FR2468248A1 - Circuit de supression de bruit pour moteur electrique commande par thyristors - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit de suppression de bruit pour moteur électrique commandé par thyristors. Le circuit comprend au moins un pont de thyristors 14 et des selfs de choc de commutation 7, 8, 9 qui protègent les thyristors 1, 6 contre toutes crêtes de courant excessives. On connecte dans le circuit aux bornes du moteur 12 au moins un circuit de résonance-série 16 et les selfs de commutation 7, 8, 9 montés dans le circuit fonctionnent en outre comme selfs d'amortissement-série 15. Applications : moteurs électriques pour ascenseurs.

Description

La présente invention concerne un circuit de suppression de bruit pour

moteur électrique commandé par thyristors, tel qu'un moteur à courant continu d'un ascenseur, ledit circuit comprenant au moins un pont de thyristors et des selfs de choc de commutation protégeant

les thyristors contre des crêtes excessives de courant.

Les thyristors sont aujourd'hui associés fréquem-

ment aux commandes de moteurs électriques. Il est possi-

ble, particulièrement dans les ascenseurs à courant alter-

natif dans lesquels sont utilisés des moteurs à cage d'écureuil comme moteurs d'entraînement, de réguler par exemple le couple du moteur à l'aide de composants de

choc branchés dans une ou plusieurs phases. Les thyris-

tors agissent dans la capacité des éléments de choc et

ils ysont connectés dans ce but, par exemple parpaires.

Les moteurs d'entraînement d'ascenseurs à courant

continu ont été traditionnellement des moteurs Ward-

Leonard. Selon cette technique communément connue, le moteur à courant continu est commandé par un générateur à courant continu. Cependant, avec le développement des

techniques de semiconducteurs, il est devenu plus écono-

mique de remplacer le générateur à courant continu par

un redresseur à thyristors. Les ponts de thyristors des-

tinés à être utilisés comme redresseurs qui sont ordi-

nairement utilisés dans la technologie des ascenseurs, sont notamment des moteurs triphasés à douze thyristors et quatre secteurs, quoique des redresseurs employant un moins grand nombre de thyristors aient été aussi réalisés.

Le moteur à thyristors convient pour être uti-

lisé comme moteur d'ascenseur à tout point de vue, mais on a rencontré un problème avec la tension non uniforme

de la commande du thyristor aux bornes du moteur éléva-

teur. Cette variation de tension détermine dans le moteur élévateur un bruit gênant pour le personnel qui dessert l'ascenseur et pour toutes les personnes se trouvant à proximité de ce dernier, ce qui porte atteinte à la

qualité du produit.

Par exemple, le circuit représenté à la figure 1 a été utilisé en vue d'atténuer le bruit gênant, pour apporter une solution dans la technique antérieure. Dans

ce circuit, les thyristors constituent le pont de redres-

sement exigé par le moteur élévateur. De plus, les thy-

ristors sont protégés à l'aide de selfs de choc de commu- tation qui ont pour seul but de protéger les thyristors contre toute crête excessive de courant aux moments o

le courant est commuté d'un thyristor à un autre. Ltamor-

tissement du son est réalisé par un filtre acoustique consistant en une self de choc connectée à une borne du moteur élévateur et en un condensateur connecté aux deux bornes du moteur. Ce filtre acoustique fonctionne en filtre passe-bas et le filtrage s'améliore en même temps que s'accroît l'inductance de la self de choc et la capacitance du condensateur. Cette solution présente

comme inconvénients un prix de revient élevé et un fonc-

tionnement incomplet. Etant donné que la self de choc transporte la totalité du courant continu du moteur et a

une inductance relativement élevée, elle est naturelle-

ment très coûteuse. De plus, on n'obtient avec ce montage aucune suppression complète du bruit; une limitation est

par exemple imposée par le fait que le condensateur de-

vrait en principe être réalisé en dimensions illimitées.

La présente invention a pour but d'éliminer

les inconvénients mentionnés qui se manifestent dans les-

moteurs électriques à commande par thyristors, et de fournir au problème une solution qui permette d'éliminer efficacement et avantageusement le bruit gênant. Le

circuit de suppression de bruit de l'invention est carac-

térisé par le fait qu'au moins un circuit de résonance-

série est branché dans le circuit aux bornes du moteur, et que les selfs de choc de commutation incorporées au circuit fonctionnent additionnellement en selfs de choc d'amortissement-série. Par sa conception, l'invention offre notamment l'avantage de pouvoir faire fonctionner

le circuit de résonance-série avec des valeurs relative-

ment faibles de capacitance et d'inductance par comparai-

son avec celles de la technique antérieure citées ci-

dessus. Il est donc possible d'utiliser des composants

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considérablement moins coûteux. Les selfs de choc de com-

mutation peuvent également être extrêmement proches de celles déjà utilisées dans les systèmes réalisés selon

la technique antérieure, mais elles doivent encore rem-

plir une autre fonction dans la capacité des selfs de choc d'amortissement-série pour la suppression du bruit. Un autre avantage tient dans le fait qu'étant donné que le circuit de résonance-série constitue un court-circuit complet à une fréquence donnée, qui intègre la plus grande partie du bruit gênant, l'insonorisation sera

plus efficace qu'elle n'était dans la technique anté-

rieure, dans laquelle l'amortissement effectué par le condensateur aux bornes du moteur était incomplet à

n'importe quelle fréquence. Cette solution est particu-

lièrement avantageuse dans le cas d'un moteur à courant continu parce que pour l'amortissement de la fréquence fondamentale, qui est la fréquence la plus gênante, un unique circuit de résonance-série suffit, si l'on est

forcé d'amortir des multiples harmoniques de la fréquen-

ce fondamentale, un seul circuit de résonance-série suffit également pour chacun d'eux. Dans le cas des

ascenseurs à courant continu, il est recommandé de pou-

voir réduire au minimum les bruits gênants car les mo-

teurs à courant continu sont dans l'ensemble des éléments

coûteux, et par conséquent un niveau très élevé de per-

formance est exigé.

Un mode de réalisation avantageux de l'inven-

tion est caractérisé en ce qu'un ou plusieurs circuits de résonance-série qui amortissent les harmoniques de la fréquence fondamentale sont connectés en parallèle

avec le circuit de résonance-série qui amortit les fré-

quences fondamentales. On obtient ainsi l'avantage d'une

amélioration encore plus grande de l'insonorisation.

Un autre mode de réalisation de l'invention est

caractérisé en ce que la résonance du circuit de réso-

nance-série est égale à n fois la fréquence du réseau d'alimentation, n étant égal à 2, 3, 6 ou 12. Ainsi,

la fréquence gênante de résonance est directement atté-

nuée par le circuit de résonance-série.

L'invention sera décrite ci-dessous d'une ma-

nière plus détaillée en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:

La figure 1 représente un dispositif d'élimina-

tion de bruit de la technique antérieure. La figure 2, le circuit d'élimination de bruit

conforme à l'invention.

Les figures 3 et 4, à l'aide de graphiques, la

forme d'onde de la tension délivrée par le pont de thy-

ristors, et la forme correspondante du courant de l'induit. La figure 5, un circuit simplifié équivalent

en principe au circuit de l'invention.

La figure 6, un mode de réalisation dans lequel -15 les harmoniques sont égalements amorties, et

La figure 7, un dispositif de l'invention uti-

lisé dans un cas particulier.

Quoique les ponts de thyristors dans les appli-

cations aux ascenseurs soient généralement des circuits

à douze thyristors, les dessins de cette description

représentent, pour une meilleure clarté, un seul des deux ponts de six thyristors. Cela ne modifie en aucune façon le caractère du principe de cette invention. Dans le dispositif selon la technique antérieure, dispositif représenté à la figure 1, les mêmes numéros de référence ont été utilisés que pour les composants représentés

dans le dispositif de la présente invention de la fi-

gure 2, et ce, dans un but de simplification et de -

clarté. On pourra se référer par le même nom aux compo-

sants indiqués par le même numéro de référence, quoique ces composants ne présentent pas des valeurs ni des propriétés équivalentes. Le principe de fonctionnement des dispositifs réalisés selon la technique antérieure

a été déjà décrit. Dans le dessin de l'invention repré-

senté à la figure 2, les thyristors 1 à 6 constituent le pont de redressement 14 nécessaire pour le moteur 12. Les selfs de choc 7, 8 et 9 sont couramment connues, ce sont des selfs de choc de commutation pour ponts de

thyristors dont la fonction est de protéger les thyris-

tors 1 à 6 contre les crêtes excessives de courant pendant

les variations de courant d'un thyristor à un autre. Ce-

pendant, tout en conservant la nature de la présente inven-

tion, ces selfs de choc 7, 8 et 9 reçoivent ici une autre mission qui sera décrite par la suite plus en détail. Le circuit de résonance-série 16 comprenant la self de choc et le condensateur 11 interconnectés en série, est connecté aux bornes du moteur 12. Le composant 13, visible

également à la figure 2, est l'enroulement de magnétisa-

tion du moteur à l'aide duquel la magnétisation du moteur

s'effectue d'une façon bien connue.

Afin de faciliter la compréhension de l'invention,

il est tout d'abord nécessaire de connaître avec davan-

tage de précision la nature générale des formes d'ondes de la tension et du courant délivrés par le pont de thyristors 14. Les figures 3 et 4 servent à clarifier ce point. A la figure 3, le graphique 17 représente la forme d'onde de la tension provenant du pont de thyristors 14 dans le cas o la force contre-électromotrice 19 du moteur 12 est nulle et o le courant d'induit est faible. La

figure 4 représente le cas dans lequel, afin de contre-

balancer la force contre-électromotrice 19 du moteur 12,

une tension plus élevée 20 est exigée du pont de thyris-

tor 14, de sorte que l'intensité d'induit 21 est égale-

ment plus élevée que dans le cas précédant. Cependant,

l'intensité d'induit ne dépend pas du niveau de la ten-

sion: elle varie en fonction de la charge imposée.

On peut voir, d'après les figures 3 et 4, que la tension gênante est une onde triangulaire asymétrique

17 et 20. Si le système à thyristors en question fonc-

tionne sur une alimentation secteur à 50 Hz, les compo-

santes de fréquence de l'onde de tension 17 et 20

seront 300 Hz et des multiples de cette valeur. Cepen-

dant, la composante à 300 Hz est la plus forte, et par conséquent le bruit gênant est presque exclusivement à

la fréquence de 300 Hz.

La présente invention est basée sur la seule suppression par filtrage de la fréquence perturbatrice de 300 Hz, grâce au circuit de la figure 2. Le filtrage est effectué au moyen du circuit de résonance-série 16

constitué par la self de choc 10 et le condensateur 11.

Ainsi, en même temps, une nouvelle fonction est attribuée aux selfs de choc 7, 8 et 9. Les selfs de choc deviennent des éléments montés en série pour l'amortissement de la tension préjudiciable et ces éléments peuvent recevoir le nom de selfs de choc d'amortissement-série 15. Cela est représenté plus en détail, quoique schématiquement,

à la figure 5. La self de choc 22 est le circuit équi-

valent des selfs de choc 7, 8 et 9 et elle fonctionne comme self de choc d'amortissement-série. En ce qui concerne l'amortissement de la tension préjudiciable, on peut imaginer également bien la self de choc 22 comme étant branchée entre le pont de thyristors 14 et le moteur 12. Le cavalier de court-circuit 23 représente le circuit de résonance-série 16 à une fréquence de 300 Hz. Il sera donc clair, en se référant à la figure , que la tension gênante à 300 Hz demeure aux bornes

de la self de choc 22, et que cette composante est absen-

te dans la tension existant aux bornes du moteur.

Si l'amortissement à 300 Hz ne suffit pas dans

un cas particulier, il est possible d'améliorer l'amor-

tissement en connectant un second circuit de résonance-

série 24 en parallèle avec le circuit de résonance-

série 16 à 300 Hz.

Ce cas est illustré par le circuit de la figure 6. Lorsque la fréquence du secteur est de 50 Hz, la plus proche harmonique donnant lieu à un bruit gênant sera de 600 Hz. Donc, en choisissant correctement les composants pour le circuit de résonance-série 24, ce

bruit gênant peut également être amorti comme le précé-

dent. Les bruits gênants provenant des plus proches harmoniques sont déjà suffisamment faibles pour pouvoir

être pratiquement négligés.

Il est évident pour un spécialiste que les différents modes de réalisation de l'invention ne sont pas exclusivement limitées à l'exemple présenté ci-dessus,

et qu'ils peuvent varier sans sortir du cadre de l'in-

vention. Par exemple, le circuit d'insonorisation de l'invention peut aussi être utilisé dans des moteurs à courant alternatif dans lesquels la commande du moteur d'entraînement a été effectuée à l'aide d'un circuit à thyristors. Dans ce cas, il suffira de noter qu'un circuit

équivalent au circuit de résonance-série 16 doit être in-

corporé séparément dans chaque phase, de même qu'un circuit équivalent au circuit de amortissement-série 15. De plus,

le circuit d'insonorisation de l'invention peut être égale-

ment utilisé dans les moteurs compounds à courant alterna-

tif et courant continu. Un tel cas est représenté à la figure 7. Le moteur d'entraînement est un moteur à cage d'écureuil et à deux vitesses 25, dont l'enroulement pour grande vitesse 26 est commandé par une alimentation en courant alternatif avec un élément triphasé à thyristors

27, pour produire le couple d'entraînement, et o l'enrou-

lement à petite vitesse 28 est commandé par un pont 29 de thyristors d'alimentation monophasé fournissant du courant continu pour produire un couple de freinage. On a alors connecté en parallèle avec l'enroulement à petite vitesse de

28 actionné par courant continu, au moins un circuit/réso-

nance-série 30, et de plus, le circuit d'alimentation comporte une self de choc d'amortissement-série 31. Il y a maintenant au moins trois circuits de résonance-série 32 entre les bornes de l'enroulement triphasé de grande

vitesse 26, et il y a en outre une self de choc d'amortis-

sement-série triphasée dans le circuit d'alimentation.

R E VE N DIC A T I O N S

1.- Circuit de suppression de bruit pour moteur électrique commandé par thyristors, par exemple pour moteur à courant continu pour ascenseur, comprenant au moins un pont de thyristors (14) et des selfs de choc de commutation (7, 8, 9) qui protègent les thyristors (1-6) contre toutes crêtes de courant excessives, caractérisé en ce que l'on connecte dans le circuit aux bornes du moteur (12) au moins un circuit de résonance-série (16) et/que les selfs

de commutation (7, 8 et 9) montées dans le circuit fonc-

tionnent en outre comme selfs;d'amortissement-série

(15). -

2.- Circuit de suppression de bruit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs circuits de résonance-série amortissant les harmoniques de la fréquence fondamentale sont montés en parallèle avec le circuit de résonance-série (16) qui amortit les

fréquences fondamentales.

3.- Circuit de suppression de bruit conforme à

l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé

en ce que la résonance du circuit de résonance-série (16) comporte n fois la fréquence du réseau d'alimentation

secteur, le paramète n étant égal à 2, 3, 6 ou 12.