CH626759A5 - Device for controlling the speed of a DC motor - Google Patents

Description

La présente invention concerne la commande de la vitesse des moteurs à courant continu, par action sur leur courant d'induit. Elle s'applique donc indifféremment aux moteurs à excitation par aimant permanent et aux moteurs à excitation élec-5 trique.

On sait déjà alimenter l'induit d'un moteur à courant continu en impulsions de tension. Le fonctionnement du moteur dépend alors de l'énergie moyenne qui lui est appliquée par ces impulsions. En calant une génératrice tachymétrique sur l'arbre îodu moteur, on sait détecter sa vitesse de rotation, et agir en conséquence sur l'énergie moyenne qui lui est fournie. Cette façon de réguler la vitesse souffre d'un manque de simplicité et d'économie évident. De plus, elle est inapplicable dans les installations déjà réalisées où l'adjonction d'une génératrice tais chymétrique est impossible.

La présente invention a pour but de fournir un dispositif de commande permettant une régulation de vitesse qui soit affranchie de ces inconvénients, et qui s'applique très bien dans les deux cas précités.

2c La titulaire a observé que, lorsque le courant d'induit s'annule sensiblement, entre deux impulsions d'alimentation, la tension aux bornes de l'induit devient, après un régime transitoire, égale à la force électromotrice du moteur (quelquefois appelée force contre-électromotrice). Et cette force électromotrice est 25 elle-même représentative de la vitesse de rotation du moteur.

Ainsi, il est possible de déterminer, entre les impulsions d'alimentation de l'induit du moteur, la tension aux bornes de l'induit lorsque la courant induit s'annule sensiblement, c'est-à-dire la force électromotrice du moteur, et d'agir ensuite sur 30 l'énergie moyenne des impulsions de commande en fonction de la relation entre la tension ainsi déterminée et une valeur de consigne (vitesse désirée), ce qui permet une régulation précise de la vitesse de rotation du moteur.

Le dispositif de commande objet de l'invention, qui met en 35 œuvre ce principe, est défini par la revendication 1.

Selon une première forme d'exécution, le moyen détecteur comprend, outre un filtre passe-bas, un comparateur auxiliaire branché aux bornes de l'induit du moteur pour y détecter les 40 surtensions inverses consécutives à chaque impulsion d'alimentation, et un interrupteur auxiliaire couplé à ce comparateur auxiliaire et branché sur le filtre passe-bas pour maintenir la sortie de ce dernier à un potentiel haut pendant lesdites surtensions inverses, la tension de sortie du filtre décroissant ensuite 45 progressivement jusqu'à une valeur égale à la force électromotrice du moteur.

Selon une seconde forme d'exécution, le moyen détecteur comprend, outre le filtre passe-bas, un comparateur auxiliaire branché aux bornes de l'induit du moteur pour y détecter les 50 surtensions inverses consécutives à chaque impulsion d'alimentation, un moyen logique pour produire un signal d'activation en dehors des impulsions d'alimentation du moteur et après les surtensions inverses qui leur font suite, et un échantillonneur-bloqueur relié à la sortie du filtre passe-bas et commandé par 55 ces moyens logiques, la tension emmagasinée dans I'échantillon-neur-bloqueur étant ainsi représentative de la force électromotrice du moteur.

Selon une autre forme d'exécution, le filtre passe-bas com-60 prend un simple condensateur choisi pour réaliser un amortissement critique de la surtension inverse aux bornes de l'induit, (le schéma équivalent de l'induit comprend la force électromotrice, une inducatance et une résistance). La tension de sortie du filtre décroît alors progressivement, après chaque impulsion d'ali-65 mentation, jusqu'à une valeur égale à la force électromotrice du moteur.

Le moyen régulateur et la source d'impulsions de commande peuvent être de deux types.

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Dans le premier type, la source d'impulsions de commande comprend un multivibrateur monostable déclenché et le moyen régulateur agit sur l'instant de déclenchement de ce multivibrateur.

Dans le second type, la source d'impulsions de commande comprend un multivibrateur monostable à durée d'impulsions commandée, et le moyen régulateur agit sur la durée d'impulsions du multivibrateur monostable.

Dans le premier cas, la durée de ces impulsions peut être elle aussi constante, on agit alors simplement sur le taux de répétition des impulsions, et ceci à chaque impulsion. Dans le second cas, le taux de répétition des impulsions peut être lui-même constant, et on agit simplement sur la durée de chaque impulsion d'alimentation appliquée à l'induit du moteur. Enfin, on peut également combiner les deux types d'intervention.

Chacun des modes de réalisation du moyen détecteur peut être associé à l'un et/ou l'autre des types de réalisation de la régulation.

Il est également possible de réguler la vitesse d'un moteur à courant continu en l'alimentant par des impulsions des deux polarités. La régulation fonctionne alors quelque soit le sens de rotation (commande bidirectionnelle).

Une première façon de réaliser cette commande bidirectionnelle consiste à utiliser deux dispositifs de commande du type précédemment défini fonctionnant avec des polarités opposées, mais pilotés par une même tension de consigne. Des moyens sont prévus pour éviter d'enclencher simultanément des impulsions des deux polarités, en raison notamment de petites variations de zéro dans les comparateurs.

Une autre façon consiste à faire alterner la polarité des impulsions d'alimentation appliquées par l'interrupteur de puissance à l'induit du moteur. On affecte des intervalles de temps égaux et alternés à chaque polarité d'alimentation. Pour un écart nul au niveau du comparateur, on pourra alors appliquer au moteur de brèves impulsions de sens opposé qui se succèdent et se neutralisent compte tenu de l'inertie du moteur.

D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple et sur lesquels:

- la figure 1 illustre le schéma de principe de la première forme d'exécution du dispositif objet de l'invention, avec la régulation du premier type agissant sur l'intervalle entre impulsions d'alimentation ;

- la figure 2 illustre des formes de signal en différents points de la figure 1 ;

- la figure 3 illustre un exemple de schéma électrique détaillé appliquant le schéma de principe de la figure 1 ;

- la figure 4 illustre le schéma de principe de la seconde forme d'exécution du dispositif objet de l'invention, avec la régulation du second type agissant sur la durée des impulsions d'alimentation;

- la figure 5 illustre des formes de signal en différents points de la figure 4; et

- la figure 6 illustre le schéma électrique de principe d'une commande bidirectionnelle fondée sur la réalisation de la figure 1.

La figure 1 illustre le schéma électrique de principe d'une première forme d'exécution du dispositif objet de l'invention, associé à un moteur à courant continu M, représenté symboliquement. Un multivibrateur monostable 10 agit en tant que source d'impulsions de commande. Ce monostable 10 comporte une entrée permettant de déclencher chaque impulsion, et par là de définir l'espacement entre ces impulsions de commande. La sortie du monostable 10 commande un circuit 11, schématisé sous forme d'un interrupteur, et qui est un amplificateur-interrupteur de puissance. L'interrupteur de puissance 11 est monté en série entre une source de tension positive + 24 volts et une borne de l'induit du moteur M, l'autre borne de l'induit étant reliée à la masse.

En parallèle sur l'induit du moteur M est monté un dispositif écrêteur de surtensions inverses, constitué d'une diode Zener 12 s et d'une diode classique 13. La diode 13 ne laisse passer le courant que lorsque la tension d'induit est inverse de l'alimentation fournie par le moyen interrupteur 11, ce qui se produit au moment où les moyens interrupteurs sont ouverts, sous la forme d'une surtension inverse due à l'inductance de l'induit du molo teur. La diode Zener 12 limite alors cette surtension inverse.

Le point chaud C de l'induit du moteur M (la borne qui est reliée à l'interrupteur de puissance 11) est relié à un filtre passe-bas constitué ici d'une résistance 17 et d'un condensateur 16. Le point commun de la résistance 17 et du condensateur 16, est la 15 sortie du filtre passe-bas.

Le point chaud C de l'induit du moteur M est également relié à l'entrée inverseuse d'un comparateur auxiliaire 14 situé à gauche de la figure. On représente ici les entrées inverseuses par un petit cercle. L'entrée non-inverseuse du comparateur 14 re-20 çoit la tension de la masse, comme l'autre borne de l'induit du moteur. Ainsi, la sortie du comparateur 14 ne sera excitée que lorsque le point chaud C de l'induit du moteur M sera négatif par rapport à la masse. Dans ce cas, le comparateur 14 agit sur un transistor interrupteur 15 illustré schématiquement, qui ap-25 plique une tension de + 24 volts au condensateur 16 pour maintenir celui-ci à la tension qu'il a reçue au cours de l'impulsion d'alimentation qui vient de se terminer.

Le régulateur comprend ici un amplificateur comparateur principal 18, dont l'entrée non-inverseuse reçoit la sortie du 30 filtre passe-bas, c'est-à-dire ici la tension aux bornes du conden ■ sateur 16. L'entrée inverseuse du comparateur 18 reçoit une tension de consigne représentative de la vitesse désirée. Et, au moment de l'égalité, la sortie du comparateur 18 actionne le circuit monostable 10 pour déclencher l'application d'une nou-35 velie impulsion d'alimentation à l'induit du moteur M.

On décrira maintenant en référence aux figures 2a à 2c le fonctionnement du dispositif de la figure 1.

La figure 2a représente la sortie du circuit monostable 10, dont les impulsions de sortie ont une durée préétablie. La figure 40 2b illustre la tension présente aux bornes de l'induit du moteur M. Pendant les impulsions d'alimentation fournies par l'interrupteur de puissance 11, qui correspondent aux impulsions de commande de la figure 2a, la tension d'induit du moteur est à + 24 volts. A la fin de l'impulsion de commande, elle décroît 45 brutalement jusqu'à prendre des valeurs négatives, en raison de l'inductance de l'induit. Comme on l'a précédemment indiqué, la surtension négative 21 est écrêtée par l'action conjointe de la diode Zener 12 et de la diode 13. Après cette phase de surtension négative 21, la tension remonte jusqu'à un palier 22. Pen-50 dant cette période, l'interrupteur 11 ne conduit pas. Et le dispositif écrêteur de surtension formé pas les éléments 12 et 13 a cessé de conduire après la surtension. En conséquence, le palier 22 correspond simplement à la force électromotrice du moteur, lorsque celui-ce est entraîné par sa charge mécanique entre deux ss impulsions de commande. Et cette force électromotrice est, de façon connue en soi, représentative de la vitesse de rotation du moteur.

Comme on l'a déjà indiqué, la tension aux bornes de l'induit 6o du moteur M est appliquée à travers la résistance 17 à un condensateur 16. La résistance 17 et le condensateur 16 définissent une constante de temps, de filtrage passe-bas. De plus, le transistor interrupteur 15 commandé par le comparateur 14 maintiennent en outre le condensateur 16 à une tension positive de + 24 65 volts pendant la surtension négative aux bornes de l'induit du moteur. Ainsi, comme on le voit sur la figure 2c, la tension au condensateur 16 est de 24 volts pendant que l'interrupteur de puissance 11 applique la tension de 24 volts au moteur. Au

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moment de la surtension négative aux bornes du moteur, elle reste de 24 volts. Ensuite, la tension aux bornes du condensateur 16 décroît progressivement jusqu'à rejoindre asymptoti-quement la force électromotrice du moteur.

Lorsque la tension au condensateur 16 atteint la valeur de consigne (point 25 de la figure 2c), le comparateur 18 applique une impulsion de commande au monostable 10, ce qui a pour effet d'alimenter le moteur par une nouvelle impulsion de 24 volts.

On peut maintenant examiner finement à l'aide des figures 2b et 2c le fonctionnement du dispositif de régulation de vitesse de l'invention. Sur la figure 2c avant la première impulsion de 24 volts, la tension aux bornes du moteur était la tension au point 26, supposée égale à la valeur de consigne. On suppose que pendant l'application de la première impulsion 23 (de 24 volts), la charge du moteur a augmenté, par exemple en raison d'une augmentation transitoire des frottements secs. Donc, après cette première impulsion 23, la force électromotrice du moteur au point 22 (figure 2b) est inférieure à la force électromotrice au point 26. Si l'on considère maintenant la figure 2c, on voit que la décroissance de la charge du condensateur 16 après l'impulsion 23 est assez rapide, puisque celui-ci doit descendre jusqu'à la valeur 22 de la force électromotrice qui est plus basse que précédemment (26). L'impulsion de commande suivante du moteur est alors commandée relativement tôt, au point 25.

Au contraire, après la seconde impulsion d'alimentation 27, on voit que le moteur revient à une force électromotrice 28 qui était égale à la valeur initiale 26. Dans ce cas, sur la figure 2c la décharge du condensateur 16 est moins rapide, et le déclenchement de l'impulsion suivante intervient au point 29, qui est plus éloigné de l'impulsion de commande précédente que ne l'était le point 25. Ainsi s'effectue la régulation de vitesse agissant sur l'énergie moyenne des impulsions fournies au moteur.

On va maintenant décrire en référence à la figure 3 un mode de réalisation particulier du dispositif dont le schéma de principe est donné sur la figure 1.

On retrouve sur la figure 3 le moteur M, et, en parallèle sur l'induit de celui-ci, la diode Zener 12 et la diode 13.

Les moyens interrupteurs de puissance appliquent lorsqu'ils sont commandés une tension de 24 volts à l'induit du moteur M par l'intermédiaire d'une diode de puissance 110 (avantageusement utilisée pour protéger le transistor de puissance).

Ces moyens interrupteurs de puissance sont constitués d'un transistor de puissance 111, de son transistor de commande 113 et d'un transistor de protection 112. L'émetteur du transistor de puissance 111 est relié à l'anode de la diode 110, tandis que son collecteur est relié à la ligne + 24 volts par l'intermédiaire d'une résistance 1110. Ce collecteur est également relié par une résistance 1112 à la base du transistor 112. L'émetteur du transistor 112 est relié directement à la ligne + 24 volts ; son collecteur est relié à la base du transistor de commande 113, pour limiter le courant de commande (en cas de court-circuit notamment). Le collecteur du transistor 113 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 1130 à l'émetteur du transistor 111 ainsi qu'à sa base pour le commander. Enfin, l'émetteur du transistor 113 est relié àlaligne + 24 volts par une résistance 1131. La base du transistor 113 est reliée au point commun de deux résistances, la première résistance 1132 allant encore vers la ligne + 24 volts, tandis que la résistance 1133 relie ces moyens interrupteurs de puissance à la sortie du circuit monostable.

Le circuit monostable est constitué de deux amplificateurs comparateurs 101 et 102 (dont la sortie est un transistor interrupteur qui donne normalement un niveau zéro). La sortie du comparateur 101 qui constitue la sortie du circuit monostable est reliée à l'entrée inverseuse du comparateur 102. L'entrée non-inverseuse de celui-ci est reliée à l'entrée inverseuse du comparateur 101, ainsi qu'au point milieu d'un pont diviseur à deux résistances 103 et 104, branchées entre la ligne + 24 volts et la masse. Enfin, la sortie du comparateur 102 est également reliée par une dernière résistance 105 au point commun de ce pont diviseur résistif. L'entrée non-inverseuse du comparateur 101 est reliée par une résistance 107 à la ligne de + 24 volts, et spar un condensateur 108 à la masse. Elle constitue l'entrée du circuit monostable.

Dans les moyens interrupteurs de puissance, on remarquera que le transistor de puissance 111 est bloqué lorsque le transistor 113 est lui-même bloqué, c'est-à-dire lorsque la base de io celui-ci, et par conséquent la sortie de l'amplificateur 101, est au voisinage de + 24 volts. C'est précisément l'état de repos qui existe lorsque le condensateur 108, pleinement chargé par la tension de + 24 volts, dépasse la tension du point milieu du pont résistif 103,104,105 (la résistance 105 étant mise à zéro îspar le comparateur 102 dont l'entrée in verseuse est plus positive que l'entrée non-inverseuse et sature le comparateur 101 dans l'état ouvert; la sortie du comparateur 101 monte alors à + 24 volts du fait des résistances 1133 et 1132).

Par ailleurs, la tension aux bornes de l'induit du moteur M 2oest appliquée à travers la résistance 17 au condensateur 16. Et le point commun à la résistance 17 et au condensateur 16 constitue l'entrée d'un amplificateur comparateur 18. L'entrée inverseuse du comparateur 18 reçoit une tension de référence qui lui est fournie par un potentiomètre 180 à partir d'une tension de 24 25 volts avantageusement stabilisée. Bien entendu, à la place du potentiomètre, on peut disposer toute autre source de tension de consigne, éventuellement variable si nécessaire. Comme sur la figure 1, un transistor interrupteur 15 joue le rôle d'inhibiteur pour le condensateur 16 pendant les surtensions négatives qui se 30 présentent aux bornes de l'induit du moteur M. A cet effet, l'émetteur du transistor 15 est relié à la ligne + 24 volts et son collecteur au point commun à la résistance 17 et au condensateur 16. La base du transistor 15 est reliée également à la ligne + 24 volts par une résistance 150, ainsi que par une résistance 35151 à la sortie de l'amplificateur opérationnel différentiel 14. L'entrée inverseuse de celui-ci est reliée à la masse. Son entrée non-inverseuse est reliée par une résistance 140 pour recevoir la tension aux bornes de l'induit du moteur. On remarquera ici que contrairement à la figure 1, la tension d'induit du moteur n'est 40 pas prélevée directement sur le moteur, mais sur l'anode de la diode 110. Ainsi, l'amplificateur 14 sera saturé pour toutes les tensions qui sont supérieures à la tension de seuil de la diode 110 (une fraction de volt). L'amplificateur 14 sera donc bloqué pour les surtensions négatives et pour le tensions légèrement 45 positives ce qui rend le fonctionnement plus sûr. A ce moment, il amène une tension basse sur la base du transistor 15, ce qui rend celui-ci conducteur et maintient la charge du condensateur 16 au potentiel de + 24 volts.

On retrouve maintenant le fonctionnement précédemment so décrit. Le condensateur 16 est donc à la tension de + 24 volts tant que le moteur est alimenté par l'interrupteur de puissance et notamment par le transistor de puissance 111. Il reste à la tension de 24 volts pendant la surtension négative en raison de la conduction du transistor 15. Et ensuite, il se décharge à tra-55 vers la résistance 17 jusqu'à la tension résiduelle qui représente la force électromotrice du moteur. La tension de décharge est comparée par l'amplificateur comparateur 18 à la valeur de consigne définie par le potentiomètre 180. Tant qu'elle lui reste supérieure, la sortie du comparateur 18 est à un niveau haut, et 60 on a vu que ceci empêche le fonctionnement du monostable et des moyens interrupteurs de puissance. Au contraire, dès que la tension aux bornes du condensateur 16 devient inférieure à la valeur de consigne, la sortie de l'amplificateur 18 descend au niveau de la masse ce qui décharge très rapidement le condensa-65 teur 108, commandant par là le circuit monostable, donc la recharge de ce même condensateur jusqu'au niveau défini par le diviseur 103,104,105 étant hors service pendant cet intervalle du fait que l'entrée inverseuse du comparateur 102 se trouve

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plus bas (sortie 101 =zéro) que l'entrée non-inverseuse, et par conséquent le transistor de sortie du comparateur 102 est bloqué. II s'ensuit une impulsion de commande qui est utilisée par les moyens interrupteurs de puissance (transistors 113,112 et 111) pour alimenter à nouveau le moteur M par une impulsion de 24 volts dont la durée préétablie est définie essentiellement par le condensateur 108 et la résistance 107, et aussi par le niveau du diviseur de tension constitué par les résistances 103, 104 et 105.

Le filtre passe-bas ici utilisé est constitué simplement d'une résistance suivie d'un condensateur. Il en résulte que la charge du condensateur va décroître jusqu'à la force électromotrice du moteur suivant la loi exponentielle bien connue. On peut évidemment utiliser des filtres passe-bas (ou filtre intégrateurs)

plus complexes fournissant des lois de variations différentes, pourvu que celles-ci soient bien connues et, de préférence, monotones.

Ainsi, par exemple, la résistance 17 peut être remplacée par une source de courant commandée par la tension d'induit du moteur. On obtient ainsi une tension rampe décroissant en ligne droite jusqu'à la force électromotrice du moteur. L'expression filtre passe-bas doit être comprise ici comme s'appliquant à un tel montage intégrateur.

Le filtre permet d'éliminer les transitoires qui sont dus au retard dans les circuits, et notamment au retard à la remontée de la surtension, car l'induit du moteur comporte non seulement une inductance, mais aussi des pertes intervenant comme une résistance en parallèle sur cette inductance. (En l'absence de cette résistance de pertes, la tension du moteur remonterait instantanément à la force électromotrice au moment de l'extinction de la surtension négative, alors que cette remontée est progressive comme on le voit sur les figures 2b et 5 c).

Le filtrage présente un autre avantage. En effet, la tension comparée à la valeur de consigne qui définit la vitesse désirée n'est pas la force électromotrice du moteur lui-même pour un courant nul, mais une tension qui s'en rapproche asymptotique-ment par excès. Ce rapprochement asymptotique par excès établit une relation graduelle entre l'écart (la différence entre la force électromotrice et sa valeur de consigne) et la puissance fournie au moteur. Ceci définit le gain du dispositif de régulation de vitesse, et sa stabilité.

L'utilisation du filtre offre aussi une variante du premier mode de réalisation de l'invention. Dans celui-ci, on a utilisé un comparateur 14 pour identifier la période pendant laquelle se produit la surtension négative aux bornes de l'induit. En réglant la constante de temps définie par la résistance 17 et le condensateur 16 de façon que celle-ci produise une élimination par filtrage de la surtension négative d'induit, d'une façon pratiquement exempte d'oscillation, on peut utiliser directement la tension aux bornes du condensateur 16, sans maintenir de façon forcée le potentiel de celui-ci à la valeur + 24 volts pendant la surtension. Sur la figure 1, cela correspond à la suppression du comparateur 14 et du transistor interrupteur 15. Toutefois, la constante de temps ainsi obtenue pour la résistance 17 et le condensateur 16 est assez élevée, et suppose que l'écart entre impulsions de commande soit important. Ceci n'est donc utilisable que pour des applications à faible puissance, l'attente entre les impulsions étant par principe relativement longue, et pour cette même raison, des applications où l'on peut tolérer un temps de réponse relativement long de l'asservissement; ce procédé entraîne également un gain et donc une précision plus faible.

De plus, sur la figure 3, on peut prévoir un seuil à l'action du comparateur 18 en reliant son entrée non-inverseuse à la ligne + 24 volts par une résistance (non représentée). On va maintenant décrire en référence à la figure 4 la seconde forme d'execu-tion du dispositif objet de l'invention. On y retrouve le moteur à courant continu M, et les moyens interrupteurs de puissance 11 qui l'alimentent à partir de la tension à + 24 volts. On retrouve

également en parallèle sur l'induit du moteur M le dispositif écrêteur de surtensions constitué de la diode Zener 12 et de la diode 13.

La figure 4 comprend encore, comme la figure 1, un amplifi-s cateur différentiel 14 fonctionnant en détecteur de surtension négative aux bornes de l'induit du moteur M. Les bornes d'induit du moteur restent reliées à une résistance 17 montée en série sur un condensateur 16.

A la différence du premier mode de réalisation, celui de la îc figure 4 comporte à la sortie du condensateur 16 et en parallèle sur celui-ci un dispositif échantillonneur-bloqueur 40. De façon connue, l'échantillonneur-bloqueur 40 est constitué d'un interrupteur 401 (avantageusement réalisé sous la forme d'un transistor à effet de champ), suivi d'un condensateur formant mémoi-15 re analogique 402, et d'un amplificateur 403 qui est susceptible de fournir en sortie la tension emmagasinée sur le condensateur 402 sans décharger sensiblement celui-ci. Il est clair que la tension emmagasinée dans le condensateur 402 dépend de l'instant de fermeture de l'interrupteur 401, d'où l'appellation échantil-20 lonneur-bloqueur.

La sortie de l'échantillonneur-bloqueur, c'est-à-dire celle de l'amplificateur 403, est reliée à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur 41. Comme dans l'autre mode de réalisation, l'entrée inverseuse de cet amplificateur reçoit une tension de 25 consigne qui est représentative de la vitesse désirée. La sortie de l'amplificateur 41 fournit un signal représentant l'écart entre la tension de l'échantillonneur-bloqueur et la valeur de référence.

Suivant cet écart, la sortie de l'amplificateur 41 commande un circuit monostable 42, qui est du type à durée d'impulsion 30 commandée. Un oscillateur 43, tel qu'un multivibrateur astable, est relié au monostable 52 pour commander le début de chaque impulsion. Et la durée des impulsions du monostable 42 comporte une partie fixe et une partie sensiblement proportionnelle à l'écart fourni par la sortie de l'amplificateur 41. Ce sont ces 35 impulsions de commande qui sont appliquées au moyen interrupteur de puissance 11 pour définir les instants d'alimentation du moteur M.

Par ailleurs, les mêmes impulsions de commande sont appliquées avec la sortie du comparateur 14 à une porte NI 45, qui 40 commande le contact 401 de l'échantillonneur-bloqueur 40 à travers un élément à retard 46. Sous l'action de cette porte NI 45, le contact 401 n'est fermé que lorsque premièrement le moteur à courant continu n'est pas alimenté, et secondement il n'y a pas de surtension négative à ces bornes (ceci étant défini 45 par le comparateur 14), après un léger retard défini par l'élément à retard 46).

Les figures 5a à 5d illustrent les formes d'onde en différents points du circuit de la figure 4. La figure 5 a montre la sortie périodique du multivibrateur astable 43. La figure 5b montre la 50 sortie du monostable 42 qui définit les instants d'alimentation du moteur. On voit que la durée des impulsions fournies en sortie du monostable 42 est variable, mais que le début de ces impulsions se place à des intervalles de temps fixes définis par le multivibrateur astable 43.

55 La figure 5c illustre la forme d'onde aux bornes de l'induit du moteur M. Pendant chaque impulsion de commande, la tension d'induit est de + 24 volts. Immédiatement après chaque impulsion de commande, on retrouve une surtention négative d'induit, puis une remontée progressive jusqu'à la force électro-60 motrice du moteur.

Comme précédemment, on suppose qu'après la première impulsion d'alimentation 50, il s'est produit une augmentation temporaire des frottements secs de la charge et d'où est résultée une diminution de la vitesse du moteur. Dans ces conditions, au 65 cours de palier 51 qui suit la première impulsion de commande 50, la tension d'induit remonte à une valeur qui est légèrement plus faible que la valeur 52 qui était présente avant l'impulsion 50.

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Peu après la surtension négative, l'échantillonneur-bloqueur 40 est commandé par la porte NI 45 pour prélever la tension proportionnelle à la force électromotrice du moteur. La tension mise en mémoire sur Péchantillonneur 40 est représentée sur la figure 5d. Jusqu'à la première surtension négative, elle présentait la valeur 52. A partir de ce moment, elle présente la valeur 51 qui est légèrement plus faible.

La sortie de l'amplificateur comparateur 41 fournit une tension égale à la différence entre la tension emmagasinée et la tension de consigne. Lorsque ces deux valeurs sont égales, le monostable 42 fournit une impulsion de durée égale à la partie fixe déjà citée (impulsion 53 de la figure 5b). Lorsque la tension de l'échantillonneur-bloqueur prend la valeur 51, plus faible que la valeur de consigne, le monostable 42 fournit alors une impulsion 54 de durée légèrement prolongée. Il s'ensuit que l'énergie moyenne fournie au moteur est plus grande et que celui-ci va remonter à la vitesse de rotation désirée. C'est ce qui se produit au cours des cycles suivants, où l'on voit sur la figure 5c que la force électromotrice recouvre la valeur 52. Dans ces conditions, sur la figure 5b, les impulsions de commande retrouvent la durée de l'impulsion de commande 53 initiale.

Si l'on compare maintenant les réalisations des figures 1 et 4, il apparaît que dans le premier cas, c'est l'instant de commande des impulsions qui est avancé ou retardé en fonction de l'écart entre la force électromotrice du moteur et la tension de référence. Il s'ensuit des variations du taux de répétition des impulsions d'alimentation appliquées au moteur. Dans le second cas, le taux de répétition est fixe et défini par le multivibrateur astable 43. Et c'est la durée des impulsions qui est modifiée en fonction de l'écart entre la force électromotrice du moteur et la tension de référence.

De façon très simple, on peut combiner les deux effets en agissant à la fois sur la durée des impulsions et sur leur taux de répétition. Il suffirait à cet effet de remplacer le multivibrateur astable 43 de la figure 4 par un monostable déclenché, et de constituer une voie de commande du type de celle de la figure 1 entre les condensateurs 16 et ce multivibrateur monostable déclenché. Dans cette variante, la sortie du comparateur 14 commanderait encore un interrupteur du type de l'interrupteur 15 de la figure 1, monté entre le point commun du condensateur 16 et de la résistance 17 et la ligne à + 24 volts.

L'utilisation d'impulsions de durée constante à taux de répétition variable (premier type de réalisation) permet au moteur de surmonter un couple de frottement sec relativement important même à basse vitesse. En effet, chaque impulsion d'alimentation correspond alors à un choc donné au moteur. L'inertie du moteur lui permet de conserver sa vitesse de rotation entre deux impulsions d'alimentation. Et, lorsque cette vitesse tend à décroître, on rapproche entre elles les impulsions d'alimentation. Le mode de réalisation de la figure 3, qui utilise ce principe, a donné satisfaction pour des moteurs de petite taille (puissance 30 Watts environ) fonctionnant jusqu'à la très basse vitesse de 4 tours par minute en entraînant un réducteur comportant d'importants points durs.

Pour avoir un temps de réponse connu, il peut s'avérer plus intéressant d'utiliser, selon le second type de réalisation, des variations de la durée des impulsions, soit comme cela a été décrit à propos de la figure 4 en donnant aux impulsions d'alimentation un taux de répétition constant, soit même en donnant à ces impulsions un taux de répétition qui est également ajustable, ce qui combine les avantages des deux modes de réalisation.

En référence à la figure 6, on décrira maintenant une commande bidirectionnelle réalisable avec deux dispositifs de commande, ou pour commander la vitesse du moteur, on utilise des impulsions d'alimentation à + 24 volts et des impulsions d'alimentation à — 24 volts (commande bidirectionnelle).

Sur la figure 6, on retrouve le moteur M, un premier dispositif anti-surtension constitué de la diode 13 vers le + 24 volts, et un second dispositif anti-surtension constitué de la diode 113 vers le — 24 volts. Dans la partie haute de la figure, on retrouve 5 également la plupart des composants du schéma de principe de la figure 1, qui ne seront donc pas décrits à nouveau. Comme sur la figure 1, ces éléments sont branchés sur la ligne d'alimentation à + 24 volts.

Dans la partie basse de la figure, on retrouve un circuit de io constitution identique, mais branché à partir d'une ligne d'alimentation à — 24 volts. Les éléments bas de la figure 6 portent la même référence que les éléments hauts homologues, plus le chiffre des centaines 1.

On notera que l'interrupteur de puissance 111 reçoit l'ali-15 mentation de — 24 volts. Le comparateur 118 fonctionne à l'envers de son homologue 18: celui-ci agira lorsque la tension du condensateur 16 devient inférieure à la valeur de consigne ; le premier 118 agit lorsque la tension du condensateur 116 devient supérieure à la valeur de consigne.

20 II en est de même pour les comparateurs auxiliaires 14 et 114, qui détectent la non-conduction des diodes 113 et 13, respectivement.

Le premier force le condensateur 16 à + 24 volts tant que la tension d'induit est négative, et inférieure à — 24 volts. 25 De son côté, le comparateur auxiliaire 114 force le condensateur 116 à — 24 volts tant que la tension d'induit est positive, et supérieure à + 24 volts.

Donc, quoiqu'il arrive, le condensateur 16 se déchargera de + 24 volts à la valeur de la force électromotrice du moteur, et le 30 condensateur 116 se chargera de — 24 volts à la force électro-motrice du moteur. Comme les comparateurs 18 et 118 fonctionnent en sens inverse autour de la valeur de consigne, seul l'un de ces comparateurs va agir suivant le sens de l'écart entre la force électromotrice du moteur et la valeur de consigne. 35 Et le comparateur agissant pourra exciter le monostable 10 ou le monostable 110, suivant que la vitesse réelle est plus faible ou plus forte que la vitesse désirée (on suppose ici que le moteur tourne dans le sens correspondant à une tension d'alimentation d'induit généralement positive).

40 Un multivibrateur astable 20 produit des impulsions régulièrement espacées 60 alternant avec des impulsions 160. La porte ET 19 ne prend en considération le signal de comparaison 18 qu'à l'instant d'une impulsion 60 ; de même, la porte ET 119 ne réagit à la sortie du comparateur 118 que pendant les impulsions 45 160. Cette alternance rend impossible l'enclenchement simultané des interrupteurs de puissance 10 et 110 ; il reste à se prémunir contre l'enclenchement d'une voie alors que l'autre est déjà enclenchée ; c'est l'objet des inhibiteurs 61 et 161. Dès qu'une voie est enclenchée, ceux-ci mettent le condensateur 16 ou 116 so de l'autre voie à son potentiel de repos (24 volts positifs ou négatifs, respectivement).

Le circuit de la figure 6 permet bien un fonctionnement bidirectionnel, puisque la régulation de vitesse est effective quelque soit le sens de rotation du moteur.

55 Le dispositif de commande bidirectionnelle qui vient d'être décrit était réalisé suivant le schéma de la figure 1. Bien entendu, on peut également transposer le schéma de la figure 4 pour une commande bidirectionelle.

On peut remplacer le dispositif d'interdiction réciproque 60 branché entre les monostables 10 et 110, y compris les portes ET 19 et 119, par des seuils de sens opposé placés entre la tension de consigne et les comparateurs 18 et 118. Cela donne toutefois une régulation légèrement moins bonne autour de la vitesse désirée.

65 Une autre variante de commande bidirectionnelle consiste à réserver a priori à chaque polarité des impulsions d'alimentation du moteur des intervalles de temps égaux et alternés. Pendant un premier intervalle de temps, seuls les moyens interrupteurs

de puissance 11 seraient autorisés à alimenter le moteur; pendant un second intervalle de temps, seuls les moyens interrupteurs de puissance 111 seraient autorisés à alimenter le moteur dans l'autre sens, et ainsi de suite.

7 626 759

Dans ce cas, pour un écart nul entre la force électromotrice du moteur qui représente sa vitesse et la tension de référence, on pourra avoir des impulsions d'alimentation de sens opposés qui se succèdent aux bornes du moteur, et se neutralisent pour 5 en maintenir la vitesse.

C

4 feuilles dessins

Claims (8)

626 759 ? REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande de la vitesse d'un moteur à courant continu, comprenant une source d'impulsions de commande ajustables, des moyens interrupteurs de puissance pour appliquer, suivant ces impulsions de commande, des impulsions d'alimentation à l'induit du moteur à courant continu, un moyen détecteur de la tension aux bornes de l'induit, et un moyen régulateur pour commander la source d'impulsions en fonction de la relation entre la tension d'induit détectée et une valeur de consigne, caractérisé par le fait que le moyen détecteur est agencé pour réagir à un paramètre électrique d'induit pour recevoir la tension d'induit lorsque le courant d'induit s'annule sensiblement, en dehors des impulsions d'alimentation.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen détecteur comprend un filtre passe-bas connecté directement aux bornes de l'induit du moteur, même pendant les impulsions d'alimentation, et que le moyen régulateur comprend un comparateur de la tension de sortie du filtre à la valeur de consigne, la sortie du filtre passe-bas approchant ainsi par valeurs supérieures la force électromotrice du moteur à courant d'induit nul.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen détecteur comprend en outre un comparateur auxiliaire couplé à l'induit du moteur pour y détecter les surtensions inverses consécutives à chaque impulsion d'alimentation, et un interrupteur auxiliaire couplé à ce comparateur auxiliaire et branché sur le filtre passe-bas pour maintenir la sortie de ce dernier à un potentiel haut pendant lesdites surtensions inverses, la tension de sortie du filtre décroissant ensuite progressivement jusqu'à une valeur égale à la force électromotrice du moteur.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen détecteur comprend en outre un comparateur auxiliaire couplé à l'induit du moteur pour y détecter les surtensions inverses consécutives à chaque impulsion d'alimentation, un moyen logique pour produire un signal d'activation en dehors des impulsions d'alimentation du moteur et après les surtensions inverses qui leur font suite, et un échantillonneur-blo-queur relié à la sortie du filtre passe-bas et commandé par ce moyen logique, la tension emmagasinée dans l'échantillonneur-bloqueur étant ainsi représentative de la force électromotrice du moteur.

5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que le comparateur auxiliaire est agencé pour détecter aussi les tensions légèrement positives aux bornes de l'induit, ce qui maintient la sortie du filtre passe-bas à son potentiel haut pour ces tensions légèrement positives.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la source d'impulsions de commande comprend un multivibrateur monostable déclenché et que le moyen régulateur agit sur l'instant de déclenchement de ce multivibrateur.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la source d'impulsions de commande comprend un multivibrateur monostable à durée d'impulsion commandée, et que le moyen régulateur agit sur la durée d'impulsion du multivibrateur monostable.

8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le multivibrateur monostable déclenché est constitué de deux amplificateurs comparateurs dont l'un fournit la sortie monostable et reçoit comme entrées d'une part la sortie du comparateur constituant le moyen régulateur et d'autre part la tension d'un diviseur de tension, et l'autre reçoit comme entrées d'une part la sortie du premier et d'autre part la tension du même diviseur de tension, tandis que sa sortie est reliée par une résistance à ce même diviseur de tension.