FR2770699A1 - Dispositif d'arret d'un moteur asynchrone monophase a deux enroulements - Google Patents

Abstract

Dispositif d'arrêt d'un moteur à deux enroulements (B1, B2) dont l'un joue le rôle d'enroulement auxiliaire et condensateur de déphasage (C), arrêtant le moteur lorsque le couple résistant atteint une valeur déterminée et utilisant la tension (VA) aux bornes de l'enroulement auxiliaire. Il comprend des moyens (1, 3) d'obtention de deux grandeurs représentatifs de l'amplitude des tensions aux bornes des enroulements principal et auxiliaire, des moyens (4) de combinaison de ces deux grandeurs par une opération arithmétique, la troisième grandeur ainsi obtenue étant comparée à une valeur de référence pour la commande de l'arrêt du moteur.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'arrêt d'un moteur asynchrone monophasé à deux enroulements, dont l'un joue le rôle d'enroulement auxiliaire, et condensateur de déphasage, arrêtant le moteur lorsque le couple résistant atteint une valeur déterminée et utilisant à cet effet la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire comme valeur représentative de la variation du couple.

L'idée d'utiliser la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire comme valeur représentative de la variation du couple est connue et exploitée dans le brevet DE 42 11 495. La tension mesurée, plus précisément une valeur numérisée de cette tension, est comparée à une valeur de référence, l'alimentation du moteur étant coupée lorsque la tension mesurée, respectivement la valeur numérisée, descend en dessous de la valeur de référence. Cette variation très sensible de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire est censée permettre de réaliser un dispositif très sensible réagissant très rapidement à un surcouple. Dans la pratique, un tel dispositif ne présente toutefois pas une fiabilité comparable à sa sensibilité. En effet, dans le cas d'un moteur alimenté par le réseau, il faut compter avec des fluctuations de la tension du réseau. Or, une variation, par exemple, de 10% de la tension du réseau sera interprétée à tort comme une variation de couple et influencera donc la valeur du seuil de déclenchement.

Un procédé analogue est utilisé dans le moteur décrit dans la demande de brevet DE 43 12 987. Là aussi on se contente de mesurer l'amplitude de la tension sur l'enroulement auxiliaire, c'est-à-dire une grandeur scalaire.

Antérieurement, il a également été proposé, dans le brevet DE 27 26 696, d'utiliser la tension aux bornes du moteur ou la tension aux bornes du condensateur de déphasage comme valeur indicative de la variation du couple. Dans ce cas aussi, on procède à une simple mesure scalaire.

L'invention a pour but d'obtenir une mesure de la variation du couple indépendante de la variation de la tension du réseau, c'est-à-dire de s'affranchir des fluctuation de la tension du réseau.

Le dispositif d'arrêt selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obtention de deux grandeurs respectivement représentatives de l'amplitude de la tension aux bornes principal et de l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire, des moyens de combinaison par une opération arithmétique de ces deux grandeurs délivrant une troisième grandeur représentative de cette combinaison et des moyens de comparaison de cette troisième grandeur à une valeur de référence et de commande de l'arrêt du moteur lorsque cette troisième grandeur atteint la valeur de référence.

Le principe de la méthode utilisée consiste donc à utiliser deux grandeurs variant simultanément et dans la même proportion en raison de fluctuations autres que la variation du couple résistant sur le moteur.

Les grandeurs représentatives de l'amplitude des tensions aux bornes des enroulements peuvent être, par exemple, des tensions proportionnelles ou des longueurs d'impulsions obtenues respectivement par la différence entre les amplitudes des tensions proportionnelles aux tensions sur les enroulements et une tension continue de référence.

La troisième grandeur obtenue par la combinaison des deux premières peut être le quotient ou la différence des grandeurs combinées.

Dans le cas d'une différence, la valeur de la tension aux bornes de l'enroulement principal ou auxiliaire peut être avantageusement pondérée, c' est-à-dire multipliée par un facteur k qui dépendra du type de moteur utilisé, de manière à augmenter la sensibilité du dispositif.

La méthode de combinaison par soustraction est avantageusement appliquée au moyen d'un calculateur et d'un convertisseur. Dans le cas où la combinaison par soustraction est faite en amont du convertisseur, elle permet d'augmenter très fortement la résolution.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques modes d'exécution du dispositif selon l'invention.

La figure 1 représente le schéma général du dispositif selon l'invention.

La figure 2 représente le schéma d'un mode d'exécution des moyens de mesures des tensions et de l'interface d'un dispositif d'arrêt pour moteur à deux sens de rotation, ce schéma étant valable pour les deux méthodes, respectivement par soustraction et par quotient.

La figure 3 représente le schéma électrique de la figure 2 dans son exécution utilisant la méthode par soustraction et seuil relatif.

La figure 4 représente une modification du schéma de la figure 3 pour la détection d'un dépassement absolu.

La figure 5 représente une autre modification du schéma de la figure 3 utilisant un calculateur.

La figure 6 représente schématiquement la courbe d'évolution de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire en fonction du couple, plus particulièrement la partie à surveiller de cette courbe.

La figure 7 représente le schéma électrique d'un autre mode d'exécution du dispositif d'arrêt selon l'invention utilisant la méthode par soustraction et un calculateur.

La figure 8 représente la transformation des tensions sur les enroulements principal et auxiliaire en impulsions pour leur utilisation par le dispositif de combinaison utilisé dans le schéma selon figure 7.

La figure 9 représente une variante d'exécution du schéma représenté à la figure 3.

Le principe général de l'invention sera décrit en relation avec la figure 1.

Le moteur concerné est un moteur asynchrone monophasé comportant un enroulement principal BP, un enroulement auxiliaire BA et un condensateur de déphasage C et alimenté par le réseau PN par l'intermédiaire d'un interrupteur IC commandé par le dispositif d'arrêt. Le moteur est représenté au repos. Il est mis sous tension par une action de l'utilisateur sur un bouton de commande CS1 dans un boîtier de saisie BS. Un dispositif 1 mesure l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement principal BP et un dispositif 3 mesure l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire BA. Ces deux amplitudes sont combinées par un dispositif de combinaison 4 qui déclenche, par l'intermédiaire d'une interface de puissance 5, l'ouverture de l'interrupteur IC lorsque la grandeur de cette combinaison dépasse soit un seuil absolu, soit un seuil relatif.

Dans de le cas d'un actionneur, par exemple un moteur entrainant une porte ou un volet roulant, l'intérêt du seuil absolu est de permettre la détection d'une butée franche, notamment si le corps entraîné est déjà en butée, en particulier en position totalement ouverte ou fermée, lors de la mise sous tension du moteur.

L'intérêt du seuil relatif est par contre de permettre la détection d'une variation inopinée du couple, par exemple lors de la rencontre d'un obstacle au cours du déplacement d'un corps entraîné par le moteur, ou la détection d'un très faible variation lorsque le moteur travail presque à vide, comme c'est le cas, par exemple, lors de l'arrivée en butée basse d'un store à bras ou d'un volet roulant avec sangles ou clinquants.

La figure 2 représente un exemple de réalisation des blocs 1, 3 et 5 dans le cas d'un moteur à deux sens de rotation. Dans ce cas, comme on le sait, les enroulements B1 et B2 remplissent à tours de rôle la fonction d'enroulement principal et d'enroulement auxiliaire, selon que la tension d'alimentation apparaît en S1 ou S2. La commutation est assurée par deux relais REl et RE2 par l'intermédiaire de leur contact inverseur rel, respectivement re2. CT désigne un interrupteur thermique de sécurité.

Les dispositifs de mesure des amplitudes des tensions 1 et 3 sont identiques. Par exemple, le dispositif est constitué de trois résistances R1, R2, R3, d'une diode D1 et d'un condensateur C1. R1 et R3 constituent un premier diviseur de tension pour l'obtention d'une tension proportionnelle à la tension sur l'enroulement B1 lorsque celui-ci est l'enroulement principal, tandis que les résistances R2 et R3 constituent un second diviseur de tension délivrant une tension proportionnelle à la tension aux bornes de l'enroulement B2 lorsque celui-ci est l'enroulement principal, c'est-à-dire dans l'autre sens de rotation du moteur. Ces deux diviseurs sont donc identiques, ce qui signifie que R1 = R2. La diode D1 et le condensateur C1 redressent et filtrent la tension de mesure pour son application au dispositif de combinaison 4. Les composants du dispositif 3 sont identiques et ont été simplement distingués des composants du dispositif 1 par le signe '. R1' = R2' et les diviseurs de tension R1'/R3' et R2'/R3' mesurent respectivement la tension aux bornes de B1 et B2 lorsque ceux-ci sont respectivement enroulement auxiliaire.

En plus des relais RE1 et RE2, l'interface de puissance 5 est constitué d'un transistor Tr fonctionnant en interrupteur en série avec une résistance R limitant le courant dans le transistor et les relais.

Par exemple, si le relais RE1 est excité, son contact inverseur rel relie l'enroulement B1 à S1. B1 est l'enroulement principal et le moteur tourne dans un premier sens de rotation. Dans ce cas, la tension aux bornes de l'enroulement principal B1 est mesurée par le diviseur de tension R1/R3, tandis que la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire B2 est divisée par le diviseur de tension R2'/R3'.

Si c'est le relais RE2 qui est excité, l'enroulement
B2, relié à S2, est l'enroulement principal et le moteur tourne dans un second sens. La tension aux bornes de B1 est mesurée par le diviseur de tension
R2/R3, tandis que la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire B1 est mesurée par le diviseur de tension R1'/R3'.

Le dispositif de combinaison 4 de la figure 2 peut être exécuté en version à seuil relatif ou en version à seuil absolu.

La figure 3 représente une version à seuil relatif. Le dispositif différentiateur est simplement constitué de deux résistances R4 et R5 en série avec un potentiomètre P1, de chaque côté de celui-ci et entre les diodes D1 et D1', la diode D1' étant, dans ce cas, polarisée dans le même sens que la diode D1. Ce sont donc les demi-alternances négatives qui sont divisées par les diviseurs de tension R1'/R3' et R2'/R3'. Dans les résistance R4, R5 et dans le potentiomètre P1 s'écoule donc un courant toujours dans le même sens.

Sur le point milieu du potentiomètre P1, qui permet de régler le seuil relatif, est prélevée une tension qui est appliquée à un circuit de comparaison 6 constitué d'un amplificateur différentiel A dont la sortie est appliquée à la base du transistor Tr de l'interface 5.

Si l'on désire que le dispositif réagisse au dépassement d'un seuil absolu, le circuit 6 de la figure 3 sera remplacé par le circuit de la figure 4 dans lequel la valeur du seuil absolu appliquée au comparateur A et déterminée par une source de tension continue B.

I1 est possible de combiner les deux versions à seuil relatif et à seuil absolu. A cet effet, il suffit, dans le schéma de la figure 3, de prévoir un second transistor Tr branché en série avec le premier transistor et commandé par le circuit de la figure 4.

Le bloc 6 de la figure 2 peut être également constitué d'un calculateur équipé, de façon classique, d'une entrée analogique CAN, d'une unité logique de traitement ULT (figure 5) et d'un algorithme de détection que l'on peut résumer comme suit
récupérer les valeur des amplitudes des tensions VA
et VP sur l'enroulement auxiliaire, respectivement
principal,
retrancher ou diviser ces valeurs, selon le choix de
la méthode, I au cas ou le résultat est supérieur à une valeur
donnée (par exemple 15V),
stopper le moteur,
au cas où la variation du résultat est supérieure à
une valeur donnée (par exemple 15V/s),
stopper le moteur, I fin de cas.

Une alternative particulièrement intéressante consiste à utiliser un calculateur dont l'algorithme serait
récupérer la valeur de la tension sur P1,
au cas où le résultat est supérieur à une valeur
donnée (par exemple 15V),
stopper le moteur,
au cas où la variation du résultat est supérieure à
une valeur donnée (par exemple 15V/s),
stopper le moteur,
fin de cas.

Cette alternative combine aussi les deux versions.

La figure 7 représente un autre mode d'exécution de l'invention, dérivé d'un circuit représenté dans le document DE 42 11 495. On retrouve un moteur M avec ses deux enroulements B1 et B2 et son condensateur de déphasage C. La tension aux bornes de l'enroulement B1 est mesurée au moyen d'un diviseur de tension R6/R7, la tension fournie par ce diviseur de tension étant redressée au moyen d'une diode D3 et d'un condensateur
C2 de manière à obtenir une tension U1 constituée d'alternances positives. Au moyen d'une tension continue de référence Uref et d'un comparateur COMP1, on obtient des impulsions rectangulaires El (figure 8) dont la longueur est fonction de l'amplitude de U1. Le bloc 3 est constitué de manière identique et comprend un diviseur R6', R7' mesurant une tension proportionnelle à la tension aux bornes de l'enroulement B2, d'une diode D3' et d'un condensateur
C2' . On obtient une tension U2 transformée en impulsions rectangulaires E2 au moyen de la tension de référence et d'un second comparateur COMP2. Les longueurs TP et TA de ces impulsions sont numérisées et combinées par combinaison linéaire ou quotient dans un calculateur pC qui commande le transistor Tr du bloc 5 ce transistor commandant lui-même l'excitation d'un relais de coupure RE. I1 est possible de supprimer les comparateurs en utilisant les seuils naturels des entrées du calculateur.

A la figure 8, il est admis que l'enroulement B1 est l'enroulement principal, mais il est bien entendu possible d'inverser U1 et U2.

La méthode de combinaison par soustraction directe au moyen d'un calculateur permet non seulement de s'affranchir des fluctuations de la tension sur réseau, mais permet en outre d'augmenter de manière significative la précision de la détection, comme ceci sera expliqué ci-après en relation avec la figure 6.

La figure 6 montre la courbe de l'évolution de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire VA en fonction du couple, plus particulièrement la partie supérieure de cette courbe s'étendant entre 0 et 1,2 CN c'est-à-dire 1,2 fois le couple nominal. Cette partie supérieure de la courbe est précisément la zone de couple à surveiller. Dans cette zone, la tension VA varie relativement peu, par exemple de 350V à 320V, soit moins de 10% de la valeur de l'amplitude de la tension.

En comparant simplement la tension VA ou une grandeur représentative de cette tension, avec une valeur de référence, comme enseigné par l'art antérieur, il faudrait détecter une variation de 0 à +30V d'un signal
VA de 320V d'amplitude ce qui correspond à une résolution de 30 points avec un convertisseur à 256 points. Avec la méthode de combinaison par soustraction selon l'invention, on calcule la dynamique du signal de couple à détecter.

L'amplitude de la tension VP aux bornes de l'enroulement principal est égale à 230V x 21/2 = 325V.

Si, dans l'équation kVP - VA on choisit k = 350/325, on obtient 350/325 x 325V - 320V = 30V.

Cette valeur de 30V est, cette fois-ci, ce qu'il faut mesurer à faible échelle.

Une variante d'exécution du schéma de la figure 3 est représentée à la figure 9. La différence des tensions à combiner est effectuée par le comparateur A, ce qui permet de supprimer les résistances R4, R5 et le potentiomètre 81. La diode Dl'est polarisée comme à la figure 2.

Avec le même convertisseur, on a donc une résolution pleine échelle de 256 points, soit une résolution plus de 8 fois supérieure à la résolution obtenue par la méthode selon l'art antérieur.

Claims (7)

REVENDICATIONS.

1. Dispositif d'arrêt d'un moteur asynchrone monophasé à deux enroulements (B1, B2), dont l'un joue le rôle d'enroulement auxiliaire, et condensateur de déphasage ( C ), arrêtant le moteur lorsque le couple résistant atteint une valeur déterminée et utilisant à cet effet la tension (VA) aux bornes de l'enroulement auxiliaire comme valeur représentative de la variation du couple, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (1, 3) d'obtention de deux grandeurs respectivement représentatives de l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement principal et de l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire, des moyens (4) de combinaison par une opération arithmétique, de ces deux grandeurs délivrant une troisième grandeur représentative de cette combinaison et des moyens (4 ; 6) de comparaison de cette troisième grandeur à une valeur de référence et de commande de l'arrêt du moteur lorsque cette troisième grandeur atteint la valeur de référence.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grandeurs sont des tensions respectivement proportionnelles aux amplitudes des tensions sur les enroulements.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grandeurs sont des longueurs d'impulsions (TP, TA) obtenues respectivement par la différence entre les amplitudes des tensions (U1, U2) proportionnelles aux tensions sur les enroulements et une tension continue de référence (Uref.).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la troisième grandeur est le quotient des deux grandeurs combinées.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la troisième grandeur est la différence (kVP-VA) des deux grandeurs combinées, la grandeur représentative de l'amplitude de la tension aux bornes de l'enroulement principal étant, de préférence, multipliée par une constante (k).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'établissement de la différence sont constitués de deux résistances (R4, R5) et d'un potentiomètre (P1) monté en série et entre les deux résistances et en série avec deux diodes entre les points milieux de deux diviseurs de tension auxquels sont respectivement appliquées les tensions sur les enroulements (B1, B2) du moteur.

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de combinaison sont constitués d'un calculateur (figures 5; uC).