out; moreover, the coil 28 of the device 30 is supplied in series with the normally closed switch 27.

Un circuit de commande à trois fils 67 avec auto-alimentation des deux électro-aimants est, par ailleurs, représenté à la figure 5, qui met ici en oeuvre une boîte de commande 68 ayant pour chaque sens de marche un bouton poussoir 68a, 68b, et un interrupteur d'arrêt commun 69.A three-wire control circuit 67 with self-supply of the two electromagnets is, moreover, represented in FIG. 5, which here implements a control box 68 having for each direction of operation a push button 68a, 68b , and a common stop switch 69.

Ce circuit utilise des interrupteurs auxiliaires d'autoalimentation qui sont repérés par les références 28a d'une part, et 59b d'autre part ; les interrupteurs 28b et 59a établissent ici des fonctions de verrouillage électrique réciproque.This circuit uses auxiliary self-supply switches which are identified by the references 28a on the one hand, and 59b on the other hand; the switches 28b and 59a here establish mutual electrical locking functions.

Le système qui vient d'être décrit peut faire l'objet d'une variante dans laquelle les fonctions dévolues aux deux appareils 30 et 32 pourraient être opérées à l'aide de moyens correspondants regroupés dans un boîtier unique.The system which has just been described can be the subject of a variant in which the functions devolved to the two devices 30 and 32 could be operated using corresponding means grouped together in a single housing.

A la figure 6, où une telle synthèse est opérée, un socle 71 de l'appareil combiné 70 reçoit de façon permanente les interrupteurs 72, 74 correspondant à la fonction de fermeture et d'ouverture, et respectivement à la fonction d'orientation, ainsi que les moyens de protection à per cuteurs 73, tandis que les organes de protection magnétothermiques 75 sont disposés dans un sous-ensemble 76 amovible par rapport à ce socle, de façon à s'adapter aux différents calibres de courant.In FIG. 6, where such a synthesis is carried out, a base 71 of the combined device 70 permanently receives the switches 72, 74 corresponding to the closing and opening function, and respectively to the orientation function, as well as the protective means with cutters 73, while the magnetothermal protective members 75 are arranged in a sub-assembly 76 which is removable with respect to this base, so as to adapt to the different current ratings.

Selon une autre variante 80, visible à la figure 7, un socle 81 reçoit de façon permanente les interrupteurs 82 correspondant à la fonction d'ouverture et de fermeture, ainsi que les moyens de protection à percuteurs 83, tandis que les interrupteurs 84 correspondant à la fonction d'orientation, ainsi que les organes de protection magnéto-thermiques 85 sont disposés dans un même sousensemble 86 amovible par rapport à ce socle de façon à pouvoir s'adapter aux différents calibres du courant.According to another variant 80, visible in FIG. 7, a base 81 permanently receives the switches 82 corresponding to the opening and closing function, as well as the protection means with strikers 83, while the switches 84 corresponding to the orientation function, as well as the magneto-thermal protection members 85 are arranged in the same removable subassembly 86 relative to this base so as to be able to adapt to the different sizes of the current.

Afin d'assurer que la fonction de permutation des deux phases qui est dévolue au contacteur 32 s'effectue bien en l'absence de courant lorsque l'on doit interrompre un sens de rotation particulier du moteur, il peut être avantageux de lui associer un moyen de temporisation à l'ouverture (par exemple pneumatique).In order to ensure that the function for switching the two phases which is devolved to the contactor 32 is performed effectively in the absence of current when a particular direction of rotation of the motor has to be interrupted, it may be advantageous to associate it with a time delay on opening (for example pneumatic).

Une autre façon de procéder consiste à placer un contact auxiliaire commandé par le premier contacteur, en série avec un circuit d'auto-alimentation de la bobine du second contacteur qui soit branché en amont de l'interrupteur d'arrêt. Another way of proceeding consists in placing an auxiliary contact controlled by the first contactor, in series with a self-supply circuit of the coil of the second contactor which is connected upstream of the stop switch.

Claims

1. Apparatus or system for the protected supply of a three-phase two-way motor in which a control circuit operates the excitation of a first contactor establishing direct transmission of phase currents without reversing, using a three-pole power switch system, while a second multi-pole switch device performs phase swaps without load, protection means capable of reacting to current overloads of different kinds being placed in series with the load so as to protect the latter and the network supplying it, characterized in that the switches (22) of the first contactor (21) are assigned the functions of establishing and breaking the current, and protecting against short-circuit currents circuits, thanks to limiting means (24) which are placed in series and are directly associated with them, while the second switch is constituted by a tetrapolar contactor re (32) which in one direction previously performs a permutation of two phases - S, T - respectively - V, W -, by means of four switches wired as reversers and in series connection with two of the above, the third phase - R - being supplied by a conductor (16) going from the first device directly to the corresponding terminal - U - of the load - M - without passing through the second device.

2. Apparatus or system according to claim 1, characterized in that the prior permutation of the inverter phases - V, W - is ensured by the presence of an auxiliary switch (65) which is placed in series with the coil (28 ) of the electromagnet (23) of the first contactor (21) and which is closed when the electromagnet (59) of the second contactor (32) is energized.

3. Apparatus or system according to claim 1 or 2, characterized in that timer means or electrical locking means are associated with the second contactor so that the opening of its switches (61, ... 64) takes place after that of the switches (22) of the first contactor (21).

4. Apparatus or system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first contactor (21) is part of a first unitary device fully protected against current overload (30), while the second contactor (32) consists of a second independent device which is wired between the first and the load - M

5. Apparatus or system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first contactor (72) as well as protection means (73) against short-circuit currents and that the second contactor (74) are arranged on a common base or box (71) capable of receiving a removable magneto-thermal protection module (76).

6. Apparatus or system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first contactor (82) as well as protection means (83) against short-circuit currents are arranged on a common base or housing ( 81) able to receive a sub-assembly (86) comprising the magneto-thermal protection means (85) and the second contactor (84).

7. Protection device according to one of claims 5 or 6, characterized in that a switch (65) for locking the coil (28) of the electromagnet of the first contactor (21), as well as a switch confirmation (27) actuated by an armed mechanism (29) can be triggered by the protective means, are arranged on the base or common housing (71) respectively (81).