<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif d'alimentation pour moteur asynchrone devant fonctionner avec un glissement déterminé On sait que les moteurs asynchrones fournissent leur couple maximum pour un certain glissement lorsqu'ils sont alimentés à une fréquence fixe. Si l'on alimente ces moteurs avec un courant de fréquence variable, afin de pouvoir faire varier leur vitesse de rotation, le glissement, pour lequel le couple maximum est obtenu,
n'est pas constant lorsqu'il est exprimé en pour-cent. Par contre, l'écart entre la fréquence d'alimentation et la fréquence synchrone correspondant à la vitesse de rotation électrique de l'arbre, cet écart, ,exprimé en périodes par seconde, reste sensiblement constant pour l'obtention dudit couple maximum.
Ainsi, si l'on prend, par exemple, un moteur asynchrone à deux pôles, destiné à être alimenté par un courant de 50 Hz, la vitesse synchrone de ce moteur serait de 3000 t/min, et la vitesse pour laquelle le couple maximum peut être obtenu est inférieure à cette vitesse synchrone et dépend des particularités constructives du moteur.
Si l'on suppose que pour une construction donnée, le couple maximum est obtenu à 2880 t/min, ce qui correspondrait à une fréquence synchrone de l'arbre de 48 Hz, ce couple maximum pourra être obtenu, dans le cas d'une alimentation à flux constant, chaque fois que la vitesse du moteur est inférieure de 120 t/min à la vitesse synchrone de celui-ci.
Ainsi, si l'on alimente le même moteur avec une fré- quence de 25 Hz, la vitesse synchrone est de 1500 t/min et le couple maximum est obtenu pour une vitesse de 1380 t/min. La fréquence synchrone de l'arbre est alors de 23 Hz, et la fréquence rotorique, c'est-à-dire la fréquence du courant induit dans le rotor, est de 2 Hz.
H est connu d'alimenter un moteur asynchrone avec un courant de fréquence variable en déterminant la fréquence de ce courant en vue :de l'obtention d'un couple maximum du moteur.
Toutefois, la fréquence du courant du rotor corres- pondant au couple maximum est très basse, surtout dans les moteurs de forte puissance, de sorte qu'il est difficile d'obtenir une bonne précision du réglage de la fréquence dans le cas où la vitesse du moteur doit pouvoir varier assez rapidement et où l'on est, par conséquent, obligé de tenir compte de la vitesse instantanée pour définir la fréquence d'alimentation optima.
La présente invention a pour but d'obtenir un réglage excellent de la fréquence d'alimentation pour moteur asynchrone dans toutes les conditions d'utilisation pratique de celui-ci.
La présente invention a pour objet un dispositif -d'alimentation d'un moteur asynchrone, fournissant un courant d'alimentation dont la, fréquence est réglée conti- nuellement dans le but d'imposer à chaque instant un glissement déterminé au moteur, ce dispositif comprenant un circuit d'asservissement de la fréquence délivrée en fonction de la vitesse de rotation du moteur.
Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contrôle de la fréquence du courant induit dans le rotor en raison du glissement, le circuit d'asservissement présentant un temps de réaction plus petit, mais une précision moindre que le circuit de contrôle, ce dernier fournissant un signal de correction qui est fonction de l'écart trouvé entre la valeur réelle et la valeur désirée de la fréquence du courant induit, ce signal de correction étant appliqué au circuit d'asservissement pour compenser son imprécision.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 illustre l'allure générale du couple dans un moteur asynchrone.
Les fig. 2 et 3 représentent, sous forme de bloc- diagramme, les deux dites formes d'exécution.
La fig. 1 illustre la relation entre le couple Md d'un moteur asynchrone et la fréquence fr du courant induit
<Desc/Clms Page number 2>
dans le rotor, dans le cas où le stator est alimenté à flux constant ou à tension sensiblement proportionnelle à la fréquence d'alimentation. Comme on le sait, le couple est nul lorsque le rotor tourne à la vitesse synchrone correspondant à la fréquence d'alimentation, ce couple devenant positif ou négatif suivant que le moteur tourne moins vite ou plus vite que la vitesse synchrone. Dans le deuxième cas. le moteur fonctionne alors en générateur. Près de la vitesse synchrone, le couple varie à peu près linéairement en fonction de la fréquence du courant du rotor.
Le couple atteint un maximum pour une fréquence du courant du rotor comprise, dans le cas illustré, entre 1 et 2 Hz, puis diminue pour tendre asymp- totiquement vers zéro.
Le diagramme de la fi-. 1 montre clairement que, pour obtenir un couple maximum d'un moteur, il est nécessaire que la fréquence d'alimentation soit adaptée à chaque instant à sa vitesse de rotation. De même, pour obtenir un bon rendement à couple plus faible, il faut que le point de travail se trouve sur la partie rectiligne de la caractéristique couple/fréquence du rotor, entre les maxima positif et négatif du couple.
La fig. 2 est un schéma d'une première forme d'exécution, dans laquelle un moteur M est alimenté par un onduleur 1. cet onduleur pouvant, par exemple, être du type représenté dans le brevet suisse No 403963.
Cet onduleur est alimenté par une source de courant continu et délivre un courant triphasé d'alimentation du moteur. L'onduleur 1 est piloté par deux oscillateurs 3 et 4 débitant sur les lignes 5 et 6 et ayant des fréquences différentes. La disposition est telle que la fréquence du courant délivré par l'onduleur soit proportionnelle à la différence entre les fréquences des oscillateurs 3 et 4, ces dernières étant peu différentes l'une de l'autre.
Les deux oscillateurs 3 et 4 pilotent un circuit 7 qui fournit, sur une liane 2, un signal proportionnel à la différence de leurs fréquences. Ce signal a donc une fréquence égale à n.fs, où fs est la fréquence d'alimentation du moteur M et n un nombre entier.
L'oscillateur 3 présente deux entrées 8, 9, destinées respectivement à faire varier sa fréquence en fonction de signaux électriques analogiques représentant respec- tivement la vitesse instantanée de rotation du moteur M et la fréquence désirée du courant du rotor.
Le signal arrivant à la borne 8 est obtenu à partir d'une roue dentée 10 montée sur l'arbre 11 du moteur M et fournissant, au moyen d'un capteur 12, un signal formé par des impulsions dont la fréquence est égale à celle du passage des dents de la roue 10 devant le capteur. Ce signal pulsé f., est amené par une ligne 13 à un transformateur digitaltanalogique 14 dont la borne de sortie 15 est reliée à l'entrée 8 de l'oscillateur 3. Ce signal analogique amené à la borne 8 est proportionnel à la fréquence électrique de l'arbre du moteur M.
Par fréquence électrique de l'arbre, on entend la fréquence à laquelle le stator devrait être alimenté, si le moteur était du type synchrone, pour obtenir la vitesse de rotation de l'arbre 11.
Le signal de sortie du transformateur digital/analo- gique 14 est aussi amené par une ligne 16 à un circuit comparateur 17 qui est relié, d'autre part, au curseur 18 d'un potentiomètre 19. Ce comparateur 17 fournit sur une sortie 20 un signal ± qui dépend de la différence entre les tensions de la ligne 16 et du curseur 18. Le potentiomètre 19 permet d'appliquer au circuit 17 une tension qui est fonction de la vitesse désirée du moteur M. Ainsi, le signal e est un signal électrique définissant l'écart entre la vitesse désirée donnée par le potentiomètre 19 et la vitesse mesurée par le capteur 12.
Ce signal s est appliqué à un circuit de correction 21 qui a pour effet de limiter aussi bien la valeur négative que la valeur positive du signal E dès que celui-ci s'est éloigné d'une certaine valeur du point nul. La sortie du circuit de correction 21 fournit ainsi un signal analogique proportionnel à la fréquence du courant du rotor qui est la plus avantageuse.
En suposant que le potentiomètre 19 soit placé sur une vitesse désirée et que le moteur soit enclenché, le signal E au départ montre une grande erreur de vitesse, puisque la vitesse du moteur ne correspond pas à celle désirée. Ce signal fournit, par l'intermédiaire du circuit de correction 21, un signal à la borne d'entrée 9 qui correspond à la fréquence du rotor pour laquelle le couple du moteur M est maximum. Les oscillateurs 3 et 4 sont réglés pour obtenir une fréquence fs d'alimentation du moteur M égale, au départ, à la fréquence rotorique désirée.
Dès que le moteur se met à tourner, on obtient au fur et à mesure de son accélération un signal croissant à la sortie du transformateur 14 et donc sur la borne d'entrée 8, signal qui a pour effet d'augmenter la, fréquence de l'oscillateur 3. Il en résulte une augmentation correspondante du signal nfa de commande de l'ondula- teur 1 et une augmentation corrélative de la fréquence d'alimentation du moteur M, laquelle croît en même temps que la vitesse de ce moteur pour que la fréquence rotorique reste sensiblement constante.
Lorsque la vitesse du moteur M est proche de la valeur fixée par le potentiomètre 19, le signal E devient suffisamment petit pour que le signal de sortie du circuit de correction 21 diminue, cette diminution de tension se faisant connaître sur la. borne 9 de l'oscillateur 3 et entraînant une diminution de sa fréquence de sortie.
Ainsi, pendant que le signal 8 continue à indiquer une légère augmentation de la vitesse du moteur (dans le cas où celui-ci n'absorbe pas son couple maximum à cette vitesse), le signal appliqué à l'entrée 9 commande une diminution de cette fréquence et on obtient ainsi la stabilisation de la fréquence d'alimentation pour la valeur du couple que le moteur doit fournir à la vitesse désirée.
On sait que la stabilité des oscillateurs n'est pas absolue et que leur fréquence de sortie peut varier dans une certaine mesure en fonction de différents facteurs, notamment de la tension d'alimentation et de la température. Comme la fréquence f, d'alimentation dépend de la différence des fréquences des deux oscillateurs 3 et 4, cette fréquence d'alimentation peut être modifiée sensiblement pour une très faible dérive de l'un ou de l'autre des oscillateurs 3 et 4. Pour éviter cet inconvénient, l'oscillateur 4 comprend une entrée 22 pour un signal de correction de dérive qui est destiné à commander une variation de la fréquence de l'oscillateur 4.
Ce signal de correction est obtenu par une compa- raison entre la fréquence réelle du courant induit dans le rotor du moteur et la fréquence désirée de ce courant. Cette dernière est donnée par le signal analogique fourni par le circuit de correction 21. La fréquence réelle du courant rotorique est obtenue par la différence digitale entre le signal pulsé nf, délivré par le circuit 7 et le signal pulsé nf.; fourni par le capteur 12.
Ces deux signaux sont appliqués à un circuit 23 de comparaison digitale qui fournit, sur la ligne 24, un signal digital de différence,
<Desc/Clms Page number 3>
qui correspond à n fois la fréquence réelle du courant induit dans le rotor. La ligne 24 amène ce signal à un transformateur 25 digitaa/analogique, et le signal analogique délivré par la sortie 26 de ce transformateur est appliqué à un comparateur analogique 27 qui reçoit. d'autre part, le signal analogique qui est délivré par le circuit de correction 21 et qui correspond à la fréquence désirée du rotor.
Le signal de sortie du circuit 27 correspond donc à la :différence éventuelle entre la fréquence désirée et la fréquence réelle du courant rotorique. Ce signal est appliqué par l'intermédiaire d'une ligne 28 et d'un intégrateur 29 à l'entrée 22 de l'oscillateur 4.
Ainsi, toute différence décelée entre la fréquence réelle .et la fréquence désirée du courant du rotor fournit à l'oscillateur 4 un signal de correction qui modifie la fréquence de cet oscillateur pour modifier la fréquence d'alimentation du moteur M dans le sens voulu pour faire coïncider la fréquence réelle et la fréquence désirée du courant du rotor.
La forme d'exécution selon la fig. 3 ne se différencie de celle :de la fig. 2 que par le circuit de contrôle vérifiant la correspondance entre les fréquences réelle et désirée du courant du rotor. On retrouve dans cette forme d'exécution les deux oscillateurs 3 et 4, le circuit 7 et l'onduleur 1. Pour alimenter le moteur M, les bornes 8, 9 de l'oscillateur 3 sont alimentées de la même façon par le capteur 12.
Celui-ci a:limenîte, comme précédemment, le transformateur digital/analogique 14 dont le signal de sortie est appliqué, d'une part, à la borne 8 de l'oscillateur 3 et, d'autre part, au circuit comparateur 17 fournissant le signal s sur la ligne 20, ce signal représentant la différence entre la vitesse du moteur et celle de référence fixée par le réglage du potentiomètre 19. Après passage dans le circuit correcteur 21, le signal 2 est appliqué à la borne 9 de l'oscillateur 3.
La vérification de la correspondance entre la fréquence désirée et la fréquence réelle du rotor est obtenue en dérivant la sortie du circuit correcteur 21 sur un transformateur analogique/digital 30. Ce circuit 30 fournit ainsi à un circuit comparateur digital 31 un signal formé par des impulsions dont la fréquence détermine la fréquence désirée du courant du rotor. Le circuit 31 comprend encore deux autres entrées qui sont alimentées par le signal digital provenant du capteur 12 et par le signal nfs provenant du circuit 7.
Ce circuit comparateur 31 vérifie si le nombre des impulsions du signal nf,, est égal à la somme des impulsions des signaux du capteur 12 et du transformateur analogique/digital 30. Ce circuit 31 vérifie en définitive si l'équation fs-fa,-fr = 0 est bien correcte. Dans cette équation, f, représente la fréquence réelle d'alimentation du moteur, fa la fréquence réelle électrique de rotation de l'arbre, et f, la fréquence désirée du courant du rotor.
Si l'équation ci-dessus n'est pas respectée, le circuit comparateur 31 fournit des impulsions d'une polarité ou de l'autre chaque fois qu'un écart est constaté. Ces impulsions sont appliquées à un transformateur digital analogique 32, puis appliquées par l'intermédiaire du circuit intégrateur 29 à l'entrée 22 de l'oscillateur 4, afin de modifier la fréquence de celui-ci pour faire coïncider les fréquences réelle et désirée du rotor.
. A la fig. 3, on a représenté en pointillé un générateur de fonction complémentaire 33 qui est utile pour le réglage du moteur M à courant imposé, sans mesure directe de la tension ou du flux magnétique dans le moteur. Il est, en effet, possible d'imposer, pour chaque fréquence du courant dans le rotor fr , un courant stato- rique défini de façon à faire fonctionner le moteur soit à flux constant, soit sur une courbe de rendement maximum.
A cet effet, le circuit 33 est alimenté par le signal e et fournit un signal de commande du courant qui dépend du signal e comme le montre schématiquement le diagramme figurant sur le circuit 33. Ce signal de sortie est amené par une ligne 34 à l'ondulateu,r 1 qui possède à cet effet une borne d'entrée pour régler la valeur du courant qu'il doit fournir.
Il est clair qu'on peut prévoir de nombreuses variantes au dispositif décrit et que, notamment dans le cas de la fig. 3, on pourrait effectuer une comparaison digitale directe entre les signaux représentant les fréquences réelle et désirée du courant du rotor. A cet effet, les signaux nf$ et celui du capteur 12 devraient être appliqués à un comparateur digital tel que le circuit 23 de la fig. 2, la sortie 24 de ce circuit étant amenée à un second comparateur digital qui recevrait le signal de sortie du transformateur 30 de la fig. 3.
L'indication de la vitesse pour la boucle d'asservissement rapide pourrait être fournie par une dynamo tachymétrique montée également sur l'arbre 11, ce qui permettrait d'éviter le convertisseur digital-analogique 14.
Il est évident que dans le cas où la fréquence d'alimentation est réglée par la fréquence de battement entre deux oscillateurs, on peut choisir librement celui des deux oscillateurs- que l'on veut régler pour compenser la dérive. De même, les signaux appliqués aux bornes d'entrée 8 et 9 pourraient fort bien être utilisés pour régler deux oscillateurs différents.
Une disposition analogue à celle décrite pourrait aussi être utilisée dans le cas où la fréquence d'alimentation du moteur serait déterminée par un seul oscilla- teur. Dans tous les cas, le dispositif décrit est très avantageux, car il permet d'avoir une boucle d'asservisse- ment analogique à réaction rapide pour modifier inuné- diatement la fréquence d'alimentation en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Ceci est très important. notamment dans le cas d'un démarrage rapide.
Le manque de précision d'une telle boucle d'asservissement rapide est compensé par 1e circuit de contrôle qui, lui, peut âtre très précis, mais présente par contre un temps de réaction relativement important.