Dans les systèmes de climatisation modernes, moteurs de ventilateur jouer un rôle central. Ils doivent non seulement fournir un flux d’air stable, mais également garantir un fonctionnement à long terme, efficace et fiable. Pour y parvenir, les moteurs de ventilateur et leurs circuits d'entraînement sont conçus avec une « triple protection » sophistiquée : protection contre les surintensités, protection contre les surtensions et protection contre les surchauffes. Ces mécanismes de protection agissent comme les « gardiens » du moteur, réagissant rapidement aux conditions de fonctionnement anormales pour éviter des dommages ou des accidents encore plus graves.
Protection contre les surintensités : arrêt des « inondations » actuelles
La protection contre les surintensités est l’une des mesures de protection les plus courantes pour les moteurs de ventilateur, conçue pour éviter l’épuisement du moteur dû à un courant excessif. Des augmentations anormales du courant peuvent se produire pour diverses raisons, telles que le blocage des pales du ventilateur, le blocage des roulements, les courts-circuits du circuit d'entraînement ou des fluctuations de tension excessives. Lorsque le courant dépasse la valeur nominale du moteur, un échauffement Joule important est généré, augmentant rapidement la température de la bobine, conduisant finalement à une défaillance de l'isolation, voire à une combustion.
La protection contre les surintensités peut être mise en œuvre de plusieurs manières :
Détection matérielle du courant : c'est la méthode la plus directe et la plus fiable. Les ingénieurs connectent généralement une résistance de détection de courant (telle qu'une résistance shunt ou un capteur à effet Hall) en série avec le circuit d'entraînement pour surveiller le courant circulant dans le moteur en temps réel. Lorsque la tension aux bornes de la résistance dépasse un seuil prédéfini, la puce pilote (MCU/DSP) détecte un événement de surintensité et coupe immédiatement l'alimentation du moteur. Cette méthode offre une réponse rapide et constitue le cœur du circuit de protection.
Limitation du courant logiciel : dans les pilotes de moteur de ventilateur contrôlés par PWM (modulation de largeur d'impulsion), la limitation du courant peut être obtenue grâce à un algorithme logiciel. La puce pilote échantillonne en continu le courant. Lorsque le courant approche d'un niveau dangereux, le MCU réduit de manière proactive le cycle de service PWM, réduisant ainsi la tension et le courant de sortie, maintenant le courant dans une plage de sécurité. Cette méthode offre une protection plus précise et évite les surtensions transitoires.
Fusibles : L'utilisation d'un fusible à condensateur réinitialisable (PPTC) ou d'un fusible jetable à l'entrée d'alimentation est une méthode de protection contre les surintensités simple et efficace. Lorsque le courant dépasse un certain niveau, la résistance du PPTC augmente considérablement, limitant le courant ; un fusible jetable, en revanche, fond, déconnectant complètement le circuit. Bien que simple, cette méthode ne récupère pas automatiquement et nécessite un remplacement manuel.
Protection contre les surtensions : protège contre les pics de tension
La protection contre les surtensions concerne principalement les tensions d’alimentation anormalement élevées. Par exemple, les fluctuations du réseau, la foudre ou les pannes de modules électriques peuvent tous provoquer des pics de tension transitoires. Une tension excessive peut endommager les puces de commande (telles que les MOSFET) et les condensateurs et, dans les cas graves, provoquer des incendies de circuits imprimés.
Les méthodes de protection contre les surtensions comprennent :
Diodes TVS (Transient Voltage Suppressor) : La connexion d'une diode TVS (Transient Voltage Suppressor) en parallèle avec l'entrée d'alimentation est une mesure de protection courante. Une diode TVS présente une résistance élevée sous tension normale. Lorsque la tension dépasse momentanément sa tension de serrage, elle conduit rapidement, détournant l'excès d'énergie vers la terre, fixant ainsi la tension à un niveau sûr et protégeant les circuits ultérieurs.
Varistance : Les varistances fonctionnent sur un principe similaire à celui des diodes TVS, mais ont une vitesse de réponse plus lente et une plus grande capacité d'absorption d'énergie. Ils sont généralement utilisés pour absorber les surtensions à haute énergie et protéger les circuits contre les dommages.
Protection logicielle : L'ADC (convertisseur analogique-numérique) intégré à la puce pilote surveille la tension d'alimentation en temps réel. Lorsque la tension dépasse un seuil de sécurité, le logiciel exécute des procédures de protection contre les surtensions, telles que l'arrêt de la sortie du pilote et l'entrée en mode de protection contre les défauts jusqu'à ce que la tension revienne à la normale.
Protection contre la surchauffe : protection contre la corrosion à haute température
Les moteurs de ventilateur continueront de chauffer lorsqu'ils fonctionnent sous une charge élevée pendant des périodes prolongées ou lorsque la dissipation thermique est faible. Les températures élevées sont préjudiciables aux composants électroniques et aux bobines du moteur, provoquant une dégradation de l'isolation, une démagnétisation magnétique et une défaillance de la lubrification des roulements, entraînant finalement des dommages permanents au moteur. La protection contre la surchauffe est essentielle pour garantir la fiabilité du moteur à long terme.
La protection contre la surchauffe est mise en œuvre principalement par les méthodes suivantes :
Thermistances (NTC/PTC) : L'installation de thermistances NTC (coefficient de température négatif) ou PTC (coefficient de température positif) sur les enroulements du moteur ou les dissipateurs thermiques du conducteur est une pratique courante. La résistance NTC diminue avec l’augmentation de la température, tandis que la résistance PTC diminue. En surveillant le changement de résistance de la thermistance, le MCU peut déterminer avec précision la température du moteur. Lorsque la température dépasse un seuil de sécurité prédéfini, le contrôleur lance une procédure de protection, telle que la réduction de la vitesse du moteur pour réduire la chaleur ou la coupure directe de l'alimentation électrique.
Capteur de température de puce interne : certaines puces de pilote ou MCU haut de gamme disposent de capteurs de température intégrés. Ces capteurs intégrés surveillent la température de la puce en temps réel. Lorsque la puce surchauffe, ils réduisent automatiquement la fréquence de fonctionnement ou arrêtent la sortie pour éviter l'épuisement. Capteur de température externe : pour les moteurs de haute puissance, un capteur de température indépendant (tel qu'un thermocouple) est souvent installé sur le boîtier du moteur pour surveiller plus précisément la température globale du moteur et fournir un retour d'information au système de contrôle principal. Si la température dépasse la limite spécifiée, le système de climatisation effectuera les réglages appropriés, tels que l'émission d'une alarme ou l'arrêt de l'appareil.
