FR2954621A1 - Phase inversion device for three-phase asynchronous electric engine, has bistable actuating unit arranged such that insulating support take position in which conductor circuits connect set of terminals with another set of terminals - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'INVERSION DE PHASES A PINCES DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif permettant l'inversion du sens de marche d'un moteur électrique triphasé en inversant la connexion entre deux phases. Plus généralement, l'invention a trait à un dispositif mécanique d'inversion de la connexion entre paires de conducteurs. TECHNICAL FIELD The invention relates to a device for reversing the direction of operation of a three-phase electric motor by reversing the connection between two phases. More generally, the invention relates to a mechanical device for inverting the connection between pairs of conductors.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Pour respecter leurs limites de fonctionnement, les moteurs sont associés à des systèmes de protection qui permettent, par exemple, d'isoler le moteur du réseau en actionnant un organe de coupure en cas de détection d'un court-circuit ou d'une surcharge. Des fusibles, disjoncteurs, relais de surcharge, ou des appareils offrant conjointement plusieurs types de protection ont ainsi été développés pour être associés aux départs des moteurs. To comply with their operating limits, the motors are associated with protection systems that make it possible, for example, to isolate the motor from the network by actuating a cut-off device in the event of detection of a short circuit or overload. . Fuses, circuit breakers, overload relays, or devices that jointly offer several types of protection have been developed to be associated with engine starts.
Par ailleurs, dans un moteur électrique triphasé, le sens de rotation du moteur est déterminé par la séquence des phases de la source d'alimentation électrique. Or, dans certaines applications, le moteur doit pouvoir fonctionner dans les deux sens, par exemple pour une vanne ou une pompe, un convoyeur ou un ascenseur, ou autre machine-outil. Pour obtenir le sens souhaité de démarrage du moteur, des dispositifs ont été conçus afin d'inverser la connexion entre deux des phases, la troisième restant inchangée. Moreover, in a three-phase electric motor, the direction of rotation of the motor is determined by the sequence of the phases of the power supply source. However, in some applications, the motor must be able to work in both directions, for example for a valve or a pump, a conveyor or an elevator, or another machine tool. To achieve the desired direction of starting the motor, devices have been designed to reverse the connection between two of the phases, the third remaining unchanged.
Une solution est ainsi l'intégration de la fonction d'inversion dans le dispositif de commutation ou de protection : deux contacteurs/disjoncteurs conventionnels sont associés à l'aide d'une condamnation mécanique les verrouillant l'un et l'autre afin que l'activation simultanée des deux contacteurs soit interdite : voir par exemple FR 2 373 320. Cette solution nécessite cependant un nombre de pièces important, avec doublement des dispositifs de coupure et système de verrouillage. 2714 LPu Pour la plupart des utilisations, le dispositif de coupure qui assure le démarrage et la protection du moteur est conservé, simplement associé en aval à un dispositif inverseur de phases (voir par exemple FR 2 586 325) ; il importe alors que le dispositif d'inversion n'empêche pas le redémarrage après activation des moyens de coupure et correction du défaut. En référence à la figure 1, le circuit 1 d'alimentation triphasée L1, L2, L3 du moteur 2, qui est muni dans le cadre illustré d'un dispositif de coupure amont 4, comprend trois bornes 6 de raccordement sur lesquels viennent se connecter trois bornes 8 du moteur 2 alimentant chacune des phases Ti, T2, T3. Pour permettre une inversion du sens de rotation du moteur 2, un dispositif 10 inverseur se raccorde aux bornes 6, 8 de chaque ligne, et comprend des contacts 12, 14 à double ou simple coupure qui permettent, en fonction de leur position, de croiser deux des trois phases L1, L2 et Ti, T2, l'une des phases L3-T3 étant conservée. A solution is thus the integration of the inversion function in the switching or protection device: two conventional contactors / circuit breakers are associated with the aid of a mechanical lock that locks them one and the other so that the simultaneous activation of the two contactors is prohibited: see for example FR 2 373 320. This solution however requires a large number of parts, with doubling of the cut-off devices and locking system. 2714 LPu For most uses, the cut-off device which starts and protects the motor is kept, simply associated downstream with a phase reversal device (see for example FR 2 586 325); it is important then that the inversion device does not prevent the restart after activation of the breaking means and correction of the fault. With reference to FIG. 1, the three-phase power supply circuit 1 L1, L2, L3 of the motor 2, which is provided in the illustrated frame with an upstream cut-off device 4, comprises three connection terminals 6 on which are connected three terminals 8 of the motor 2 feeding each of the phases Ti, T2, T3. In order to allow a reversal of the direction of rotation of the motor 2, a reversing device 10 is connected to the terminals 6, 8 of each line, and comprises contacts 12, 14 with double or single break which, according to their position, make it possible to cross two of the three phases L1, L2 and Ti, T2, one of the L3-T3 phases being retained.
Pour interdire l'inversion des phases sous charge, l'inverseur 10 est usuellement commandé par des contacts auxiliaires 16 du dispositif de coupure 4 présent en amont et dont la position autorise ou non la commande 18 de l'inversion de phase, c'est-à-dire du mouvement des contacts 12, 14. To prohibit the inversion of the phases under load, the inverter 10 is usually controlled by auxiliary contacts 16 of the cutoff device 4 present upstream and whose position allows or not the control 18 of the phase inversion, it is of the movement of the contacts 12, 14.
Pour assurer le passage du courant nominal du départ moteur et les tenues aux chocs et vibrations, les contacts 12, 14 du dispositif d'inversion 10 peuvent être munis de pastilles d'argent, et ils sont classiquement asservis par des ressorts. Qui plus est, comme les courants de forte intensité, et notamment les courants de court-circuit, ont tendance à écarter les pôles reliant les lignes d'alimentation L et de transmission T, pour assurer le fonctionnement en court-circuit, les contacts 12, 14 sont également pourvus d'un dispositif électromagnétique qui, sous l'effet du passage du courant de court-circuit entraîne une augmentation de la pression sur les contacts d'inversion de phases : voir par exemple FR 2 795 226. Cette architecture nécessite ainsi un grand nombre de pièces et induit, de fait, un coût de revient élevé. To ensure the passage of the rated current of the motor starter and withstood shocks and vibrations, the contacts 12, 14 of the reversing device 10 may be provided with silver pellets, and they are conventionally controlled by springs. Moreover, since the high currents, and in particular the short-circuit currents, tend to spread the poles connecting the supply lines L and the transmission lines T, to ensure short-circuit operation, the contacts 12 , 14 are also provided with an electromagnetic device which, under the effect of the passage of the short-circuit current causes an increase of the pressure on the phase inversion contacts: see for example FR 2 795 226. This architecture requires and a large number of parts and induces, in fact, a high cost.
EXPOSE DE L'INVENTION 2714 LPu Parmi autres avantages, l'invention vise à optimiser la conception de dispositifs inverseurs de phase et notamment à diminuer le nombre de pièces afin de réduire leur coût. En dépit de cette simplification dans la conception, l'invention vise à conserver la tenue de l'inverseur à des courts-circuits de 10 kA, voire 50 kA, et notamment à tolérer des passages de courant de court-circuit pendant 2,5 ms. SUMMARY OF THE INVENTION 2714 LPu Among other advantages, the invention aims to optimize the design of phase reversing devices and in particular to reduce the number of parts to reduce their cost. Despite this simplification in the design, the invention aims to keep the resistance of the inverter to short circuits of 10 kA or 50 kA, and in particular to tolerate short circuit current passages for 2.5 ms.
Un dispositif inverseur selon l'invention comprend ainsi au moins deux bornes d'entrée de deux bornes de sortie qui sont reliées à un ensemble d'inversion ; une troisième borne d'entrée et une troisième borne de sortie reliées de façon fixe par un conducteur peuvent être présentes. An inverter device according to the invention thus comprises at least two input terminals of two output terminals which are connected to an inversion assembly; a third input terminal and a third output terminal fixedly connected by a conductor may be present.
L'ensemble d'inversion comprend des pinces de serrage conductrices reliées par des conducteurs, qui peuvent être souples ou rigides, aux bornes d'entrée et de sortie, et destinées à se raccorder sur des plages conductrices de raccordement mises en place sur des supports isolants adaptés pour être enserrés par les pinces ; les plages conductrices sont elles-mêmes reliées deux à deux pour former des circuits conducteurs. Les supports sont associés à des moyens d'actionnement leur permettant de prendre une première position dans laquelle les pinces assurent le raccordement entre deux plages du support, et une deuxième position dans laquelle elles assurent le raccordement entre deux autres plages du support ; les circuits sont quant à eux agencés pour qu'entre la première et la deuxième position, il y ait inversion du raccordement entre bornes d'entrée et de sortie. The inversion assembly comprises conductive clamps connected by conductors, which may be flexible or rigid, to the input and output terminals, and intended to be connected to conductive connection pads placed on supports insulators adapted to be gripped by the tongs; the conductive pads are themselves connected in pairs to form conductive circuits. The supports are associated with actuating means enabling them to take a first position in which the clamps provide the connection between two areas of the support, and a second position in which they provide the connection between two other areas of the support; the circuits are arranged so that between the first and the second position, there is inversion of the connection between input and output terminals.
De préférence, le support de l'élément d'inversion selon l'invention comprend deux disques couplés le long de leur axe de rotation par un arbre. Les plages conductrices sont mises en place sur chaque disque : des premiers circuits relient des plages du même disque, des deuxièmes circuits relient une plage d'un disque à une plage de l'autre disque par l'intermédiaire de l'arbre. Avantageusement, les circuits conducteurs et les plages de raccordement forment un coeur conducteur, par exemple en lames de cuivre, sur lequel est surmoulée la partie isolante du support de l'élément d'inversion. Preferably, the support of the inversion element according to the invention comprises two disks coupled along their axis of rotation by a shaft. The conductive pads are placed on each disc: first circuits connect tracks of the same disc, second circuits connect a range of one disc to a range of the other disc through the shaft. Advantageously, the conductive circuits and the connection pads form a conductive core, for example copper strips, on which is molded the insulating portion of the support of the inversion element.
Le support peut être monobloc ou formé de deux éléments, de préférence identiques. Dans ce deuxième cas, il est avantageux que les deux éléments du support puissent bouger l'un 2714 LPu par rapport à l'autre, notamment le long de l'axe de rotation, de façon à optimiser le centrage des pinces et à simplifier le montage en tolérant des jeux : les deuxièmes circuits conducteurs comprennent alors une première et une deuxième portion mobiles relativement pour tolérer le mouvement relatif au sein du support isolant. Dans un mode de réalisation préféré, les deuxièmes circuits conducteurs sont formés de deux portions similaires, comprises dans les deux éléments du support isolant, et reliées entre elles par un conducteur de connexion apte à se déplacer de façon guidée par rapport aux deux portions, par exemple au sein d'une rainure du support isolant. The support may be one-piece or formed of two elements, preferably identical. In this second case, it is advantageous that the two elements of the support can move one 2714 LPu with respect to the other, in particular along the axis of rotation, so as to optimize the centering of the clamps and to simplify the mounting tolerant games: the second conductive circuits then comprise a relatively movable first and second portion to tolerate relative movement within the insulating support. In a preferred embodiment, the second conductive circuits are formed of two similar portions, included in the two elements of the insulating support, and interconnected by a connecting conductor adapted to move in a guided manner relative to the two portions, by example within a groove of the insulating support.
Alternativement, le support de l'élément d'inversion selon l'invention peut ne comprendre qu'un disque isolant sur lequel sont gravés ou déposés, ou autre, des circuits conducteurs qui peuvent être enserrés sur leurs parties d'extrémité par deux pinces de raccordement. Suivant la position du disque, les pinces sont reliées par l'un ou l'autre des circuits du disque, de façon à inverser les raccordements. Alternatively, the support of the inversion element according to the invention may comprise only an insulating disc on which are etched or deposited, or other, conductive circuits that can be clamped on their end portions by two clamps. connection. Depending on the position of the disc, the clamps are connected by one or other of the circuits of the disc, so as to reverse the connections.
L'ensemble d'inversion est couplé à des moyens d'actionnement dans un dispositif selon l'invention. Selon des modes de réalisation préférés, les moyens d'actionnement du support isolant sont rotatifs et unidirectionnels, la première et la deuxième position sont séparées de 90° l'une de l'autre. Les moyens d'actionnement sont avantageusement couplés à des moyens de commande du dispositif d'inversion, et/ou à des capteurs permettant d'assurer la sécurité et/ou l'optimisation de l'inversion. The inversion assembly is coupled to actuating means in a device according to the invention. According to preferred embodiments, the means for actuating the insulating support are rotatable and unidirectional, the first and second positions are separated by 90 ° from each other. The actuating means are advantageously coupled to control means of the inversion device, and / or to sensors making it possible to ensure the security and / or the optimization of the inversion.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs, représentés dans les figures annexées. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other advantages and features will become more clearly apparent from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of illustration and in no way limiting, represented in the appended figures.
La figure 1, déjà décrite, illustre un départ-moteur muni d'un inverseur de phase. Les figures 2A et 2B représentent schématiquement un ensemble d'inversion pour un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. 2714 LPu La figure 3 montre un dispositif d'inversion selon un mode de réalisation de l'invention. FIG. 1, already described, illustrates a motor starter equipped with a phase inverter. Figures 2A and 2B schematically show an inversion assembly for a device according to an embodiment of the invention. 2714 LPu Figure 3 shows an inversion device according to one embodiment of the invention.
La figure 4 représente schématiquement un ensemble d'inversion pour un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention. Figure 4 schematically shows an inversion assembly for a device according to another embodiment of the invention.
Les figures 5A et 5B montrent un support pour un ensemble d'inversion selon un mode de réalisation. Figures 5A and 5B show a support for an inversion assembly according to one embodiment.
La figure 6 illustre un dispositif d'inversion selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 7A et 7B montrent un support isolant selon un mode de réalisation alternatif. FIG. 6 illustrates an inversion device according to one embodiment of the invention. Figures 7A and 7B show an insulating support according to an alternative embodiment.
La figure 8 illustre un dispositif d'inversion selon un mode de réalisation de l'invention. FIG. 8 illustrates an inversion device according to one embodiment of the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
Dans un dispositif inverseur 100 selon l'invention, les contacts entre les conducteurs L;, Ti de phase sont réalisés par l'intermédiaire de pinces 105, ce qui permet, sans ajouter de 20 pièces supplémentaires, d'assurer une pression de contact lors du passage du courant. In an inverter device 100 according to the invention, the contacts between the phase conductors L 1, Ti are made by means of clamps 105, which makes it possible, without adding additional parts, to ensure a contact pressure when of the passage of the current.
Les pinces 105, schématisées en figure 2A par exemple, peuvent être de conception classique, tel que par exemple utilisées dans FR 2 668 851 : le choix de cette solution permet ainsi de diminuer les coûts logistiques. Qui plus est, peu sensibles aux chocs et 25 vibrations, les pinces 105 de longueur L et d'écartement d voient leur effort de contact augmenter en cas de courant de court-circuit I,, selon la formule F = (I2/4)x(uo•L.n.d). Ceci permet de se dispenser de tout ressort ou autre destiné à éviter la réouverture des contacts lors de répulsion due au passage de courant de court-circuit ; en particulier, le coût des bobine ou autre circuit magnétique disparaît. 30 Selon l'invention, les pinces 105 assurant le contact ne sont pas sollicitées en ouverture/fermeture lors des changements de phase, ce qui permet d'optimiser leur durée 2714 LPu de vie, de diminuer l'usure des composants en contact, et de maîtriser la pression de contact à un niveau suffisant au passage du courant nominal. Le principe d'inversion selon l'invention repose sur un glissement entre les pinces 105 d'une alternance de secteurs conducteurs et isolants d'une même pièce ; cette solution offre pour autre avantage une réduction de coût générée par le fait que les pinces et les secteurs conducteurs sont dépourvus de pastilles d'argent. The clamps 105, shown diagrammatically in FIG. 2A for example, can be of conventional design, such as for example used in FR 2 668 851: the choice of this solution thus makes it possible to reduce the logistical costs. Moreover, because they are not very sensitive to shocks and vibrations, the tongs 105 of length L and of distance d have their contact force increase in the event of a short-circuit current I 1, according to the formula F = (I 2/4) x (uo • Lnd). This makes it possible to dispense with any spring or other intended to prevent the reopening of the contacts during repulsion due to the passage of short-circuit current; in particular, the cost of the coil or other magnetic circuit disappears. According to the invention, the tongs 105 ensuring the contact are not solicited for opening / closing during phase changes, which makes it possible to optimize their duration 2714 LPu of life, to reduce the wear of the components in contact, and to control the contact pressure to a sufficient level at the passage of the nominal current. The inversion principle according to the invention is based on a sliding between the tongs 105 of an alternation of conductive and insulating sectors of the same part; this solution offers for another advantage a cost reduction generated by the fact that the clamps and the conductive sectors are devoid of silver pellets.
En particulier, les pinces de contact 105 sont raccordées aux bornes 106, 108 de l'inverseur 100, c'est-à-dire aux phases L1, L2, Ti, T2 à inverser ; l'élément d'inversion 110 comprend en outre un élément mobile 115 isolant avec des circuits conducteurs 120 reliant chacun deux plages de raccordement 125, tel que les plages de raccordement 125 peuvent se mettre en place entre les pinces 105. Selon la position relative des circuits conducteurs 120, c'est-à-dire des plages de raccordement 125, les pinces 105 relient entre elles des bornes 106, 108 différentes. In particular, the contact clamps 105 are connected to the terminals 106, 108 of the inverter 100, that is to say the phases L1, L2, T1, T2 to be reversed; the inverting element 110 further comprises a movable element 115 insulating with conductive circuits 120 each connecting two connection pads 125, such that the connection pads 125 can be placed between the clamps 105. According to the relative position of the conductive circuits 120, that is to say the connection pads 125, the clamps 105 connect different terminals 106, 108 to each other.
En particulier, tel qu'illustré schématiquement en figure 2B, l'élément mobile 115 comprend un disque isolant rotatif, par exemple en plastique et/ou polytétrafluoroéthylène, muni de plages conductrices 125 séparées l'une de l'autre d'une distance d'isolement suffisante et formant un routage électrique 120 entre des parties 125 du disque 115 enserrées par les pinces 105 ; avantageusement, les pinces 105 en bronze et le routage conducteur 120 est en cuivre, par exemple déposé dans une gravure du disque isolant 115, et de préférence tel que la surface de l'élément mobile 115 soit sensiblement plane. De préférence, la rotation d'un quart de tour du disque 115 entraîne l'inversion de phases, et le disque 115 comprend trois secteurs isolants séparant deux circuits conducteurs 1201, 1202 symétriques par rapport à deux diamètres orthogonaux ; les pinces 105 raccordées aux bornes d'entrée 106, respectivement de sortie 108, sont diamétralement opposées. In particular, as schematically illustrated in FIG. 2B, the movable element 115 comprises a rotating insulating disk, for example made of plastic and / or polytetrafluoroethylene, provided with conductive pads 125 separated from each other by a distance d sufficient insulation and forming an electrical routing 120 between portions 125 of the disc 115 clamped by the clamps 105; advantageously, the tongs 105 made of bronze and the conductive routing 120 is made of copper, for example deposited in an etching of the insulating disk 115, and preferably such that the surface of the movable element 115 is substantially flat. Preferably, the rotation of a quarter turn of the disc 115 causes the phase inversion, and the disc 115 comprises three insulating sectors separating two conductive circuits 1201, 1202 symmetrical with respect to two orthogonal diameters; the clamps 105 connected to the input terminals 106 and the output terminals 108 respectively are diametrically opposed.
Dans une première position du disque 115 illustrée en traits pleins, le premier circuit 1201 relie les pinces 105 raccordées aux premières phases d'entrée L1 et de sortie Ti, et le deuxième circuit 1202 relie les pinces 105 raccordées aux deuxièmes phases d'entrée L2 et de sortie T2 ; dans une deuxième position du disque 115 illustrée en pointillés, le premier circuit 1201 relie la pince 105 raccordée à la première phase d'entrée L1 à la pince 105 2714 LPu raccordée à la deuxième phase de sortie T2, et le deuxième circuit 1202 relie la pince 105 raccordée à la deuxième phase d'entrée L2 à la pince 105 raccordée à la première phase de sortie Ti. Ainsi, entre la première et la deuxième position, il y a eu inversion de la connexion entre les phases ; pour revenir à la première position, il est possible d'actionner le disque 115 dans le sens inverse ou de poursuivre la rotation dans le même sens d'un quart de tour du moteur. In a first position of the disc 115 shown in solid lines, the first circuit 1201 connects the clamps 105 connected to the first input phase L1 and output T1, and the second circuit 1202 connects the clamps 105 connected to the second input phase L2 and T2 output; in a second position of the disc 115 shown in dotted lines, the first circuit 1201 connects the clamp 105 connected to the first input phase L1 to the clamp 105 2714 LPu connected to the second output phase T2, and the second circuit 1202 connects the clamp 105 connected to the second input phase L2 to the clamp 105 connected to the first output phase Ti. Thus, between the first and the second position, there has been a reversal of the connection between the phases; to return to the first position, it is possible to operate the disc 115 in the opposite direction or to continue the rotation in the same direction of a quarter turn of the motor.
La rotation du disque 115 peut être réalisée par tout moyen 130 de type moteur ou électroaimant ; le moyen d'actionnement 130 peut être bistable, ou il peut être monostable, éventuellement combiné avec un système de type roue à hochet et crémaillère. En outre, il est possible de réduire au maximum le coefficient de frottement pince 105/disque 115, par exemple par un revêtement adapté, et la pression exercée par les pinces 105 est très faiblement dépendante de la capacité de tenue au court-circuit, ce qui permet d'utiliser un actionneur à faible effort. The rotation of the disc 115 may be performed by any means 130 of the motor or electromagnet type; the actuating means 130 may be bistable, or it may be monostable, possibly combined with a rattle wheel and rack system. In addition, it is possible to minimize the coefficient of friction clamp 105 / disk 115, for example by a suitable coating, and the pressure exerted by the clamps 105 is very slightly dependent on the short-circuit withstand capability, which which makes it possible to use a low effort actuator.
Tel qu'illustré en figure 3, l'ensemble d'inversion 110 est logé dans un boîtier 132 qui est de préférence de forme et taille similaires à celles des appareils de protection 10 de la ligne 1 et de même système de montage, notamment un rail DIN. Le boîtier 132 comprend, de façon classique, trois bornes d'entrée 106 et trois bornes de sortie 108 ; une borne d'entrée 1063 et une borne de sortie 1083 sont reliées entre elles par un conducteur fixe 134, par exemple une tresse ou une lamelle de cuivre ; les autres bornes 1061, 1062, 1081, 1082 sont prolongées par des conducteurs 136 vers une extrémité de raccordement à laquelle est connectée une pince 105 de l'ensemble d'inversion 110. Le support 115 de l'ensemble d'inversion 110 est placé entre les pinces 105, associé à un arbre 138 couplé à un moteur des moyens d'actionnement 130 ; les moyens d'actionnement 130 sont montés stables, ou fixes, par rapport au boîtier 132 par des moyens adaptés, et l'arbre 138 peut être mis en place dans des moyens de guidage. As illustrated in FIG. 3, the inverting assembly 110 is housed in a housing 132 which is preferably of similar shape and size to those of the protection devices 10 of line 1 and of the same mounting system, especially a DIN rail. The housing 132 comprises, in a conventional manner, three input terminals 106 and three output terminals 108; an input terminal 1063 and an output terminal 1083 are interconnected by a fixed conductor 134, for example a braid or a copper lamella; the other terminals 1061, 1062, 1081, 1082 are extended by conductors 136 to a connecting end to which is connected a clamp 105 of the inverting assembly 110. The support 115 of the inverting assembly 110 is placed between the clamps 105, associated with a shaft 138 coupled to a motor of the actuating means 130; the actuating means 130 are mounted stable, or fixed, relative to the housing 132 by suitable means, and the shaft 138 can be placed in guide means.
Avantageusement, les pinces 105 sont montées flottantes suivant l'axe AA du disque 115, de sorte que les efforts des pinces 105 sur le disque 115 sont équilibrés, et une partie 140 des conducteurs 136 de raccordement au moins comprend une tresse flexible de façon à ne pas perturber l'auto-centrage des pinces 105, et à ne pas transmettre les efforts de serrage 2714 LPu sur les bornes d'entrée/sortie 106, 108 aux pinces 105 et au disque 115. De préférence, par souci de compacité, une partie 142 des conducteurs de raccordement 136 au moins est décalée du plan formé par les pinces 105 (c'est-à-dire du plan dans lequel évolue le disque 115). Les contacts auxiliaires 144, interdisant notamment l'inversion en charge, peuvent par exemple être remplacés par des capteurs directement manoeuvrés par des protubérances 146 positionnées sur le disque 115 ou son arbre 138. Cette configuration réduit le nombre de pièces en mouvement et le coût du dispositif. Advantageously, the clamps 105 are mounted floating along the axis AA of the disc 115, so that the forces of the clamps 105 on the disc 115 are balanced, and a portion 140 of the connecting conductors 136 at least comprises a flexible braid so as to do not disturb the self-centering of the clamps 105, and not to transmit the clamping forces 2714 LPu on the input / output terminals 106, 108 to the clamps 105 and the disc 115. Preferably, for the sake of compactness, a portion 142 of the connecting conductors 136 at least is offset from the plane formed by the clamps 105 (that is to say, the plane in which the disc 115). The auxiliary contacts 144, notably forbidding the inversion under load, can for example be replaced by sensors directly manipulated by protuberances 146 positioned on the disk 115 or its shaft 138. This configuration reduces the number of moving parts and the cost of the device.
Le diamètre du disque 115 dépend par ailleurs de la gamme de l'inverseur 100 et des distances d'isolement normalisées nécessaires entre les circuits conducteurs 120. En particulier lorsque la gamme de l'inverseur 100 devient élevée, la gestion des distances d'isolement peut devenir complexe dans un support 115 sous forme de disque isolant. Il peut être souhaitable que le support mobile de l'ensemble d'inversion comprenne plusieurs composants séparés, reliés entre eux le long de l'axe de rotation AA, formant ainsi un distributeur 150 dans lequel les circuits conducteurs sont partagés. The diameter of the disk 115 also depends on the range of the inverter 100 and the standardized isolation distances required between the conductive circuits 120. In particular, when the range of the inverter 100 becomes high, the management of the isolation distances can become complex in a support 115 in the form of an insulating disc. It may be desirable for the mobile support of the reversing assembly to comprise a plurality of separate components interconnected along the axis of rotation AA, thereby forming a distributor 150 in which the conductive circuits are shared.
En particulier, dans le mode de réalisation schématisé en figure 4, le distributeur 150 est formé de deux disques 155 isolants, par exemple en plastique, éventuellement recouverts de polytétrafluoroéthylène, et un arbre 158, lui aussi en plastique ; chacun des disques 155i est associé à une paire de pinces 105, de préférence en bronze, diamétralement opposées et raccordées à une phase d'entrée L et une phase de sortie T. Pour, ici encore, effectuer l'inversion de phase par rotation d'un quart de tour, chacun des disques 155 comprend quatre plages de raccordement 160 à 90° l'une de l'autre ; deux premiers circuits conducteurs 162 relient entre elles deux plages 160, avantageusement selon un diamètre, d'un même disque 155i et deux deuxièmes circuits conducteurs 164 relient une plage conductrice 160 du premier disque 1551 à une plage conductrice du deuxième disque 1552. In particular, in the embodiment shown schematically in Figure 4, the dispenser 150 is formed of two insulating disks 155, for example plastic, optionally covered with polytetrafluoroethylene, and a shaft 158, also plastic; each of the disks 155i is associated with a pair of tongs 105, preferably made of bronze, diametrically opposed and connected to an input phase L and an output phase T. In this case again, the phase inversion is performed by rotating a quarter of a turn, each of the disks 155 comprises four connection areas 160 to 90 ° of each other; two first conductive circuits 162 connect between two beaches 160, advantageously one diameter, of the same disk 155i and two second conductive circuits 164 connect a conductive pad 160 of the first disk 1551 to a conductive pad of the second disk 1552.
Ainsi, par analogie avec la figure 2, dans une première position non illustrée du disque, les pinces 105 de chaque disque 155i sont raccordées sur les premiers circuits 162, de sorte que les premières, respectivement deuxièmes, phases d'entrée et de sortie L1, Ti, respectivement L2, T2, sont raccordées entre elles. Dans une deuxième position illustrée en figure 4 et décalée d'un quart de tour de l'arbre 158, les pinces 105 de chaque disque 155i 2714 LPu sont raccordées sur les plages des deuxièmes circuits 164, de sorte qu'il y a eu inversion de la connexion entre les phases ; pour revenir à la première position, il est possible d'actionner le disque dans le sens inverse ou de poursuivre la rotation dans le même sens d'un quart de tour du moteur. Thus, by analogy with FIG. 2, in a first non-illustrated position of the disk, the clamps 105 of each disk 155i are connected to the first circuits 162, so that the first and second input and output phases L1 respectively , T1, respectively L2, T2, are connected together. In a second position illustrated in FIG. 4 and offset by a quarter turn of the shaft 158, the clips 105 of each disk 155i 2714 LPu are connected to the pads of the second circuits 164, so that there has been a reversal the connection between the phases; to return to the first position, it is possible to operate the disc in the opposite direction or to continue the rotation in the same direction of a quarter turn of the motor.
Ici encore, la rotation du distributeur 150 peut être réalisée par tout moyen 130 de type moteur ou électroaimant, bistable ou monostable, et à faible effort, la pression exercée par les pinces 105 étant très faiblement dépendante de la capacité de tenue au court-circuit. En outre, l'inversion à 90° est un mode préféré mais non indispensable, et il est possible d'avoir plus de circuits conducteurs 162, 164 que les quatre présentés. Here again, the rotation of the distributor 150 can be carried out by any means 130 of motor or electromagnet type, bistable or monostable, and low effort, the pressure exerted by the clamps 105 being very slightly dependent on the short circuit withstand capability . In addition, the 90 ° inversion is a preferred but not essential mode, and it is possible to have more conductive circuits 162, 164 than the four presented.
La réalisation du distributeur 150 d'un ensemble d'inversion 110' peut prendre différentes variantes ; en particulier, si les premiers circuits conducteurs 162 peuvent être surfaciques, il est préférable pour l'isolement général de l'ensemble d'inversion 110' que les deuxièmes circuits conducteurs 164 au moins soient intégrés dans l'isolant du distributeur 150, notamment au niveau de son arbre 158. Dans un mode de réalisation préféré illustré en figure 5A, les circuits conducteurs 162, 164 sont dans un premier temps réalisés, par croisement sur une âme 158' de barres en cuivre respectant les distances d'isolement ; pour optimiser les coûts, il est préférable que les premiers, respectivement deuxièmes, circuits 162, 164 soient identiques. Une fois le coeur conducteur 166 réalisé, il est surmoulé par un plastique adapté (figure 5B) ; le surmoulage 168 comprend les éléments requis pour la mise en place et l'actionnement du distributeur, et notamment les pignons d'engrenage 170, ou autres éléments 146 destinés à coopérer avec des capteurs ou contacts auxiliaires 144. The embodiment of the distributor 150 of an inversion assembly 110 'can take different variants; in particular, if the first conductive circuits 162 can be surface-based, it is preferable for the general isolation of the inverting assembly 110 'that the second conductive circuits 164 at least be integrated in the insulator of the distributor 150, in particular at the 158. In a preferred embodiment illustrated in FIG. 5A, the conducting circuits 162, 164 are first made by crossing on a core 158 'of copper bars respecting the isolation distances; to optimize the costs, it is preferable that the first, respectively second, circuits 162, 164 are identical. Once the conducting core 166 has been produced, it is overmolded by a suitable plastic (FIG. 5B); overmoulding 168 includes the elements required for the establishment and actuation of the distributor, and in particular the gear wheels 170, or other elements 146 intended to cooperate with sensors or auxiliary contacts 144.
Dans ce mode de réalisation, il est avantageux que les conducteurs 136 reliant les bornes 106, 108 aux pinces de serrage 105 soient partiellement souples, de façon à permettre un auto-centrage des pinces 105. Ainsi, tel qu'illustré en figure 6, un élément d'inversion 110' est logé dans un boîtier 132 similaire au précédent, avec trois bornes d'entrée 106 et trois bornes de sortie 108, deux des bornes 1063, 1083 étant reliées entre elles par un conducteur fixe 134 et les autres bornes 1061, 1062, 1081, 1082 étant prolongées par des conducteurs 136 dont une partie 140 est flexible jusqu'à une pince de raccordement 105. Le distributeur 150 est monté transversalement au boîtier 132, de sorte que les pinces de raccordement 105 2714 LPu viennent se mettre en place, en formant une connexion flottante, sur les disques d'extrémité 155 ; de préférence, des aménagements 172, par exemple des rainures, du boîtier 132 permettent un agencement stable de l'ensemble d'inversion 110'. La même configuration que précédemment en relation avec la figure 3 peut être adoptée pour les contacts auxiliaires (non illustrés). In this embodiment, it is advantageous that the conductors 136 connecting the terminals 106, 108 to the clamping collars 105 are partially flexible, so as to allow self-centering of the clamps 105. Thus, as illustrated in FIG. an inverting element 110 'is housed in a housing 132 similar to the previous one, with three input terminals 106 and three output terminals 108, two of the terminals 1063, 1083 being interconnected by a fixed conductor 134 and the other terminals 1061, 1062, 1081, 1082 being extended by conductors 136 of which a portion 140 is flexible up to a connection clamp 105. The distributor 150 is mounted transversely to the housing 132, so that the connection clamps 105 2714 LPu are setting up, forming a floating connection, on the end discs 155; preferably, arrangements 172, for example grooves, of the housing 132 allow a stable arrangement of the reversing assembly 110 '. The same configuration as above in connection with FIG. 3 can be adopted for the auxiliary contacts (not shown).
Alternativement, il est possible que le distributeur 150' soit partiellement souple, les conducteurs 136 pouvant alors être rigides. En particulier, l'isolant 168 du distributeur forme deux parties mobiles 168i l'une par rapport à l'autre ; de préférence, le mouvement relatif entre les deux parties est guidé, par exemple par un axe 174 placé dans une cavité centrale du distributeur 150'. Les deuxièmes circuits 164 sont adaptés pour permettre le mouvement relatif des deux parties isolantes 168i ; de préférence, le coeur conducteur, illustré en figure 7A, est lui aussi formé de deux parties symétriques 166i, les deuxièmes circuits 164 étant coupés en deux portions d'extrémité 164i, et les deux parties 166i sont surmoulées (figure 7B). Pour assurer la conduction des deuxièmes circuits 164 entre leurs deux portions 164i, des moyens souples peuvent être mis en place ; avantageusement, un conducteur de connexion 176 rigide est couplé de façon mobile avec la première et la deuxième portion de chaque deuxième circuit 164, logé dans un aménagement adapté du surmoulage 168, par exemple une épargne ou rainure en queue d'aronde, 178. Ainsi, le distributeur 150' est formé de deux parties 180 identiques reliées entre elles par deux conducteurs de connexion 176. Alternatively, it is possible that the distributor 150 'is partially flexible, the conductors 136 can then be rigid. In particular, the insulator 168 of the distributor forms two movable parts 168i with respect to each other; preferably, the relative movement between the two parts is guided, for example by an axis 174 placed in a central cavity of the distributor 150 '. The second circuits 164 are adapted to allow the relative movement of the two insulating parts 168i; preferably, the conductive core, illustrated in Figure 7A, is also formed of two symmetrical parts 166i, the second circuits 164 being cut into two end portions 164i, and the two parts 166i are overmolded (Figure 7B). To ensure the conduction of the second circuits 164 between their two portions 164i, flexible means can be implemented; advantageously, a rigid connection conductor 176 is movably coupled with the first and second portions of each second circuit 164, housed in a suitable arrangement of the overmolding 168, for example a dovetail groove or groove, 178. Thus , the distributor 150 'is formed of two identical parts 180 interconnected by two connecting conductors 176.
Tel qu'illustré en figure 8, l'ensemble d'inversion comprenant ce distributeur 150' est monté de façon similaire à l'ensemble précédent 110', avec formation préalable du distributeur 150'. Le mouvement relatif étant possible au sein du distributeur 150', les conducteurs 136 de raccordement aux bornes 106, 108 peuvent être rigides, voire réduits à une taille minimale, de sorte que la longueur de raccordement est faible ou les pinces 105 ont une longueur et un écartement plus importants. As illustrated in FIG. 8, the reversing assembly comprising this distributor 150 'is mounted similarly to the previous assembly 110', with prior formation of the distributor 150 '. Relative movement being possible within the distributor 150 ', the connection conductors 136 to the terminals 106, 108 may be rigid, or even reduced to a minimum size, so that the connection length is small or the clamps 105 have a length and a larger gap.
La conception du contact selon l'invention, par pinces serrantes 105, permet de se dispenser de tout ressort, ou autre, destiné à éviter la réouverture des contacts lors de répulsion due au passage de courant de court-circuit ; en particulier, le coût des bobine ou 2714 LPu autre circuit magnétique disparaît. Par ailleurs, le moyen d'actionnement 130 de l'inverseur 100, 100' peut être de taille réduite, et il est possible de placer les contacts auxiliaires 144 au plus près des pinces de contact 105 : il est ainsi possible d'intégrer l'ensemble d'inversion 110 selon l'invention dans un boîtier 132 de largeur 1 45 mm pour des applications jusqu'à 50 kA de court-circuit. The design of the contact according to the invention, by clamping clamps 105, makes it possible to dispense with any spring or other, intended to prevent the reopening of the contacts during repulsion due to the passage of short-circuit current; in particular, the cost of the coil or 2714 LPu other magnetic circuit disappears. Furthermore, the actuating means 130 of the inverter 100, 100 'may be of reduced size, and it is possible to place the auxiliary contacts 144 as close as possible to the contact clamps 105: it is thus possible to integrate the inversion assembly 110 according to the invention in a housing 132 of width 1 45 mm for applications up to 50 kA short circuit.
Le boîtier 132 des dispositifs inverseurs 100, 100' selon l'invention comprend avantageusement un système de commande électronique 190 permettant d'activer les moyens d'actionnement 130 de l'arbre de façon contrôlée. La simplicité du mouvement impliquant l'inversion de phase permet une gestion optimale du temps d'inversion, de sorte que l'alimentation des moyens d'actionnement 130 et leur consommation peuvent être rationnalisées. Il est possible en outre de doter l'inverseur 100 de capteurs permettant l'obtention d'informations supplémentaires au niveau de l'arbre 158 à moindre coût. Par exemple, un capteur 192 peut totaliser le nombre d'inversions, ce qui permet de connaître l'usure de l'ensemble d'inversion 110, 110' pour assurer une maintenance préventive et limiter les temps d'arrêt ; le sens de rotation et/ou la position angulaire relative de l'arbre 138, 158 peuvent être contrôlés, ce qui permet de vérifier que la commande n'est pas erronée et/ou redondante avec la dernière manoeuvre de l'ensemble d'inversion 110, 110'. The housing 132 of the inverter devices 100, 100 'according to the invention advantageously comprises an electronic control system 190 for activating the actuating means 130 of the shaft in a controlled manner. The simplicity of the movement involving the phase inversion allows optimal management of the inversion time, so that the supply of the actuating means 130 and their consumption can be rationalized. It is also possible to equip the inverter 100 with sensors making it possible to obtain additional information at the level of the shaft 158 at a lower cost. For example, a sensor 192 can sum the number of inversions, which makes it possible to know the wear of the inversion assembly 110, 110 'to ensure preventive maintenance and to limit downtime; the direction of rotation and / or the relative angular position of the shaft 138, 158 can be controlled, which makes it possible to verify that the control is not erroneous and / or redundant with the last operation of the inversion assembly 110, 110 '.
Le dispositif 100, 100' selon l'invention permet ainsi de réaliser une fonction d'inversion de deux phases par un nombre limité de composants, associé à un nombre restreint de pièces en mouvement relatif, diminuant le coût de montage du dispositif. Qui plus est, la conception permet l'utilisation de pièces de formes simples, qui peuvent être utilisées plusieurs fois, ce qui réduit encore les coûts de réalisation. En particulier, la conception par un disque unique 115 tout comme l'intégration du circuit d'inversion des phases dans l'arbre rotatif 158 permettent de réduire fortement le nombre de conducteurs 120, 162, 164 sous tension, qui facilite la tenue des lignes de fuites et distances dans l'air qui sont ajustées au mieux par le surmoulage, les distances d'isolement pouvant être gérées directement par les formes choisies. The device 100, 100 'according to the invention thus makes it possible to perform a two-phase inversion function by a limited number of components, associated with a limited number of parts in relative motion, reducing the cost of mounting the device. Moreover, the design allows the use of simple shaped parts, which can be used several times, which further reduces the costs of implementation. In particular, the design by a single disk 115 as well as the integration of the phase inversion circuit in the rotary shaft 158 can greatly reduce the number of conductors 120, 162, 164 under tension, which facilitates the holding of lines leaks and distances in the air that are best adjusted by overmolding, isolation distances can be managed directly by the forms chosen.
Bien que l'invention ait été décrite en référence à un dispositif pour inverser deux phases au démarrage d'un moteur triphasé, elle ne s'y limite pas : d'autres éléments peuvent être 2714 LPu concernés par l'invention. En particulier, le dispositif selon l'invention est adapté pour les inversions du sens de marche des moteurs asynchrones triphasés. Le dispositif selon l'invention peut également être adapté, par exemple par addition d'un troisième jeu de pinces et d'un troisième barreau, d'une troisième piste ou d'un troisième distributeur, pour les passages de la configuration « étoile » à la configuration « triangle » de démarrage des moteurs triphasés ; inversement, la conception du dispositif selon l'invention est adaptée pour une inversion du courant continu, en supprimant la troisième phase. 271.4 LPu Although the invention has been described with reference to a device for reversing two phases when starting a three-phase motor, it is not limited thereto: other elements may be affected by the invention. In particular, the device according to the invention is suitable for reversing the direction of operation of three-phase asynchronous motors. The device according to the invention can also be adapted, for example by adding a third set of clamps and a third bar, a third track or a third distributor, for the passages of the configuration "star" the "triangle" starting configuration of three-phase motors; conversely, the design of the device according to the invention is suitable for inversion of the direct current, by eliminating the third phase. 271.4 LPu
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| FR2954621B1 (en) | 2017-05-05 |
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