EP0013225B1

EP0013225B1 - Dispositif de commande de déplacement en va-et-vient d'un équipage mobile tel qu'un chariot porteur de projecteur électrostatique de produit pulvérisé, sous l'action d'un moteur asynchrone à rotor en cage

Info

Publication number: EP0013225B1
Application number: EP79401037A
Authority: EP
Inventors: Roger Tholomé
Original assignee: Air Industrie SA
Current assignee: Air Industrie SA
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1982-12-15
Also published as: US4335342A; FR2444505A1; DE2964331D1; JPS5592161A; EP0013225A1; FR2444505B1

Description

L'invention se rapporte à un dispositif de commande de déplacement en va-et-vient, à vitesse de régime entre deux positions de consigne d'inversion, d'un équipage mobile à inertie donnée, sous l'action d'un moteur avec un stator à bobinages polyphasés et un rotor à cage d'écureuil dont le sens de rotation est inversé par un moyen de commutation des phases alimentant les bobinages de stator en réponse à des signaux issus de moyens capteurs sensibles à l'arrivée de l'équipage mobile aux deux positions de consigne, de sorte que l'inversion de couple moteur provoque l'inversion du déplacement à vitesse de régime sur une course et dans une durée d'inversion.
Le problème que vise à résoudre la présente invention s'est posé dans le cadre d'installations automatiques de recouvrement électrostatique de pièces par un produit pulvérisé tel par exemple qu'une peinture ou un émail, où les pièces à recouvrir, suspendues à un transporteur, défilent devant des projecteurs électrostatiques et possèdent des dimensions, transversalement à la direction de défilement, telles que l'uniformité du dépôt impose un déplacement en va-et-vient des projecteurs dans la direction transversale au défilement. Dans ce but les projecteurs sont montés sur un chariot qui peut se déplacer le long d'un dispositif de guidage.
La solution du problème implique que le chariot se déplace en va-et-vient à vitesse de régime, correspondant à un balayage de la pièce qui assure un recouvrement uniforme, entre deux positions de consigne d'inversion, réglables pour correspondre à un balayage sur la dimension transversale de la pièce. Les inversions de sens de déplacement, commandées par l'arrivée du chariot aux positions de consigne, doivent se faire sur une course et dans une durée faibles devant la course et la durée de déplacement à vitesse de régime, sans toutefois correspondre à des accélérations trop élevées génératrices de chocs ou d'efforts nuisibles à la bonne tenue du matériel. Il est clair que, pour permettre des cadences de production élevées, les inversions seront fréquentes, couramment de plusieurs milliers par heure.
Par ailleurs, en raison de l'inflammabilité de la plupart des produits de recouvrement, il est nécessaire que le matériel ne produise pas d'étincelles ou d'arcs susceptibles d'enflammer les produits pulvérisés. Enfin il va de soi que les coûts de fabrication et d'utilisation du matériel doivent être raisonnablement faibles.
Il est à remarquer que, d'une façon générale, la puissance nécessaire au déplacement à vitesse de régime d'un équipage mobile tel qu'un chariot porteur de projecteurs électrostatiques est facilement d'un ordre de grandeur plus faible que la puissance nécessaire pendant la durée d'inversion, de sorte que ce sont les conditions d'inversion qui vont principalement déterminer les dimensions des éléments du dispositif de commande de déplacement.
Des dispositifs à transmission hydraulique pourraient répondre à la plupart des exigences précitées, mais, notamment en raison des puissances nécessaires pendant les périodes d'inversion, et des complexités inhérentes aux transmissions hydrauliques, ces dispositifs sont trop onéreux pour être utilisables couramment.
Le brevet FR-A-2 314 773 proposait une approche différente du problème posé. Le chariot étant entraîné le long d'une glissière par un moteur asynchrone par l'intermédiaire d'une transmission à chaîne, des ressorts de récupération étant disposés aux positions de consigne d'inversion. L'alimentation du moteur d'entraînement était coupée lorsque le chariot arrivait à une position de consigne d'inversion où il prenait contact avec le ressort de récupération correspondant ; l'énergie cinétique des éléments mobiles, chariot et rotor du moteur était emmagasinée dans le ressort de récupération lors du freinage des éléments mobiles ; la détente consécutive du ressort lançait les éléments mobiles en sens inverse et simultanément la commutation des phases d'alimentation du moteur, puis en fin de détente du ressort, la réalimentation du moteur lancé sensiblement à sa vitesse de régime permettait une course de retour à vitesse de régime, sans qu'il y ait de puissance absorbée par le moteur pendant la phase d'inversion. Toutefois cette disposition ne permet pas un réglage aisé et rapide des positions de consigne d'inversion, ce réglage impliquant une intervention sur le bâti de glissière pour modifier les positions de consigne, et ne peut être adopté que pour des installations destinées au recouvrement de grandes séries de pièces simples de dimensions analogues.
L'utilisation d'inverseurs mécaniques entre moteur et chariot suppose l'utilisation d'embrayages progressifs pour éviter les chocs et blocages, et ces embrayages, dont la progressivité est difficile à régler absorbent, à chaque inversion, deux fois l'énergie cinétique de l'équipage mobile à vitesse de régime. On ne peut obtenir en général de disposition fiable qu'à un prix excessif.
Pratiquement, pour résoudre le problème que vise spécifiquement la présente invention, on envisage la disposition selon laquelle l'équipage mobile, coulissant sur une glissière, est entraîné par un moteur électrique rotatif par l'intermédiaire d'une transmission positive, telle que chaîne et pignons, et l'inversion de va-et-vient de l'équipage aux positions de consigne d'inversion est obtenue par commande électrique de l'inversion du sens de rotation du moteur, de façon à profiter de la souplesse et des facilités de commande à distance, inhérentes aux commandes électriques, qui ne font intervenir dans l'ensemble que des éléments peu onéreux et disponibles commercialement, tandis que la réalisation de l'équipage mobile, du bâti porte glissière, et de la transmission entre moteur et équipage mobile est simplifiée à l'extrême.
Il est à noter que, en raison de la transmission positive entre moteur et équipage mobile, l'énergie absorbée lors de l'inversion résulte des inerties couplées de l'équipage mobile et du rotor du moteur, l'énergie étant essentiellement dégradée dans le moteur, de sorte que le rendement d'inversion décroît lorsque l'inertie du rotor croît, mais par contre la capacité de dissipation d'énergie du moteur, sensiblement proportionnelle à sa puissance nominale, croît avec les dimensions du moteur et donc avec l'inertie du rotor. On conçoit qu'il existe un rapport optimal entre les inerties de l'équipage mobile et du rotor, dans une gamme de moteurs où le rapport de l'inertie de rotor à la puissance nominale reste constant ; ceci est à rapprocher du problème connu de l'adaptation des impédances de source et de charge en vue d'une transmission optimale de puissance.
De ce point de vue les moteurs à courant continu, dont il est certain par ailleurs que le contrôle de vitesse et partant des conditions d'inversion est aisé à réaliser, présentent à puissance donnée des inerties de rotor considérables et notamment très supérieures à celles des moteurs asynchrones à cage, de sorte que pratiquement l'adaptation à l'inertie d'un équipage mobile n'est pas possible, et que l'essentiel de l'énergie dégradée lors d'une inversion est l'énergie cinétique du rotor lui-même. En outre le rotor et son collecteur ne peuvent supporter des surintensités répétées et élevées dues aux inversions. Enfin le collecteur est le siège d'étincelles, ce qui nécessite, dans des atmosphères explosives, l'usage des moteurs fermés ou protégés dont le refroidissement est médiocre. On notera que les moteurs à courant alternatif à collecteurs, présentent les mêmes inconvénients que les moteurs à courant continu, pour des performances en général plus faibles.
On est conduit à la conclusion que, dans l'état actuel de la technique, seuls les moteurs asynchrones à rotor en cage d'écureuil et stators polyphasés présentent des performances de couple et d'inertie de rotor qui se rapprochent des performances nécessaires à la solution du problème posé. Ces moteurs sont d'un prix raisonnable, en raison de la simplicité relative de leur construction, et du grand développement qu'ils connaissent. Ceci sera corroboré par la consultation de catalogues de constructeurs de moteurs électriques, dans lesquels un homme du métier trouve les renseignements nécessaires pour le choix de moteurs à démarrages fréquents, ou fonctionnant en inversion.
Cependant il apparaît qu'en utilisant les moteurs asynchrones polyphasés selon les données des constructeurs le problème spécifique de la présente invention ne peut être résolu, notamment parce que ces moteurs sont incapables de supporter des inversions de sens de rotation à la cadence requise, la cadence maximale donnée par les constructeurs pouvant être d'un ordre de grandeur plus faible que cette cadence requise.
Aussi, pour résoudre le problème posé, l'invention propose un dispositif de commande de déplacement en va-et-vient, à vitesse de régime entre deux positions de consigne d'inversion, d'un équipage mobile d'inertie donnée, notamment chariot porteur de projecteurs électrostatiques de produits pulvérisés de recouvrement de pièces, sous l'action d'un moteur asynchrone avec un stator à bobinages polyphasés et un rotor à cage d'écureuil dont le sens de rotation est inversé par un moyen de commutation des phases alimentant le stator en réponse à des signaux issus de moyens capteurs sensibles à l'arrivée de l'équipage mobile aux deux positions de consigne, le moteur étant équipé de moyens réducteurs d'intensité dans les bobinages statoriques, en soi connus et prévus pour être actifs pendant le démarrage, caractérisé en ce que le moteur étant choisi avec un couple de régime et une puissance nominale sensiblement égaux respectivement au couple nécessaire pour produire l'inversion de course de l'équipage mobile en une durée choisie, et à la puissance absorbée par cet équipage mobile en couplage avec le rotor pendant cette durée d'inversion, les moyens réducteurs d'intensité sont couplés en permanence en position active quel que soit le régime du moteur et sont adaptés à limiter l'intensité dans les bobinages de stator en sorte que le couple de démarrage soit égal au couple nécessaire précité.
Il est bien connu d'équiper un moteur asynchrone polyphasé de moyens réducteurs d'intensité dans les bobinages statoriques, qui agissent pendant la période de démarrage en sorte que la surintensité de démarrage soit réduite à une valeur peu supérieure à l'intensité en régime nominal du moteur, tandis que le couple de démarrage reste suffisant pour que la vitesse de rotation du moteur croisse jusqu'à une valeur où la suppression de l'action des moyens réducteurs d'intensité provoque une surintensité faible tandis que le moteur acquiert sa vitesse de régime. Mais un homme du métier ne laisserait jamais les moyens réducteurs d'intensité en activité passée la période de démarrage du moteur, en raison de ce que le moteur ne peut atteindre son régime nominal lorsque les moyens réducteurs d'intensité sont actifs, et risque de chauffer à l'excès. Cependant, l'analyse serrée des conditions de fonctionnement du dispositif de commande de déplacement qu'a faite la Déposante, et qui a été évoquée précédemment, a mis en lumière le fait que la puissance demandée au moteur au cours des déplacements à vitesse de régime de l'équipage mobile était suffisamment basse vis-à-vis de la puissance nominale d'un moteur choisi dans les modèles proposés par les constructeurs pour répondre aux conditions de rapport optimal des inerties, pour que le moteur atteigne une vitesse de régime malgré la position active des réducteurs d'intensité, tandis que l'inversion de rotation du moteur, qui correspond à peu près à une absorption d'énergie double de celle requise par un démarrage pouvait être répétée aux cadences nécessaires sans échauffement anormal du moteur.
Compte tenu de ce que l'échauffement d'un moteur est lié au couple utile qu'il fournit, on peut poser en règle pratique qu'il faut choisir le moteur de sorte que son couple nominal en régime permanent, tel qu'indiqué par les constructeurs soit égal au couple nécessaire pour produire l'inversion en une durée choisie tenant compte des accélérations maximales que peut supporter l'équipage mobile, et de ce que peut supporter le processus mis en oeuvre par le va-et-vient de temps morts où l'équipage se déplace à vitesse décroissante puis croissante. Les moyens réducteurs d'intensité sont donc adaptés à limiter l'intensité dans les bobinages de stator en sorte que le couple de démarrage du moteur soit égal au couple nécessaire précité. Ainsi le moteur ne subira pas d'échauffement excessif du fait des inversions fréquentes, sans que le processus auquel est destiné le dispositif de commande de déplacement soit mal exécuté.
En disposition préférée pour des dispositifs simples et économiques les moyens réducteurs sont constitués par un commutateur de couplage des bobines de stator étoile/triangle, commutateur fixé en position étoile.
Les démarreurs à couplage étoile/triangle sont bien connus, et constituent une solution simple pour le démarrage de moteurs asynchrones polyphasés dont les bobinages sont alimentés à 0,6 fois environ leur tension nominale au cours du démarrage et appellent ainsi un courant de démarrage réduit. On rappellera à ce sujet que les constructeurs mettent fréquemment en garde les utilisateurs contre le fonctionnement des moteurs en sous tension hors la période de démarrage.
Les moyens réducteurs peuvent être constitués par des impédances en série dans les conducteurs d'alimentation des bobinages de stator, ces impédances étant des résistances ou des inductances ou encore par des semi-conducteurs à deux états, passant ou bloqué, avec des moyens de commande sensibles au courant dans les conducteurs d'alimentation en sorte d'agir sur la durée de passage de courant dans une demi-période. Ces moyens de limitation de courant sont bien connus, mais sont toujours prévus en combinaison avec des interrupteurs qui les court- circuitent après la phase de démarrage, tandis que dans l'application selon l'invention, ces moyens peuvent rester en service lorsque l'équipage mobile se déplace à vitesse de régime. Le dispositif peut comporter un réglage de vitesse de régime constitué par un ondulateur à fréquence pilotée, de sorte que le procédé privilégié de démarrage du moteur sans surintensité consiste à faire varier la fréquence du pilote d'une fréquence de décollage à la fréquence de régime, le glissement du moteur, entendu comme la différence entre la fréquence d'alimentation et la fréquence correspondant à la vitesse de rotation, restant sensiblement constant pendant la phase de démarrage. Dans ce cas, la disposition préférée consistera à commander, en réponse aux signaux issus des moyens capteurs, une séquence comportant une variation de fréquence de la fréquence de régime à la fréquence de décollage, l'inversion du moyen de commutation des phases, et une variation de fréquence depuis la fréquence de décollage jusqu'à la fréquence de régime.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est un schéma d'une installation de projection électrostatique incorporant un dispositif de commande selon l'invention ;
la figure 2 est un schéma électrique de commande d'inversion ;
la figure est un schéma de disposition simple de réduction de courant dans un moteur asynchrone ;
la figure 4 est un schéma d'une variante de disposition de réduction de courant ;
la figure 5 est un schéma d'impédance statorique à semi-conducteurs ;
la figure 6 est un schéma de disposition de sondes thermiques sur le stator d'un moteur ;
la figure est un schéma d'ondulateur pour commande de vitesse d'un moteur asynchrone avec inversion du sens de rotation ;
la figure est un diagramme de fonctionnement de l'ondulateur selon la figure 7.

Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, une installation de recouvrement de pièces 1 par projection électrostatique comporte de façon classique un convoyeur 2 qui fait défiler les pièces 1 perpendiculairement au plan de figure, pour passer devant un projecteur électrostatique 3 à tête tournante, avec une alimentation en très haute tension 3a et une alimentation en air comprimé 3b pour faire tourner la turbine de la tête rotative. Pour pouvoir balayer toute la hauteur de la pièce 1, le projecteur 3 est supporté par un bâti de présentation 4 dans son ensemble. Le bâti 4 comporte sur sa face avant tournée vers la pièce 1 une glissière verticale 5 sur laquelle peut coulisser un chariot 6 qui porte le projecteur 3. Le chariot 6 est solidaire d'une chaîne sans fin 7 qui passe sur des pignons de renvois 8 et 9. Le pignon 8 à la partie supérieure est fou. Le chariot 6 est équilibré par un contrepoids 6a solidaire du brin arrière de la chaîne 7. Le pignon 9 est calé sur un même arbre qu'un pignon 9a qui transmet l'entraînement d'un moteur 10 par l'intermédiaire d'une chaîne 11, et qu'un pignon 9b qui attaque le rotor d'un potentiomètre 12 par l'intermédiaire d'une chaîne 13. Le moteur 10 est un moteur asynchrone triphasé qui est alimenté à travers un disjoncteur 24, un dispositif réducteur d'intensité au démarrage 23, et un bloc de relais 22 capable de permuter deux phases sur l'alimentation des bobinages de rotor du moteur 10. On explicitera plus loin la constitution du réducteur d'intensité 23 et du bloc de relais 22.
Par ailleurs le potentiomètre 12 est alimenté à tension constante entre ses extrémités de piste 12a et 12b, de sorte que la tension, par rapport à l'extrémité 12b par exemple, qui apparaît sur la borne de curseur 12c est une image précise de la position du curseur sur la piste, et en raison de l'entraînement par la chaîne 13 et le pignon 9b, une image de la position du chariot 6 sur la glissière 5.
La borne de curseur 12c du potentiomètre 12 est reliée à l'entrée négative d'un comparateur 16, et à l'entrée positive d'un comparateur 17. A l'entrée positive du comparateur 16 est relié le curseur d'un potentiomètre 14 branché par ses extrémités de piste aux pôles positif et négatif de la source de tension qui alimente le potentiomètre 12. De même le curseur d'un potentiomètre 15, monté comme le potentiomètre 14, attaque l'entrée négative du comparateur 17. Les potentiomètres 14 et 15 permettent d'afficher des positions de consigne respectivement des points bas et haut de la course du chariot. En effet lorsque la tension sur le curseur 12c devient plus faible que la tension affichée par le potentiomètre 14, le comparateur 16 émet en sortie une tension positive. De même une tension positive apparaît en sortie du comparateur 17 lorsque la tension sur le curseur 12c est supérieure à la tension affichée sur le potentiomètre 15. En sortie des comparateurs 16 et 17 sont disposés des circuits de découplage 18 et 19 respectivement, qui émettent, en réponse à l'apparition sur leur entrée d'un signal positif, un signal adapté à commander la manoeuvre de deux bascules 20 et 21, le circuit 18 armant la bascule 20 et désarmant la bascule 21, et le circuit 19 armant la bascule 21 et désarmant la bascule 20. Les bascules 20 et 21 changent donc d'état simultanément et en sens inverse. On a compris que la bascule 20 s'arme lorsque le chariot 6 passe à la position de consigne basse, et que la bascule 21 s'arme lorsque le chariot 6 passe à la position de consigne haute. Les bascules 20 et 21 attaquent le bloc de relais 22 en sorte que l'armement de la bascule 20 couple le stator du moteur 10 pour une rotation qu'entraîne le chariot 6 vers le haut, et l'armement de la bascule 21 couple le stator pour une rotation en sens inverse.
Le choix du moteur 10 est guidé par les considérations suivantes, que l'on exposera à la lumière d'un exemple chiffré. La masse du chariot 6, y compris le projecteur 3 et ses accessoires étant de 20 kg, la masse de l'équipage mobile, avec le contrepoids 6a est de 40 kg. La vitesse de déplacement en régime est de 1 m/s, et la longueur de glissière à parcourir entre positions de consigne est en moyenne de 1 mètre. Un compromis entre les efforts de décélération-accélération à l'inversion et les inhomogénéités de dépôt lors de l'inversion conduit à choisir une accélération moyenne de 10 m/s², avec une course d'inversion de 0,05 m et une durée d'inversion de 0,2 secondes. Dans ces conditions il se produira 2400 inversions à l'heure.
Par ailleurs la puissance moyenne absorbée par l'équipage mobile pendant l'inversion, qui est le quotient de l'énergie absorbée par la durée d'inversion, représente 200 watts, tandis que le déplacement en vitesse constante, compte tenu des frottements du chariot 6 sur la glissière 5 et des pertes dans les transmissions se situe entre 60 et 120 watts. L'équipage mobile requiert à lui seul 300 watts environ. Comme il est indésirable que la puissance requise pour l'inversion du rotor seul soit prépondérante, la puissance nominale du moteur doit être comprise entre 300 et 600 watts. En consultant des catalogues de constructeur, on trouve qu'un moteur asynchrone triphasé de 550 watts utile à 1 400 t/mn possède une inertie de rotor d'environ 10-³ m²/kg, ce qui conduit à une puissance d'inversion dans les conditions précitées, pour le moteur seul, de 130 watts. Les tailles de moteur inférieure et supérieure conviennent moins bien et finalement le type de moteur retenu est celui qui correspond le mieux aux conditions imposées, dissipation possible du moteur et inertie du rotor.
Ceci posé, on constate, par consultation des catalogues que le moteur retenu ne peut supporter qu'un nombre d'inversions à l'heure très inférieur au nombre d'inversions requis, mais que par ailleurs le couple de démarrage du moteur alimenté sous tension nominale, qui est pratiquement le couple qui produit l'inversion, est deux à trois fois supérieur à ce qui est nécessaire pour produire l'inversion de course de l'équipage mobile sur la course et dans la durée choisie, tandis que le courant statorique est de 5 à 6 fois le courant nominal. Des considérations théoriques corroborées par des essais en plateforme ont conduit à limiter le courant statorique en inversion à 1,3 à 1,5 fois le courant nominal, le couple de démarrage (ou d'inversion) se trouvant alors voisin du couple nominal du moteur en régime permanent, à sa puissance nominale. Ceci correspond sensiblement à des conditions de démarrage d'un moteur asynchrone équipé de moyens de démarrage en sorte de réduire l'intensité statorique au démarrage. Mais il est bien connu que ces moyens de démarrage ne peuvent être maintenus en activité en permanence, car le moteur est incapable de fournir son couple nominal dans ces conditions et n'atteint pas sa vitesse de régime. Cependant, dans le cadre de la présente invention, où le moteur n'a pas à fournir sa puissance nominale lorsqu'il a atteint sa vitesse de régime, les moyens de démarrage peuvent être maintenus actifs en permanence sans inconvénients.
Le dispositif de commande de va-et-vient représenté figure 2 comporte une logique à relais. Le moteur asynchrone 25, représenté en montage étoile, pour des raisons qui seront explicitées en référence à la figure 3, peut être commandé dans les deux sens de rotation par fermeture respective de l'un ou l'autre des relais 26 ou 27, à verrouillage électrique réciproque. La mise en service du dispositif est obtenue par fermeture du relais 28, commandé par un jeu classique de boutons poussoirs, qui alimente un redresseur 30. Des dispositifs de surintensité classiques de disjoncteur 29, insérés dans les conducteurs qui alimentent le moteur 25, peuvent agir pour déclencher le relais 28. La sortie du redresseur 30 alimente un potentiomètre 31, dont le curseur est solidaire de la transmission à l'équipage mobile, comme expliqué pour le potentiomètre 12 de la figure 1. Les potentiomètres 32 et 33 correspondent aux potentiomètres 14 et 15 de la figure 1, et les comparateurs 34 et 35 aux comparateurs 16 et 17 de cette figure 1. Un comparateur 36 est disposé entre les curseurs des potentiomètres 32 et 33 et commande un relais 38 qui coupe le retour commun des bobines de relais 26 et 27. Ainsi, si par suite d'une fausse manoeuvre, on affiche une position de consigne d'inversion haute inférieure à la position de consigne d'inversion basse aucun des relais 26 et 27 ne peut s'enclencher. Le comparateur 35 commande l'enclenchement du relais 39, qui est muni d'un contact de maintien, et qui commande en position enclenchée le relais 27 et en position déclenchée le relais 26. Le comparateur 34 commande le relais 37, qui déclenche le relais 39. On obtient ainsi le fonctionnement tel qu'il a été expliqué en référence à la figure 1.
Le moteur 25 est alimenté en étoile comme il a été dit. La figure 3 rappelle la constitution classique d'un moteur 40 à branchement étoile/triangle. Les deux extrémités de chacun des trois bobinages de phase 40a, 40b, 40c sont reliées indépendamment à des bornes d'une plaque à borne 41. En montage étoile les trois sorties des bobinages sont reliées entre elles, les conducteurs de phase étant reliés respectivement aux trois entrées. Ainsi la tension entre deux conducteurs de phase est appliquée à deux bobinages en série. En montage triangle la sortie d'un bobinage est reliée à l'entrée du bobinage suivant, en sorte que la tension entre deux conducteurs de phase est appliquée à un seul bobinage. En raison des phases entre conducteurs, chaque bobinage supporte en montage étoile environ 0,6 fois la tension entre conducteurs de phase. Le moteur 40 est un moteur prévu pour être utilisé avec une tension entre phase de 220 volts en montage triangle, et une tension de 380 volts en montage étoile, mais les barrettes 41a le couplent en étoile, tandis que la tension entre conducteurs de phase arrivant sur la plaque à borne 41 est de 220 volts. Le moteur 40 est donc sous-alimenté en permanence dans la disposition classique transitoire du démarrage étoile/triangle. Si le moteur devait fournir en permanence un couple correspondant à sa puissance en régime nominal, il serait incapable de parvenir à son régime nominal et surchaufferait. Mais dans les conditions spécifiques d'utilisation de la présente invention, c'est au contraire si les bobinages étaient couplés en triangle pour que le moteur soit alimenté sous tension nominale que le moteur surchaufferait.
La figure 4 représente une autre disposition classique de réduction de l'intensité au démarrage d'un moteur asynchrone 44 polyphasé à rotor en cage d'écureuil. Les bobinages de stator sont alimentés à travers des impédances 45, déterminées en sorte que l'intensité au démarrage soit réduite à 1,3 à 1,5 fois l'intensité en régime nominal. Ces impédances peuvent être des résistances ou des inductances à noyau, de façon très classique. On notera que ce montage à impédances statoriques ne peut être maintenu en permanence dans les applications classiques pour les mêmes raisons que le montage étoiletriangle.
Pour éviter l'échauffement des impédances statoriques passives, on peut adopter un montage à semi-conducteurs représenté figure 5.
L'impédance proprement dite est constituée par deux thyristors 46 et 47 en montage tête- bêche entre un conducteur d'entrée 51a et un conducteur de sortie 51 b, équipés chacun d'un circuit, 48 et 49 respectivement, de commande de gâchette à un instant réglable dans la demi-période de courant pour laquelle le thyristor correspondant peut être passant. Un dispositif 50, inséré dans le conducteur 51a et sensible à ce courant, agit sur les circuits de commande de gâchette 48 et 49 pour retarder l'amorçage des thyristors lorsque le courant dans le conducteur 51a a tendance à croître. Ce genre d'impédance de démarrage n'entre pas en soi dans le cadre de la présente invention, et l'on trouvera dans la littérature technique des précisions sur les dispositions des circuits de commande, de sorte que leur description détaillée n'apparaît pas utile ici.
Etant donné que le fonctionnement du dispositif selon l'invention comporte des inversions très fréquentes, au cours desquelles le courant appelé par le moteur, réduit en sorte d'éviter une surchauffe, est sensiblement égal au courant qu'appelle le moteur bloqué, les protections classiques, tels que disjoncteurs thermiques deviennent relativement inefficaces. Si on les règle pour provoquer une disjonction lorsqu'accidentellement le moteur reste bloqué quelques secondes, on risque des disjonctions inopportunes en fonctionnement normal prolongé, notamment si les inversions sont à cadence élevée ; par contre un réglage, tel que les disjonctions en fonctionnement normal soient exclues, risque d'empêcher les disjonctions sur blocage accidentel. Il est donc préférable de prévoir un moteur équipé de sondes thermiques sur les bobinages de stator, suivant la représentation de la figure 6.
Sur cette figure le moteur 60, avec trois bobinages statoriques 60a, 60b, 60c est équipé de sondes thermiques 61a, 61 b et 61 c, au contact des bobinages respectifs à des emplacements convenables, ces sondes étant constituées par des résistances à coefficient de température positif, ces coefficients variant pratiquement expo- nentiellement avec la température. les sondes 61 a, 61 b et 61 c sont montées en série et en raison de leur variation rapide de résistance avec la température, la résistance de la série est déterminée essentiellement par la température de la _'sonde la plus chaude. L'équipement de moteurs avec des sondes thermiques est une disposition classique, proposée par les constructeurs, conjointement avec un appareillage électronique de liaison aux disjoncteurs classiques d'alimentation de moteur. Toutefois, pour l'application de l'invention, il est souhaitable que l'appareillage électronique s'intègre dans la logique de commande. A cet effet les sondes en série 61 a, 61 b, 61 c forment avec une résistance de tête 62 un pont potentiométrique entre pôles positif et négatif d'une source de tension continue d'alimentation. Le point intermédiaire 63 du pont précédent est branché à l'entrée positive d'un comparateur 66, tandis que l'entrée négative est branchée au point intermédiaire 65 d'un pont potentiométrique formé de la résistance de tête 64a et de la résistance réglable de base 64b. Un relais 67 commandé par le comparateur 66 vient couper un contact pour arrêter le dispositif. Ce contact pourrait, dans la disposition de la figure 2, être en série avec le poussoir arrêt du relais 28, ou de préférence en série avec le contact du relais 38, qui empêche la mise sous tension du moteur sans arrêter l'ensemble de l'appareillage.
Lorsque le va-et-vient du chariot 6 (de la figure 1) doit être exécuté à vitesse réglable, la solution préférée de réglage de vitesse de rotation d'un moteur asynchrone consiste à l'alimenter en triphasé avec un onduleur à fréquence pilotée. La figure 7 donne schématiquement la disposition d'un tel onduleur, incorporé dans une logique de commande de va-et-vient.
Un oscillateur pilote 70 émet un train d'impulsions à une fréquence multiple du sixième harmonique de la fréquence fondamentale de la tension triphasée à obtenir, la fréquence de l'oscillateur pilote 70 étant proportionnelle à une tension appliquée à l'entrée 70a. un démultiplicateur 71 délivre sur six sorties 711 à 716 des trains d'impulsions à la fréquence du pilote, le train sur chaque sortie commençant en succession cyclique à la fréquence du sixième harmonique de la fréquence fondamentale désirée, pour s'interrompre après trois périodes du sixième harmonique, de façon qu'un train corresponde à une demi-période de la fréquence fondamentale. La durée des impulsions dans le train est modulée pour reproduire approximativement l'amplitude d'une demi-période de sinusoïde. On a compris que les débuts des trains sur les sorties 711 à 716 correspondent respectivement aux débuts de demi-période, positive de la première phase, négative de la troisième, positive de la seconde, négative de la première, positive de la troisième et négative de la seconde. Une batterie 72 de six transistors modulateurs 721 à 726, les transistors impairs étant à conduction opposée des transistors pairs, branchée entre pôles positif et négatif d'une source de puissance à courant continu alimentée à partir du secteur alternatif triphasé reçoit les trains d'impulsions issus des sorties 711 à 716 avec un branchement tel que le courant dans les conducteurs de sortie l, Il et III soit sensiblement sinusoïdal triphasé. S'il n'y avait lieu de permuter deux phases pour inverser la rotation du moteur alimenté par les conducteurs I, 11 et III, les sorties 711, 712, 713, 714, 715, 716 attaqueraient directement les bases des transistors respectifs 721, 726, 723, 722, 725, 724, ou 721, 724, 725, 722, 723, 726. Une batterie de 8 portes « ET 74, commandées par groupe de 4 par les sorties respectivement positive et négative d'une bascule 75, assure, suivant l'état de cette bascule 75 la sélection d'une des combinaisons de liaison précitées. Une batterie de 4 portes « OU » 73 assure le découplage des sorties des portes 74 affectées à un même transistor 723 à 726. L'enclenchement et le déclenchement de la bascule 75 assurent la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre. Par ailleurs le courant circulant effectivement dans les transistors qui travaillent en blocage ou en saturation est lissé par l'inductance des bobinages du moteur. Comme, en régime établi, la consommation du moteur varie en sens inverse de la fréquence à tension déterminée, la durée des impulsions individuelles dans les trains est maintenue, de sorte que la tension efficace aux bornes du moteur varie dans le même sens que la fréquence. On rappelle que ces dispositions font partie de l'état de la technique.
Pour assurer une inversion avec limitation de courant dans les bobinages du stator du moteur on met en oeuvre une technique connue de démarrage de moteur à fréquence croissante depuis une fréquence de décollage jusqu'à une vitesse de régime, la croissance de fréquence correspondant à un glissement sensiblement constant. On rappelle que l'on entend par glissement la fréquence différence entre la fréquence du champ magnétique tournant engendré par les bobinages de stator, et la fréquence de rotation du rotor. Le glissement est finalement la fréquence du courant induit dans les barres du rotor, courant dont l'intensité varie comme la fréquence quand l'inductance de la cage, à la fréquence de glissement, est faible devant sa résistance. Le couple est fonction directe du courant dans les barres de cage, de sorte qu'en première approximation le couple est constant si le glissement est constant, si bien que le démarrage à glissement constant est équivalent aux démarrages à courant réduit.
En revenant à la figure 7, la tension de pilotage de fréquence appliquée à l'entrée 70a du pilote 70 provient, à travers un commutateur 76, soit d'un potentiomètre 77 d'affichage de vitesse de régime, soit d'un moyen dit variateur, constitué ici par un variateur de tension 78, capable, en réponse à un signal sur une entrée 78a d'émettre en direction du commutateur 76 un signal constitué d'une rampe décroissante correspondant au passage de la fréquence de régime à la fréquence de décollage, suivie d'une rampe croissante correspondant au passage de la fréquence de décollage à la fréquence de régime. Au cours d'une transition entre les deux rampes le variateur de tension émet sur une sortie 78b un signal de basculement de la bascule 75.
La succession des opérations sera mieux comprise en référence à la figure 8 où le dià- gramme 80 correspond à la variation de tension de pilotage au cours d'une inversion, et le diagramme 81 à la vitesse résultante du moteur, la ligne 82 représentant l'échelle des temps. Au cours d'une course à vitesse de régime, la tension de pilotage est réglée (par le potentiomètre 77 de la figure 7) à la valeur 80a ; le moteur tourne à la vitesse 81a. Lorsque l'équipage mobile arrive à une position de consigne d'inversion à l'instant 82b, la tension de pilotage décroît de la valeur 80b (à l'instant 82b) linéairement jusqu'à la valeur 80c atteinte à l'instant 82c, puis s'annule jusqu'à l'instant 82d où elle prend la valeur 80d sensiblement égale à la valeur 80c. De l'instant 82d à l'instant 82e la tension de pilotage suit une rampe linéaire croissante jusqu'à la valeur 80e égale à la valeur 80a. La fréquence issue du pilotage 70 de la figure 7 suit fidèlement la tension de pilotage 80.
A l'instant 82b la vitesse du moteur commence à décroître, le glissement décroissant puis s'inversant, en raison de l'inertie des pièces mobiles qui de poussées deviennent freinées, la transition de vitesse 81b s'arrondissent pour se raccorder à une partie linéaire jusqu'en 81c à à l'instant 82c. A ce moment ou à un instant entre 82b et 82c l'oscillateur est arrêté, et le moteur continue sur sa lancée (à la vitesse dite de décollage) en ralentissant quelque peu sous l'effet de frottements mécaniques jusqu'à l'instant 82d où la fréquence de décollage (80d) se rétablit. Comme entre les instants 82c et 82d s'est produite une permutation de phases sur le moteur, à l'instant 82d le moteur à vitesse réduite est sollicité en sens inverse de sa rotation restante, de sorte que le glissement est un court instant supérieur à sa valeur moyenne au cours de l'inversion, et la courbe de vitesse 81 présente un arrondi 81d. Le glissement se stabilise tandis que le moteur accélère jusqu'à l'instant 82e ; puis, au-delà, le moteur prend la valeur assignée de vitesse après une courte transition 81e. On a constaté que, si la fréquence de pilotage était très faible, le moteur se bloquait par instants ; on sait d'ailleurs que l'injection de courant continu dans le stator d'un moteur asynchrone est un procédé efficace de freinage, et il est probable que les demi-périodes restituées par l'onduleur agissent comme du courant continu. C'est la raison pour laquelle l'oscillateur pilote est arrêté entre les instants 82c et 82d, ou éventuellement entre les instants 82b et 82c.
Il est clair que, bien que la présente invention ait été décrite en application au recouvrement par projection électrostatique, l'invention n'est pas limitée à une telle application, mais s'étend au contraire à toutes les applications où il est nécessaire de déplacer en va-et-vient un équipage mobile avec des cadences d'inversion élevées.

Claims

1. Dispositif de commande de déplacement en va-et-vient, à vitesse de régime entre deux positions de consigne d'inversion, d'un équipage mobile (6, 6a) d'inertie donnée, notamment chariot (6) porteur de projecteurs (3) électrostatiques de produits pulvérisés de recouvrement de pièces (1), sous l'action d'un moteur asynchrone (10) avec un stator à bobinages polyphasés et un rotor à cage d'écureuil dont le sens de rotation est inversé par un moyen de commutation (22) des phases alimentant le stator en réponse à des signaux issus de moyens capteurs (12, 16, 17) sensibles à l'arrivée de l'équipage mobile (6, 6a) aux deux positions de consigne, le moteur (10) étant équipé de moyens (23) réducteurs d'intensité dans les bobinages statoriques, en soi connus et prévus pour être actifs pendant le démarrage, caractérisé en ce que le moteur (10) étant choisi avec un couple de régime et une puissance nominale sensiblement égaux respectivement au couple nécessaire pour produire l'inversion de course de l'équipage mobile (6, 6a) en une durée choisie, et à la puissance absorbée par cet équipage mobile en couplage avec le rotor pendant cette durée d'inversion, les moyens réducteurs d'intensité (23) sont couplés en permanence en position active quel que soit le régime du moteur (10) et sont adaptés à limiter l'intensité dans les bobinages de stator en sorte que le couple de démarrage soit égal au couple nécessaire précité.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens réducteurs sont constitués par un commutateur (41) de couplage des bobinages de stator étoile/triangle, commutateur fixé en position étoile (41 a).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens réducteurs sont constitués par des impédances (45, 46, 47) en série dans les conducteurs d'alimentation des bobinages de stator.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites impédances sont constituées par des semiconducteurs (46, 47) à deux états, passant et bloqué, avec des moyens de commande d'état (48, 49, 50) sensibles au courant dans les conducteurs d'alimentation en sorte d'agir sur la durée de passage de courant dans une demi-période.

5. Dispositif selon la revendication 1, comportant des moyens de réglage de la vitesse de régime du moteur constitués par un onduleur polyphasé (71, 72) commandé par un pilote (70) à fréquence ajustable, où le moyen de réduction est constitué par un moyen variateur (78) couplé au pilote (70) en sorte d'assurer une variation de fréquence entre une fréquence de décollage et une fréquence de régime, caractérisé en ce que ce moyen variateur (78) est adapté, en réponse à un signal issu de l'un ou l'autre des moyens capteurs, à commander en séquence la variation de fréquence du pilote (70) de la fréquence de régime à la fréquence de décollage, l'inversion du moyen de commutation (75) de succession des phases, et la variation de fréquence de pilote (70) de la fréquence de décollage à la fréquence de régime.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen variateur est adapté en outre à couper le pilote au plus tard lorsque sa fréquence assignée atteint la fréquence de décollage.

7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens capteurs comprennent un moyen (12) émetteur de tension image de la position du chariot (6), deux sources (14, 15) réglables de tensions de référence, la tension de chaque source correspondant à l'image de l'une des positions extrêmes, deux comparateurs (16, 17) branchés chacun entre une des sources de tension de référence et la tension image, et des moyens logiques (18-21) disposés entre les comparateurs et les moyens de commutation des phases.

8. Dispositif selon la revendication 7, où le moteur (10) est équipé de sondes (61a, 61b, 61c) de température des bobinages statoriques (60a, 60b, 60c), caractérisé en ce que lesdites sondes sont couplées auxdits moyens logiques (18-21) en sorte de couper l'alimentation du stator (60) lorsque les sondes (61a, 61b, 61c) émettent un signal d'excès de température.