La présente invention concerne un dispositif générateur d'un signal tachymétrique comportant une génératrice électrique à collecteur rotatif et à balais, fournissant une tension de mesure proportionnelle à la vitesse de rotation du collecteur.
Les génératrices tachymétriques sont largement utilisées dans les entraînements électriques avec asservissement pour mesurer la vitesse instantanée de rotation d'un moteur électrique ou d'un axe de transmission.
Selon une forme de réalisation usuelle, ces génératrices comportent une structure similaire à celle d'un moteur à courant continu dans lequel le stator engendre un champ stationnaire créé par un aimant permanent ou par un enroulement alimenté à courant constant, et un rotor porte un bobinage relié à un commutateur. Le commutateur comporte un collecteur rotatif à lamelles reliées à différentes parties de l'enroulement rotorique, et des balais fixes solidaires du stator, entre lesquels apparaît le signal tachymétrique. L'ensemble balais-collecteur réalise entre des surfaces qui glissent les unes sur les autres, un contact électrique qui, dans le cas idéal, serait un contact permanent et continu.
Dans la pratique, on constate qu'il est très difficile de maintenir en permanence un contact parfait entre les balais et le collecteur, notamment lorsque les balais sont de très petites dimensions et sont réalisés en métal précieux. Il s'avère qu'il se produit des interruptions de contact généralement très brèves qui conduisent à de brusques chutes du signal tachymétrique de sorte que ce signal présente des parasites de brève durée. Ces parasites sont particulièrement gênants lorsque la génératrice est utilisée dans un boucle d'asservissement, car ils peuvent perturber sensiblement le bon fonctionnement de la régulation.
Pour remédier à cet inconvénient, il a été envisagé de filtrer le signal tachymétrique de manière à diminuer les effets des dits parasites. Toutefois, une telle solution conduit à une forte limitation de la bande passante pour le signal tachymétrique et elle est donc inapplicable pour des dispositifs d'entraînement à hautes performances. Ceci est notamment le cas dans certaines applications en robotique, dans lesquelles le signal tachymétrique doit également servir à amortir des vibrations dans la chaîne cinématique liées aux fréquences propres des différents organes de la structure mécanique.
L'invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés et à fournir un dispositif réalisable sous une forme simple et économique, permettant d'obtenir un signal tachymétrique exempt de parasites dûs à des interruptions de contact au niveau du collecteur de la génératrice.
A cet effet, le dispositif générateur selon l'invention comporte un circuit de maintien de la valeur de la tension de mesure pendant des interruptions accidentelles de celle-ci, résultant d'un défaut de contact électrique entre balais et collecteur, ce circuit étant agencé de façon que sa bande passante pour le signal tachymétrique s'étende, en dehors des périodes desdites interruptions, jusqu'à une fréquence limite supérieure égale ou supérieure à 1 kHz.
Selon une forme de réalisation préférée, le circuit de maintien comporte un condensateur connecté en série avec la résistance interne de la génératrice et le dispositif comporte un circuit de mesure à impédance d'entrée très élevée auquel est appliqué la tension apparaissant aux bornes dudit condensateur. Une résistance de très grande valeur peut en outre être branchée en parallèle audit condensateur.
Les caractéristiques précitées ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description donnée ci-après d'exemples de réalisation expliqués et illustrés à l'aide du dessin annexé, dans lequel:
- la figure 1 représente le schéma électrique d'un dispositif générateur tachymétrique connu,
- les figures 2 A et 2 B illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 est un schéma électrique d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention,
- les figures 4 A et 4 B illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 3,
- la figure 5 est un schéma électrique d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention, et
- la figure 6 est un schéma électrique d'un exemple d'application du présent dispositif.
La figure 1 montre une génératrice tachymétrique G produisant une tension Ut proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre de la génératrice et fournissant un courant it à un circuit extérieur résistif formé essentiellement par des résistances R1 et R2 constituant une charge externe pour la génératrice. Un signal de tension U1 est recueilli aux bornes de la résistance R2 et appliqué à une entrée d'un amplificateur A1 dont la tension de sortie est désignée par Us.
Dans un tel dispositif, lorsque le courant it subit une brève interruption par défaut de contact au niveau du collecteur de la génératrice, la tension Ut tombe également à zéro pendant un lapse de temps correspondant tel que cela est illustré à la figure 2 A aux instants t1, t2 et t3.
Ces chutes de la tension Ut se répercutent de façon tout à fait similaire dans le signal tachymétrique de sortie du dispositif Us. Ces perturbations vont donc se propager à l'aval du circuit de la figure 1 et provoquer les inconvénients mentionnés plus haut.
La figure 3 montre un premier exemple de réalisation du présent dispositif qui permet de remédier à ce défaut.
La génératrice tachymétrique G est reliée, selon la figure 3, non plus à une charge résistive mais à un condensateur C1. La résistance interne de la génératrice est représentée par une résistance Ri qui est formé essentiellement par la résistance du bobinage et la résistance de contact entre les balais et le collecteur. Cette résistance interne est normalement de faible valeur et correspond sensiblement à la résistance du bobinage. La capacité du condensateur C1 est choisie de préférence de telle sorte que la constante de temps électrique Ri.C1 soit relativement faible, soit par exemple de quelques microsecondes. L'amplificateur utilisé est un amplificateur opérationnel A2 ayant une impédance d'entrée très élevée.
Dans ces conditions, le circuit connecté à la génératrice tachymétrique constitue un circuit de maintien de la valeur de la tension Ut pendant les périodes d'interruption dues à un mauvais contact momentané au niveau du collecteur. Il a pour effet de maintenir la tension Uc aux bornes du condensateur C1 ainsi que la tension de sortie Us à des valeurs égales à celles qu'elles possédaient immédiatement avant une période d'interruption, tel que cela est illustré dans les figures 4 A et 4 B. La figure 4 A montre par exemple une interruption se produisant à un instant to pendant une durée ti. Pendant l'intervalle ti, le contact entre les balais et le collecteur étant interrompu, la résistance interne Ri prend soudainement une valeur infinie et plus aucun courant ic ne peut circuler dans le circuit de charge du condensateur C1.
La tension de sortie Us de l'amplificateur opérationnel correspondra ainsi pendant toute la durée de l'interruption à la valeur qu'elle avait à l'instant to et ne présentera pas de discontinuité.
Il est à remarquer que, pendant le fonctionnement normal du dispositif, c'est-à-dire en l'absence d'interruptions accidentelles au niveau du collecteur de la génératrice, la bande passante pour le signal tachymétrique, n'est pratiquement pas affectée par le présent circuit, le dimensionnement de la capacité C1 étant tel que la fréquence limite supérieure de cette bande passante est au minimum égale à 1 kHz et prend dans la pratique en général des valeurs nettement supérieures. Par exemple, pour des valeurs de la résistance interne de la génératrice de l'ordre de 500 à 1000 Ohm, on utilise de préférence des condensateurs d'une capacité de l'ordre de 10 nF. On notera que dans ces conditions, le courant à fournir par la génératrice est évidemment extrêmement faible, d'autant plus que l'impédence d'entrée de l'amplificateur opérationnel est très élevé.
La figure 5 montre une autre forme de réalisation du présent dispositif, selon laquelle une résistance R5 de très haute valeur est branchée en parallèle au condensateur de maintien désigné par C2. Ceci permet d'éviter que la tension d'entrée de l'amplificateur opérationnel, désigné par A3, ait des valeurs indéfinies en cas de rupture physique de la liaison électrique entre le collecteur de la génératrice et les balais. La résistance R5 a de préférence une valeur de l'ordre du Mégohm. En cas de rupture des fils de liaison entre la génératrice et le circuit de mesure, la tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel est progressivement ramené à zéro du fait de la présence de la résistance R5.
La figure 6 illustre un cas d'application du présent dispositif selon lequel ce dispositif fait partie d'une boucle de régulation de vitesse d'un moteur électrique. Un moteur M, par exemple un moteur à courant continu, est alimenté par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance A5. L'axe du moteur est solidaire de l'axe d'une génératrice G de sorte que le signal Ut fourni par cette dernière est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur. Ce signal est appliqué à l'entrée d'un amplificateur opérationnel A4 qui fait également office d'amplificateur de régulation. Un condensateur C3 est connecté d'une façon analogue au condensateur C1 de la figure 3 de manière à éliminer les effets d'éventuels parasites provoqués par des interruptions de contact électrique au niveau du commutateur de la génératrice.
Une tension Ur ayant une valeur de consigne est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance R7 à une deuxième entrée de l'amplificateur A4. Une éventuelle différence entre la valeur de consigne Ur et la valeur de la tension Ut du signal tachymétrique est détectée et amplifiée par l'amplificateur A4 qui génère un signal de correction appliqué à son tour à l'amplificateur de puissance A5. Un circuit de contre-réaction Z1 est dimensionné de la manière usuelle suivant les conditions particulières de l'application.