FR2481860A1 - Variable speed drive for asynchronous motor - keeping operating slip at value for maximum motor efficiency - Google Patents

Abstract

The drive is for the compressor of a domestic refrigerator or freezer. The circuit employs the fact that the maximum efficiency of a given asynchronous motor always lies at the same speed independent of the loading. The subsidiary regulating circuit for the motor (1) measures the slip frequency of the motor and uses a signal derived from this value to regulate the voltage applied to the machine to keep the slip at a set value. The slip may be evaluated from the motor current measured in a resistor (4), and the required slip component extracted by a low pass filter (6).

Description

"Procédé pour la commande d'un moteur asynchrone."
La présente invention concerne un procédé pour la commande d'un moteur asynchrone, destiné notamment à des compresseurs des groupes frigorifiques prévus dans les réfrigérateurs ménagers ou appareils similaires, et qui utilise une commande par découpage de phase, laquelle adapte la tension de service au couple moteur requis au moment considéré, de telle façon que le moteur fonctionne toujours avec un rendement maximum."Method for controlling an asynchronous motor."
The present invention relates to a method for controlling an asynchronous motor, intended in particular for compressors of refrigeration units provided in household refrigerators or similar devices, and which uses a control by phase cutting, which adapts the operating voltage to the torque engine required at the time, so that the engine always runs at maximum efficiency.

Dans le cadre du problème posé, qui était d'adapter un moteur asynchrone aux variations que présente la demande de couple moteur d'une machine de travail, et ce de manière à conférer à tout moment au moteur asynchrone en fonctionnement un rendement maximum, afin de réduire sa consommation d'énergie et son coût de fonctionnement, la présente invention part du fait connu que le rendement maximum d'un moteur asynchrone donné se situe à une vitesse de rotation qui est presque toujours la même, indépendamment de la charge, tant qu'il ne se produit pas de saturation dans le circuit magnétique du moteur. In the context of the problem posed, which was to adapt an asynchronous motor to the variations presented by the demand for motor torque of a working machine, and this so as to give at any time to the asynchronous motor in operation a maximum efficiency, in order to reduce its energy consumption and its operating cost, the present invention starts from the known fact that the maximum efficiency of a given asynchronous motor is located at a rotation speed which is almost always the same, regardless of the load, as long that there is no saturation in the magnetic circuit of the motor.

La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un procédé simple et fiable qui permette de faire fonctionner à tout moment un moteur asynchrone à son rendement maximum, grâce à une régulation appropriée, et ceci indépendamment de la charge. The object of the present invention is therefore to provide a simple and reliable method which makes it possible to operate an asynchronous motor at all times at its maximum efficiency, thanks to appropriate regulation, and this independently of the load.

La présente invention permet de résoudre ce problème en ce qu'indépendamment de la charge, la vitesse de rotation du moteur asynchrone qui correspond au rendement maximum dudit moteur est maintenue au moins approximativement constante par la régulation de la tension, par le fait que la valeur effective de la vitesse de rotation du moteur est déterminée à partir de la variation du courant du moteur, lequel varie au rythme de la fréquence de glissement, et qu'un signal obtenu à partir de cette valeur règle l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase selon la valeur de consigne.  The present invention makes it possible to solve this problem in that, independently of the load, the rotational speed of the asynchronous motor which corresponds to the maximum efficiency of said motor is kept at least approximately constant by regulating the voltage, by the fact that the value effective speed of the motor is determined from the variation of the motor current, which varies with the slip frequency, and that a signal obtained from this value regulates the angle of initiation of the control by phase cutting according to the set value.

A l'aide du procédé selon la présente invention, d'après lequel la vitesse de rotation du moteur est déterminée à partir de la variation entre le courant du moteur et la fréquence de glissement, on réussit à déterminer de manière simple et avec exactitude la vitesse de rotation du moteur et à exercer une influence sur les variations provoquées par celles que présente la demande de couple moteur de la machine de travail, et ce par une modification appropriée de l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase, de telle manière que, par suite de la variation de la tension ainsi obtenue, la vitesse de rotation puisse être maintenue constante dans une gamme dans laquelle le moteur asynchrone presente son rendement maximum. By means of the method according to the present invention, according to which the speed of rotation of the motor is determined from the variation between the current of the motor and the slip frequency, it is possible to determine in a simple and precise manner the speed of rotation of the motor and to exert an influence on the variations caused by those presented by the request for engine torque of the working machine, and this by an appropriate modification of the starting angle of the control by phase cutting, in such a way that, as a result of the variation in voltage thus obtained, the speed of rotation can be kept constant in a range in which the asynchronous motor exhibits its maximum efficiency.

Le procédé selon la présente invention peut être mis en oeuvre de façon particulièrement simple, avantageuse et efficace lorsque, selon un mode de réalisation préfë- rentiel, un signal de mesure, fourni par une résistance qui est incorporée dans le circuit électrique du moteur asynchrone, est converti en un signal de commande qui détermine l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase. The method according to the present invention can be implemented in a particularly simple, advantageous and effective manner when, according to a preferred embodiment, a measurement signal, supplied by a resistor which is incorporated in the electrical circuit of the asynchronous motor, is converted into a control signal which determines the starting angle of the control by phase cutting.

Le signal de mesure obtenu de cette manière permet d'adapter l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase, de façon particulièrement simple et précise, à la valeur exigée selon les besoins du moment. The measurement signal obtained in this way makes it possible to adapt the starting angle of the control by phase cutting, in a particularly simple and precise manner, to the value required according to the needs of the moment.

Un autre mode de réalisation avantageux pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention prévoit qu'un signal de mesure amplifié soit produit grâce à une asymétrie de révolution, que l'on produit à dessein dans le rotor du moteur asynchrone. Another advantageous embodiment for implementing the method according to the present invention provides for an amplified measurement signal to be produced by virtue of an asymmetry of revolution, which is intentionally produced in the rotor of the asynchronous motor.

Grâce à l'amplification du signal de mesure ainsi obtenue, le procédé selon la présente invention peut aussi avantageusement etre appliqué à des mécanismes d'entralne- ment qui ne présentent pas de variations marquées du couple moteur pendant un tour du moteur. Thanks to the amplification of the measurement signal thus obtained, the method according to the present invention can also advantageously be applied to drive mechanisms which do not exhibit marked variations in the engine torque during one revolution of the engine.

Une phase particulièrement préférée du présent procédé prévoit que la fréquence de glissement du courant du moteur soit obtenue par filtrage, au moyen d'un filtre passebas à flancs à forte pente, à partir d'une tension propor tionnelle au courant du moteur. A particularly preferred phase of the present method provides that the slip frequency of the motor current is obtained by filtering, by means of a low-pass filter with steep sides, from a voltage proportional to the current of the motor.

Selon une autre caractéristique du procédé proposé par la présente invention, la fréquence de- glissement peut être obtenue à partir d'une tension proportionnelle au courant du moteur, par redressement de crête des demi-ondes positiveset négativeset par addition consécutive des valeurs de crête positives et négatives. According to another characteristic of the method proposed by the present invention, the sliding frequency can be obtained from a voltage proportional to the motor current, by peak rectification of the positive and negative half-waves and by consecutive addition of the positive peak values. and negative.

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris comme exemple non limitatif, de la régulation d'un moteur asynchrone destiné à faire fonctionner le compresseur d'une petite machine frigorifique, cet exemple étant symboliquement représenté sous forme de schéma-bloc sur le dessin annexé. The present invention will be better understood using the detailed description of an embodiment, taken as a nonlimiting example, of the regulation of an asynchronous motor intended to operate the compressor of a small refrigerating machine, this example being symbolically represented in the form of a block diagram in the accompanying drawing.

Sur ce schéma-bloc, la référence numérique 1 désigne un moteur asynchrone qui peut etre branché, par l'intermédiai- re des lignes 2 et 3, sur le réseau d'un système de distribution de courant alternatif. Une résistance 4, qui fait office de releveur ou de capteur de valeurs mesurées, est incorporée dans le circuit électrique du moteur asynchrone 1. In this block diagram, the reference numeral 1 designates an asynchronous motor which can be connected, via lines 2 and 3, to the network of an alternating current distribution system. A resistor 4, which acts as a meter or sensor for measured values, is incorporated in the electrical circuit of the asynchronous motor 1.

Pour éviter les pertes, il faut que cette résistance 4 présente une impédance aussi faible que possible.To avoid losses, this resistor 4 must have as low an impedance as possible.

Dans le cas du dispositif représenté, la valeur effective de la fréquence de glissement du moteur asynchrone 1 est prise dans le courant du moteur. Ceci est rendu possible par le fait que le courant du moteur varie au rythme de la fréquence de glissement du moteur asynchrone 1. Le signal de mesure, obtenu à la résistance à faible impédance 4 qui fait office de releveur ou de capteur de valeur mesurées et qui est incorporée dans le circuit du moteur, est ensuite amplifié dans un amplificateur portant la référence numérique 5 et retransmis à un redresseur de crête 6 prévu pour les amplitudes positiv et négatives.Par addition consécutive des valeurs de crête, on supprime les modulations d'amplitude perturbatrices du courant du moteur et l'on détermine seulement la fréquence de glissement résultant de la différence entre la fréquence du secteur et la fréquence de rotation du rotor. Ce signal qui correspond à la fréquence de glissement, est amplifié dans un amplificateur 7, monté en série en aval du redresseur de crête 6, et ensuite converti par un déclencheur de Schmitt 8, conformément aux symboles inscrits, en un signal rectangulaire. Le déclencheur de Schmitt 8 est suivi d'une bascule bistable 9 et d'un filtre passe-bas 10 , qui constituent ensemble un convertisseur fréquence-tension . A la sortie du filtre passe-bas 10, on obtient une tension continue U, qui est proportionnelle à la fréquence de glissement du moteur asynchrone 1. In the case of the device shown, the effective value of the slip frequency of the asynchronous motor 1 is taken from the current of the motor. This is made possible by the fact that the motor current varies at the rate of the slip frequency of the asynchronous motor 1. The measurement signal, obtained at the low impedance resistor 4 which acts as a reading or measuring value sensor and which is incorporated into the motor circuit, is then amplified in an amplifier bearing the reference numeral 5 and retransmitted to a peak rectifier 6 provided for the positive and negative amplitudes. By consecutive addition of the peak values, the modulations of disruptive amplitude of the motor current and only the sliding frequency resulting from the difference between the mains frequency and the rotor rotation frequency is determined. This signal which corresponds to the slip frequency is amplified in an amplifier 7, connected in series downstream from the peak rectifier 6, and then converted by a Schmitt trigger 8, in accordance with the symbols entered, into a rectangular signal. The Schmitt trigger 8 is followed by a flip-flop 9 and a low-pass filter 10, which together constitute a frequency-voltage converter. At the output of the low-pass filter 10, a direct voltage U is obtained, which is proportional to the slip frequency of the asynchronous motor 1.

Le circuit de régulation est fermé par un élément de comparaison des valeurs de consigne et effectives A et par un régulateur intégral 11 succédant à celui-ci et qui règle l'angle d'amorçage d'une commande par découpage de phase 12, de telle façon que la valeur effective de la fréquence de glissement corresponde à la valeur de consigne requise au moment considéré. The regulation circuit is closed by an element for comparing the setpoint and effective values A and by an integral regulator 11 succeeding it and which regulates the starting angle of a command by phase-cutting 12, such so that the actual value of the slip frequency corresponds to the setpoint value required at the time considered.

Sur le schéma-bloc représenté, la référence numérique 13 désigne un élément de temporisation qui, lorsque ce circuit est utilisé dans une machine frigorifique à compresseur équipé d'un système de chauffage de dégivrage, sert à exercer une influence sur le régulateur de température de telle manière que la commande par découpage de phase 12 mette en action la pleine tension du secteur, Ceci est nécessaire, tant pour le fonctionnement du système de chauffage de dégivrage que pour le démarrage du moteur . Lorsque le moteur 1 a démarré, l'élément ou système de temporisation 13 intègre les impulsions du signal de glissement; la régulation est ensuite libérée avec un retard de quelques secondes. In the block diagram shown, the reference numeral 13 designates a time delay element which, when this circuit is used in a refrigeration machine with compressor equipped with a defrost heating system, serves to exert an influence on the temperature regulator of such that the phase-cutting control 12 activates the full mains voltage. This is necessary, both for the operation of the defrost heating system and for the starting of the engine. When the engine 1 has started, the timer element or system 13 integrates the pulses of the slip signal; the regulation is then released with a delay of a few seconds.

Dans le cas du dispositif représenté et décrit, la valeur effective de la vitesse de rotation est prise dans le courant du moteur. Ceci est possible parce que le courant du moteur varie au rythme de la fréquence de glissement. La variation du couple moteur à chaque tour du mécanisme d'entrainement, qui est caractéristique d'un compresseur à piston, doit être considérée comme étant la cause de ce phénomène. Le courant du moteur est ainsi modulé avec la fréquence de rotation du rotor. In the case of the device shown and described, the actual value of the speed of rotation is taken from the motor current. This is possible because the motor current varies at the rate of the slip frequency. The variation of the engine torque at each revolution of the drive mechanism, which is characteristic of a piston compressor, should be considered to be the cause of this phenomenon. The motor current is thus modulated with the frequency of rotation of the rotor.

Cependant, étant donné que les deux fréquences participant à la modulation sont très près l'une de l'autre, l'évolution du courant du moteur en fonction du temps n'a pas l'aspect de la modulation connue, mais prend celui de la superposition de la fréquence du moteur à la somme et à la différence des fréquences participant à la modulation. However, since the two frequencies participating in the modulation are very close to each other, the evolution of the motor current as a function of time does not have the appearance of known modulation, but takes that of the superimposition of the motor frequency on the sum and the difference of the frequencies participating in the modulation.

Cette différence est obtenue, de la façon précédemment décrite, par filtrage à l'aide du filtre passe-bas 10 à flancs à forte pente.This difference is obtained, as described above, by filtering using the low-pass filter 10 with steep sides.

Selon un autre variante, la fréquence de glissement peut aussi être obtenue par redressement de crête des demi-ondes positive et négativeset addition consécutive. According to another variant, the slip frequency can also be obtained by peak rectification of the positive and negative half-waves and consecutive addition.

Le procédé décrit, destiné à mesurer la vitesse de rotation par l'intermédiaire de la fréquence de glissement, peut aussi être appliqué lorsque le couple moteur est constant. The method described, intended to measure the speed of rotation via the slip frequency, can also be applied when the engine torque is constant.

On obtient alors un signal de mesure plus faible, causé par les caractéristiques d'asymétrie du rotor, telles que, par exemple, des enroulements rotoriques asymétriques, ou le fait que l'entrefer varie pendant un tour du rotor. Pour amplifier ce signal de mesure, on peut aussi augmenter à dessein, par la construction, de telles caractéristiques d'asymétrie. A weak measurement signal is then obtained, caused by the asymmetry characteristics of the rotor, such as, for example, asymmetrical rotor windings, or the fact that the air gap varies during one revolution of the rotor. To amplify this measurement signal, such asymmetry characteristics can also be intentionally increased by construction.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la commande d'un moteur asynchrone, destiné notamment aux compresseurs des groupes frigorifi ques prévus dans les réfrigérateurs ménagers ou appareils similaires, et qui utilise une commande par découpage de phase, laquelle adapte la tension de service au couple moteur requis au moment considéré, de telle façon que le moteur fonctionne toujours avec un rendement maximum, caracos ~ térisé en ce qu'indépendamment de la charge, la vitesse de rotation du moteur asynchrone (1) quoi correspond au rendement maximum dudit moteur est maintenue au moins approximativement constante par la régulation de la tension, par le fait que la valeur effective de la vitesse de rotation du moteur est déterminée à partir de la variation du courant du moteur, lequel varie au rythme de la fréquence de glissement, et qu'un signal obtenu à partir de cette valeur règle l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase (12) selon la valeur de consigne. 1.- Method for controlling an asynchronous motor, intended in particular for compressors of refrigeration units provided in household refrigerators or similar devices, and which uses a control by phase cutting, which adapts the operating voltage to the required motor torque at the time considered, so that the motor always works with maximum efficiency, caracos ~ terized in that regardless of the load, the rotation speed of the asynchronous motor (1) which corresponds to the maximum efficiency of said motor is maintained at least approximately constant by the regulation of the tension, by the fact that the effective value of the speed of rotation of the motor is determined from the variation of the current of the motor, which varies at the rate of the slip frequency, and that a signal obtained from this value sets the starting angle of the control by phase cutting (12) according to the set value. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal de mesure, fourni par une résistance (4) qui est incorporée dans le circuit électrique du moteur asynchrone (1), est converti en un signal de commande qui détermine l'angle d'amorçage de la commande par découpage de phase (12). 2.- Method according to claim 1, characterized in that a measurement signal, supplied by a resistor (4) which is incorporated in the electrical circuit of the asynchronous motor (1), is converted into a control signal which determines l angle of initiation of the control by phase cutting (12). 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un signal de mesure amplifié est produit grâce à une asymétrie de révolution, que l'on produit à dessein dans le rotor du moteur asynchrone (1). 3.- Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an amplified measurement signal is produced by virtue of an asymmetry of revolution, which is intentionally produced in the rotor of the asynchronous motor (1) . 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la fréquence de glissement du courant du moteur est obtenue par filtrage, au moyen d'un filtre passe-bas (10) à flancs à forte pente, à partir d'une tension proportionnelle au courant du moteur. 4.- Method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the sliding frequency of the motor current is obtained by filtering, by means of a low-pass filter (10) with steep sides, from a voltage proportional to the motor current. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de glissement est obtenue par redressement de crête, à partir d'une tension proportionnelle au courant du moteur. 5.- Method according to claim 4, characterized in that the slip frequency is obtained by peak rectification, from a voltage proportional to the current of the motor. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 , caractérisé en ce que la fréquence de glissement est obtenue à partir d'une tension proportionnelle au courant du moteur, par redressement de crête des demi-ondes positiveset négatives et par addition consécutive des valeurs de crête positives et négatives.  6.- Method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the slip frequency is obtained from a voltage proportional to the motor current, by peak rectification of the positive and negative half-waves and by addition consecutive positive and negative peak values.