CH640090A5

CH640090A5 - CONTROL DEVICE FOR A DIRECT CURRENT MOTOR.

Info

Publication number: CH640090A5
Application number: CH845780A
Authority: CH
Inventors: Edmond Butschi; Walter Fuerst
Original assignee: Mefina Sa
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB2088098A; BR8107274A; SE8106753L; NL8104917A; IT8168482A0; ES507113A0; ES8301399A1; FR2494522A1; ZA817497B; JPS57110091A; DE3145826A1; AU7748181A

Description

L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif de commande ne présentant pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif de commande est agencé pour founir des impulsions dont le début coïncide avec le passage par zéro de la tension de la source et dont la durée est inférieure à celle d'une alternance. The invention aims to allow the realization of a control device not having the aforementioned drawbacks. This object is achieved thanks to the fact that the control device is arranged to provide pulses whose start coincides with the zero crossing of the source voltage and whose duration is less than that of an alternation.

Le dessin annexé représente schématiquement, et à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif de commande du moteur à courant continu faisant l'objet de l'invention, dans le cas d'un moteur d'actionnement d'une machine à coudre. The accompanying drawing shows schematically, and by way of example, an embodiment of the device for controlling the DC motor forming the subject of the invention, in the case of a motor for actuating a machine to sew.

La fig. 1 représente schématiquement l'ensemble du dispositif de commande du moteur. Fig. 1 schematically represents the entire engine control device.

La fig. 2 représente le schéma du circuit de commande. Fig. 2 shows the diagram of the control circuit.

En référence à la fig. 1, un moteur (M) est alimenté à partir d'une source 1 de courant alternatif par l'intermédiaire d'un circuit 2 de commande. Ce circuit de commande est piloté par un circuit 3 de contrôle. With reference to fig. 1, a motor (M) is supplied from an alternating current source 1 via a control circuit 2. This control circuit is controlled by a control circuit 3.

Le circuit de contrôle reçoit plusieurs signaux, à savoir: The control circuit receives several signals, namely:

— un signal SI de synchronisation, - a synchronization signal SI,

— un signal S2 de mesure du courant circulant dans le moteur - a signal S2 for measuring the current flowing in the motor

M' Me

— un signal S3 de la vitesse réelle du moteur, ce signal étant fourni par un capteur 4 entraîné par le moteur M, A signal S3 of the actual speed of the motor, this signal being supplied by a sensor 4 driven by the motor M,

— un signal S4 de consigne de la vitesse prescrite, ce signal étant fourni par un circuit 5, A signal S4 for setting the prescribed speed, this signal being supplied by a circuit 5,

— un signal S5 de commande de réglage de l'alimentation du moteur, et - a signal S5 for controlling the supply of the motor, and

— un signal S6 de mise en circuit ou hors circuit de l'alimentation du moteur M. - a signal S6 to switch on or off the power supply to the motor M.

Comme cela est représenté schématiquement à la partie supérieure de la fig. 1, le signal S5 est constitué par des impulsions d'allure générale rectangulaire, dont le début coïncide avec le début d'une alternance. Le début des impulsions S5 est déclenché par le signal de synchronisation SI qui peut être obtenu de façon connue à partir de la source 1 de courant alternatif. La durée tc détermine la tension moyenne d'alimentation du moteur. Comme le circuit de commande comprend un redresseur à deux alternances, la fréquence des impulsions S5 est de 100 Hz dans le cas d'une alimentation par un réseau à 50 Hz. As shown schematically in the upper part of FIG. 1, the signal S5 is constituted by pulses of general rectangular shape, the start of which coincides with the start of an alternation. The start of the pulses S5 is triggered by the synchronization signal SI which can be obtained in known manner from the source 1 of alternating current. The duration tc determines the average supply voltage of the motor. As the control circuit includes a two-wave rectifier, the frequency of the pulses S5 is 100 Hz in the case of a supply by a network at 50 Hz.

Le circuit 3 de contrôle ne sera pas décrit en détail, car il peut être réalisé de différentes manières connues, notamment par un microprocesseur. De toute façon, il doit être adapté à la nature des signaux qui lui sont transmis et qu'il doit fournir. C'est ainsi que le The control circuit 3 will not be described in detail, because it can be produced in various known ways, in particular by a microprocessor. In any case, it must be adapted to the nature of the signals which are transmitted to it and which it must provide. This is how the

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

640 090 640,090

capteur 4 peut être réalisé pour fournir un signal électrique dont la fréquence est représentative de la vitesse du moteur. Toutefois, il existe aussi des capteurs fournissant une tension proportionnelle à la vitesse du moteur. sensor 4 can be produced to supply an electrical signal whose frequency is representative of the speed of the motor. However, there are also sensors providing a voltage proportional to the speed of the motor.

Le circuit 3 de contrôle a pour but d'agir sur la tension d'alimen- s tation pour obtenir du moteur M la vitesse correspondant à la vitesse donnée par le circuit 5. A cet effet, le circuit 3 établit la différence entre les signaux S3 et S4 et commande un accroissement de la durée des impulsions S5 aussi longtemps que la vitesse réelle du moteur est inférieure à la vitesse de consigne donnée par le circuit 5 et io vice versa. Cet accroissement peut être proportionnel à la différence entre les signaux S3 et S4, de façon à obtenir un réglage doux à l'approche de la vitesse désirée. La durée des impulsions S5 est également déterminée en tenant compte de l'intensité du courant circulant dans le moteur M, qui est représenté par le signal S2. Lorsque cette 15 intensité dépasse une valeur prédéterminée, la durée tc est réduite proportionnellement à l'excédent du courant moyen. Si la valeur du signal S2 dépasse pendant un temps prédéterminé ladite valeur, le circuit de contrôle 3 peut supprimer complètement le signal S5. The purpose of control circuit 3 is to act on the supply voltage to obtain from the motor M the speed corresponding to the speed given by circuit 5. To this end, circuit 3 establishes the difference between the signals S3 and S4 and controls an increase in the duration of the pulses S5 as long as the actual speed of the motor is less than the reference speed given by the circuit 5 and vice versa. This increase may be proportional to the difference between the signals S3 and S4, so as to obtain a smooth adjustment when approaching the desired speed. The duration of the pulses S5 is also determined by taking into account the intensity of the current flowing in the motor M, which is represented by the signal S2. When this intensity exceeds a predetermined value, the duration tc is reduced in proportion to the excess of the average current. If the value of the signal S2 exceeds said value for a predetermined time, the control circuit 3 can completely suppress the signal S5.

Le signal S6 est un signal de sécurité. Pour que le moteur puisse 2o tourner, il est nécessaire que S5 et S6 soient présents tous deux. Le signal S6 apparaît lorsque S4 dépasse une valeur prédéterminée signifiant que le moteur doit tourner. Il est présent durant toutes les alternances jusqu'à ce que S4 descende au-dessous de cette valeur prédéterminée, auquel cas, il n'est jamais présent. 25 The signal S6 is a safety signal. In order for the engine to run 2o, it is necessary that both S5 and S6 are present. The signal S6 appears when S4 exceeds a predetermined value signifying that the motor must be running. It is present during all of the alternations until S4 drops below this predetermined value, in which case it is never present. 25

La fig. 2 représente le schéma du circuit de commande du moteur M. Ce moteur reçoit une tension redressée obtenue par un pont redresseur 10 branché aux bornes 6 et 7 d'un réseau alternatif par un interrupteur 8. L'alimentation de ce redresseur 10 est contrôlée par un triac 16 branché en série dans le circuit d'alimentation et com- 30 mandé par un photodiac 17, sans alimentation extérieure. Le photo-diac 17 est piloté par le signal S6 provenant du circuit de contrôle 3 de la fig. 1. Le signal S6 doit donc être présent pour permettre l'alimentation du moteur M. Fig. 2 shows the diagram of the motor control circuit M. This motor receives a rectified voltage obtained by a rectifier bridge 10 connected to terminals 6 and 7 of an alternating network by a switch 8. The supply of this rectifier 10 is controlled by a triac 16 connected in series in the supply circuit and controlled by a photodiac 17, without external supply. The photo-diac 17 is controlled by the signal S6 coming from the control circuit 3 of FIG. 1. The signal S6 must therefore be present to supply the motor M with power.

Les bornes de sortie du redresseur 10 sont connectées à un mon- 35 tage en série comprenant le moteur M, un élément semi-conducteur 11 et une résistance R3. Cette dernière est prévue pour mesurer le courant circulant dans le moteur M. La chute de tension due au passage de ce courant est appliquée à une photodiode 13 qui produit le signal lumineux S2. The output terminals of the rectifier 10 are connected to a series circuit comprising the motor M, a semiconductor element 11 and a resistor R3. The latter is provided for measuring the current flowing in the motor M. The voltage drop due to the passage of this current is applied to a photodiode 13 which produces the light signal S2.

L'élément 11 est un élément à transconductance et à faible résistance interne à l'état conducteur, par exemple, celui connu sous la désignation Hexfet IRF 830. L'électrode de commande 9 de l'élément 11 est pilotée par le signal S5 qui est transmis par le circuit de contrôle 3 de la fig. 1 sous la forme d'un signal lumineux. Ce signal S5 attaque un phototransistor 12 qui produit une chute de tension sur une résistance R2, cette tension étant transmise par une diode D à l'électrode 9. Entre l'électrode 9 et la borne négative du redresseur 10 est branché un condensateur 14 en parallèle avec un transistor FET 15. Element 11 is a transconductance element with low internal resistance in the conductive state, for example, that known under the designation Hexfet IRF 830. The control electrode 9 of element 11 is controlled by the signal S5 which is transmitted by the control circuit 3 of fig. 1 in the form of a light signal. This signal S5 attacks a phototransistor 12 which produces a voltage drop on a resistor R2, this voltage being transmitted by a diode D to the electrode 9. Between the electrode 9 and the negative terminal of the rectifier 10 is connected a capacitor 14 in parallel with an FET transistor 15.

Le transistor 15 est branché selon un schéma connu pour laisser passer un courant constant dans une gamme déterminée de tension. Ainsi, lorsqu'une impulsion lumineuse du signal S5 rend le phototransistor 12 conducteur, le condensateur 14 est chargé et l'élément semi-conducteur 15 devient conducteur. A la fin de l'impulsion lumineuse, le condensateur 14, qui est déconnecté de la résistance R2 par la diode D, se décharge à courant constant dans l'élément 15. La tension aux bornes du condensateur 14 décroît linéairement et commande donc par l'élément semi-conducteur 11 une diminution progressive du courant du moteur pendant l'alternance considérée. La coupure du courant traversant le moteur est donc effectuée progressivement, ce qui évite l'émission de parasites radioélectriques. Il est ainsi possible de renoncer à prévoir un filtre de déparasitage. The transistor 15 is connected according to a known diagram to allow a constant current to pass through a determined range of voltage. Thus, when a light pulse of the signal S5 makes the phototransistor 12 conductive, the capacitor 14 is charged and the semiconductor element 15 becomes conductive. At the end of the light pulse, the capacitor 14, which is disconnected from the resistor R2 by the diode D, discharges at constant current in the element 15. The voltage across the terminals of the capacitor 14 decreases linearly and therefore controls by l 'semiconductor element 11 a gradual decrease in the motor current during the alternation considered. The current through the motor is cut off gradually, which avoids the emission of radio interference. It is thus possible to dispense with the provision of a deworming filter.

Une diode Zener 18 est branchée sur l'élément pour le protéger contre des surtensions éventuelles. Il y a lieu de remarquer que la liaison entre le circuit de contrôle 3 et le circuit de commande 2 est assurée par des signaux lumineux, ce qui donne une séparation galvanique des circuits à basse tension du circuit de contrôle et des éléments sous haute tension dans le circuit de commande. A Zener diode 18 is connected to the element to protect it from possible overvoltages. It should be noted that the connection between the control circuit 3 and the control circuit 2 is ensured by light signals, which gives a galvanic separation of the low voltage circuits of the control circuit and the high voltage elements in the control circuit.

Selon une variante intéressante, on pourrait supprimer la diode D et le transistor 15 de sorte que, après la fin du signal optique S5, le condensateur 14 se décharge exponentiellement dans la résistance R2. La diminution exponentielle du courant d'alimentation du moteur M est aussi avantageuse au point de vue de l'absence de parasites HF. According to an interesting variant, the diode D and the transistor 15 could be eliminated so that, after the end of the optical signal S5, the capacitor 14 discharges exponentially in the resistor R2. The exponential decrease in the supply current of the motor M is also advantageous from the point of view of the absence of HF interference.

R R

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

640,090

1. Control device for a direct current motor (M) supplied by an alternating current source (1) connected to a two-wave rectifier (10), this device comprising a semiconductor element (11) with controlled conductivity , connected in series between the rectifier (10) and the motor (M), means supplying the semiconductor element with control pulses in synchronism with the frequency of the source (1) and the duration of which is determined as a function of the average voltage desired for the motor supply (M), characterized in that it is arranged to supply pulses whose start coincides with the zero crossing of the source voltage (1) and whose duration is lower than that of an alternation.

2. Device according to claim 1, characterized in that the semiconductor element (11) is a transconductance element and with low internal resistance in the conductive state.

2

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises means for supplying pulses of generally rectangular shape ending in a gradually decreasing flank.

4. Device according to claim 3, characterized in that it comprises a control circuit (3) supplying rectangular pulses (55), this control circuit (3) having at least one input for a signal (54) determining the average voltage desired for the motor (M), the rectangular pulse (55) of the control circuit (3) being applied to a control circuit (2) comprising means (14, 15) for giving a slope to the rear flank of the impulse to obtain a gradual decrease in this impulse.

5. Device according to claim 4, characterized in that the said means (14, 15) produce a substantially linear progressive decrease.

6. Device according to claim 4, characterized in that the said means (14, R2) produce a gradual decrease in exponential appearance.

7. Device according to claim 4, characterized in that the control circuit (3) comprises means for forming light control pulses (55) acting on a phototransistor of the control circuit (2), this phototransistor driving the element semiconductor.

8. Device according to claim 4, characterized in that it comprises, for safety reasons, an electronic switch (16, 17) in a series in a supply line of the rectifier (10), this switch being constituted by a triac (16) controlled, without external power supply, by a photodiac (17), this switch being controlled to cut the power supply to the rectifier (10) when the input signal of the control circuit (3) corresponds to a medium voltage below a determined voltage threshold.

9. Device according to claim 4, characterized in that the control circuit (2) comprises a resistor (R3), in series with the semiconductor element (11), the voltage across this resistor (R3) being measured by means of a photodiode (13).

10. Device according to one of claims 4, 7, 8 or 9, characterized in that the control circuit (2) at high voltage of the motor (M) is separated from the control circuit (3) at low voltage, the connection between these two circuits (2 and 3) being carried out by optical signals transmitted by optical fiber.

There are known devices for controlling a direct current motor supplied by an alternating current source connected to a two-wave rectifier, these devices comprising a semiconductor element with controlled conductivity connected in series between the rectifier and the motor, means supplying the semiconductor element with control pulses in synchronism with the frequency of the source and the duration of which is determined as a function of the average voltage desired for the supply of the motor (see for example USA patents Nos. 3309602 and 3523234) .

In these known devices, the adjustment is obtained, in general, by acting on the conduction angle, the ignition of the semiconductor element taking place at any point of the alternation, while the extinction occurs during the zero current of the supply current.

These devices have the drawback of introducing high-frequency components into the current, giving rise to the emission of significant radio interference.

In order to reduce these parasites, it has also been proposed to make a triac or a thyristor conductive throughout the duration of an alternation so that the establishment of the current and respectively its breaking take place during the passage of this current by zero. To adjust the average voltage to the desired value, the conduction of the semiconductor element is only controlled for some of the half-waves (for example in USA patent No. 3670226).

Devices of this kind have the disadvantage of not allowing fine adjustment since it is necessarily performed by successive jumps. In addition, power to the motor can be drawn at a relatively low frequency which causes undesirable jolts on the motor and on the mechanical members driven by it.