FR2477337A1 - Circuit d'entrainement d'un moteur sans balai a courant continu - Google Patents
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Abstract
A.CIRCUIT D'ENTRAINEMENT D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU SANS BALAI. B.CIRCUIT CARACTERISE EN CE QUE LE TEMPS DE MONTEE DU COURANT 1 TRAVERSANT L'ENROULEMENT 2 ET LE TEMPS DE CHUTE DU COURANT SONT COMMANDES EN FONCTION DE LA CHARGE APPLIQUEE AU MOTEUR. C.INVENTION APPLICABLE A UN CIRCUIT D'ENTRAINEMENT D'UN MOTEUR SANS BALAI A COURANT CONTINU POUR REDUIRE LE BRUIT ELECTROMAGNETIQUE DE LA BOBINE.
Description
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La présente invention concerne un circuit d'entrai-
nement d'un moteur sans balai à courant continu et, notamment,
un circuit d'entraînement permettant de réduire le bruit élec-
tromagnétique de la bobine.
Dans un moteur à courant continu, sans balai, à commutation, les transistors sont reliés aux enroulements de l'armature montés respectivement sur un stator. Les transistors commutent successivement suivant des signaux d'entraînement rectangulaires pour alimenter en courant les enroulements de
l'armature. Comme la courbe du signal d'entraînement est rec-
tangulaire, ce signal contient beaucoup de composantes de fré-
quence élevée. Le son électromagnétique est généré dans l'en-
roulement de l'armature par les composantes haute fréquence du signal dtentrainement. En particulier, lorsque la charge du moteur à courant continu sans balai est importante et que le courant qui traverse ainsi l'enroulement de l'armature est intense, le bruit électromagnétique émis par l'enroulement de
l'armature devient important, ce qui engendre des inconvénients.
Jusqu'à présent, pour réduire le bruit électromagnétique de
l'enroulement de l'armature, on a utilisé un signal d'entral-
nement de forme sinusoïdale ou un signal d'entrainement rectan-
gulaire que l'on lisse à l'aide d'un circuit CR (condensateur et résistance). Toutefois, si l'on utilise la courbe sinusoïdale comme circuit d'entrainement, il faut fournir du courant à l'enroulement de l'armature à la fois pour la partie positive et pour la partie négative de la courbe sinusoïdale. Ainsi, il faut deux transistors pour chaque enroulement de l'armature
et des sources d'alimentation positive et négative pour l'en-
trainement sinusoïdal. Ce procédé a l'inconvénient de nécessiter un grand nombre de composants et d'aboutir à un moteur de faible rendement. Dans le procédé décrit ci-dessus utilisant le lissage par un circuit CR, on a une courbe rectangulaire comme celle représentée en tireté à la figure lA; cette courbe est lissée ou aplatie par le circuit CR pour être déformée et donner un signal d'entraînement tel que celui représenté par la courbe en trait plein à la figure lA. L'instant de la commutation du signal d'entra nement est retardé de t1 du côté de la montée, et de t2 du côté de la descente, par rapport à la commutation
de la courbe rectangulaire. Cela diminue le rendement du moteur.
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En particulier lorsque la vitesse de rotation du moteur est élevée ou lorsque la largeur de la courbe rectangulaire est faible (figure lB), le rapport entre les retards t1 et t2
de la largeur de la courbe rectangulaire devient important.
Les retards diminuent avec les constantes de temps du circuit CR. Toutefois, le bruit électromagnétique de l'enroulement ou des enroulements d'armature devient de plus en plus fort lorsque la constante de temps du circuit CR diminue. Il convient ainsi d'augmenter dans une certaine mesure la constante de temps du
circuit CR.
La présente invention a pour but de créer un circuit
d'entraînement d'un moteur à courant continu, sans balai, remé-
diant aux inconvénients mentionnés ci-dessus, des circuits
d'entralnement connus de tels moteurs.
A cet effet, selon l'invention, on règle le temps de montée et le temps de chute du courant à travers la bobine, ce réglage se faisant en fonction de la charge du moteur à
courant continu sans balai dans un circuit d'entraînement.
La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - les figures lA et 1B sont des courbes servant à expliquer le procédé connu pour réduire le bruit électromagnétique
émis par un enroulement d'armature dans un moteur à courant con-
tinu sans balai;
- la figure 2 est un graphique montrant les caracté-
ristiques d'un moteur à courant continu sans balai; - la figure 3 est une courbe servant à expliquer le principe de l'invention;
- la figure 4 est un schéma d'un circuit d'entra ne-
ment d'un moteur à courant continu sans balai selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est un schéma d'un circuit d'entrai-
nement d'un moteur à courant continu sans balai selon un autre
mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION
PREFERENTIELS
Selon les figures 2 et 3, on décrira d'abord le
principe de l'invention.
Selon l'invention, on effectue le lissage ou l'aplatissement d'une courbe rectangulaire à l'aide d'un circuit
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CR (condensateur et résistance). Toutefois, on commande le temps de montée t1 et le temps de chute t2 en fonction des
niveaux des courants qui traversent l'enroulement d'armature.
De façon générale, la relation entre le couple de rotation T, la vitesse de rotation N et le courant I traversant l'enrou- lement d'armature du moteur à courant continu sont représentés
à la figure 2.
Comme cela découle de la figure 2, le courant I augmente en fonction de la charge appliquée-au moteur; la vitesse de rotation N diminue lorsque la charge augmente,
c'est-à-dire lorsque l'intensité ou le courant I augmente.
Dans le moteur à courant continu sans balai, le courant I est
inversement proportionnel à la fréquence d'entralnement (fré-
quence de commutation) f pour une tension d'entrainement
constante. Le niveau du bruit électromagnétique de l'enrou-
lement est proportionnel au courant I; ce niveau est inverse-
ment proportionnel à la vitesse de variation du courant I. En tenant compte de cela, dans le cadre de l'invention, on intègre le flanc montant de la courbe rectangulaire P1 avec une constante de temps '1 et on intègre le flanc arrière avec une autre constante de temps-t2 pour obtenir la courbe d'entralnement s1. La largeur de la courbe rectangulaire P1 diminue lorsque la charge augmente, c'est-à-dire lorsque la vitesse de rotation N ou f augmente; le niveau de la courbe P1 diminue par exemple selon P2, P3,... Les courbes rectangulaires Pl. P25 P3e... sont intégrées avec les mêmes constantes de temps <1 et 't2 pour le flanc montant et le flanc descendant de façon à donner les courbes dtentrainement Dl, D2, D3,... Les temps de montée des courbes d'entra nement S1, S2e S3... et les temps de chute de ces courbes diminuent lorsque la largeur des courbes rectangulaires P1, P2,... diminue puisque
til > t12 > t137..., et t21 > t22 - t23.
Lors du démarrage du moteur ou lorsque la charge appliquée au moteur est importante, la vitesse de rotation N est faible et c'est pourquoi le courant I est suffisamment important pour augmenter le bruit électromagnétique. Toutefois, comme le temps de montée du courant I et le temps de chute de ce courant sont relativement allongés selon t1l et t21, cela diminue le bruit électromagnétique dans le cadre de l'invention. Dans ces
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conditions, l'instant de la commutation subit un retard plus grand par comparaison à la courbe rectangulaire. Toutefois, le rapport entre le temps de retard et la largeur de la courbe rectangulaire n'est pas très grand. On évite ainsi une réduction du rendement du moteur par suite de ce retard. Si la charge appliquée au moteur est faible ou si la vitesse de rotation L est élevée, le courant I est faible et c'est pourquoi le niveau du bruit électromagnétique est bas. Dans ces conditions, le temps
de montée et le temps de chute peuvent être réduits à t13 et t23.
Cela augmente le rendement du moteur. Ainsi, bien que les cons-
tantes de temps-C1 et 't2 puissent être suffisamment grandes, le moteur peut être entra1né avec un niveau de bruit électromagnétique de la bobine. , qui soit faible; la réduction du rendement du
moteur est faible quelle que soit la charge qui lui est appliquée.
La description faite ci-après concerne les modes de
réalisation des circuits d'entrainement reposant sur le principe
décrit ci-dessus.
La figure 4 montre un premier mode de réalisation.
Selon la figure 4, le signal rectangulaire P est appliqué à la borne d'entrée 1. Le transistor Q1 commute entre l'état conducteur et l'état passant en fonction du signal rectangulaire P. Sur le collecteur du transistor Q2 on obtient une courbe rectangulaire en fonction de la commutation du transistor Q1. Le flanc avant de la courbe rectangulaire est intégré selon la constante de temps T1 définie par le condensateur C1 et la résistance R, le flanc arrière de la courbe rectangulaire est intégré suivant une autre constante de temps Y2 définie par le condensateur C1 et la résistance R2. Le signal d'intégration est appliqué comme signal d'entrainement S à travers le transistor Q3 à un autre transistor Q4 pour l'entraîner. Le courant d'entrainement I traverse l'enroulement 2. Le courant de base IB du transistor Q4
est commandé de façon que la tension VCE (tension collecteur-
émetteur) soit toujours pratiquement égale à VBE (tension base-
émetteur) pour la saturation du transistor Q4. Pour la commande on détecte la tension VCE et on applique cette tension à la base du transistor Q5. Lorsque le courant I augmente, la tension VCE et ainsi le courant de base appliqué au transistor Q5 augmentent. Dans ces conditions, la tension de collecteur du transistor Q5 diminue si bien que la tension de collecteur V du transistor Q2 augmente pour augmenter le niveau du signal
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d'entrainement S et ainsi le courant de base IB du transistor Q4. Le temps de montée du courant d'entraînement S et le temps de chute de ce courant sont allongés de façon à réduire le bruit électromagnétique émis par l'enroulement 2. Lorsque le courant I diminue, l'opération inverse à celle donnée ci-dessus
se produit de façon à abaisser le niveau du signal dentra -
nement S et à réduire le temps de montée et le temps de chute.
On évite ainsi la réduction du rendement du moteur.
Comme décrit ci-dessus, la tension de collecteur V du transistor Q2 augmente et diminue proportionnellement au courant I pour effectuer pratiquement la même opération que
celle décrite à l'aide de la figure 3.
La diode D1 arrête le courant de décharge du conden-
sateur C1. La résistance R2 peut être branchée en parallèle sur
le condensateur C1.
La figure 5 montre un second mode de réalisation de l'invention. Les parties de la figure 5 qui correspondent à
celles de la figure 4 portent les mêmes références.
Selon la figure 5, les tensions anode-cathode des diodes D2, D3,D4, D5 sont prévues pour être pratiquement égales à la tension base-émetteur VBE du transistor Q6. Ainsi, la tension de référence VA = 2,5 VBE est appliquée à la base du transistor Q6 par les diodes D2, D3, D4 et deux résistances équivalentes R3. La tension de référence VA est donnée par l'équation suivante:
VA = VBE + I1R4 + VBE + V E
Dans cette formule, I1 représente le courant qui traverse le transistor Q6; le premier terme V BE représente la tension base-émetteur du transistor Q6; le second terme VBE représente la chute de tension au niveau de la diode D5; la grandeur VCE représente la tension collecteurémetteur du transistor Q4. Comme la valeur de la résistance R4 est faible, on peut négliger le terme I1R4 dans l'équation ci-dessus. On obtient ainsi V -2VBE + VCE. Ainsi VCE es p
à 0,5 VBE, Ce terme VCE du transistor Q4 est maintenu prati-
quement égal à 0,5 V BE' Le transistor Q4 est ainsi maintenu pratiquement à la saturation. Dans ces conditions, le courant I diminue avec l'augmentation du courant I pour augmenter le niveau du courant de base IB du transistor Q4. Le temps de montée
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du signal d'entraînement S et le temps de chute de ce signal
sont allongés. On supprime le bruit électromagnétique de l'en-
roulement 2. Lorsque la charge est faible et que le courant I diminue, il se produit l'opération inverse de celle décrite ci-dessus pour diminuer le courant de base IB. Le temps de montée du signal d'entrainement S et le temps de chute de ce signal diminuent, ce qui évite la
réduction du rendement du moteur.
Les figures 4, 5 montrent le circuit d'entrainement
d'un enroulement 2 d'un moteur à courant continu sans balai.
En fait, plusieurs circuits tels que ceux des figures 4, 5 sont prévus pour les différentes bobines du moteur à courant continu sans balai. Bien que cela ne soit pas représenté, un signal de détection de position représentant la position du rotor est généré par un détecteur de position. Sur la base du
signal de détection de position, on obtient des signaux rectan-
gulaires P différents en phase; ces signaux sont appliqués aux bornes d'entrée des circuits d'entraînement respectifs
pour alimenter les enroulements.
Selon l'invention, décrite ci-dessus, le temps de montée et le temps de chute du courant qui traverse chaque enroulement sont commandés en fonction de la charge appliquée au moteur. Lorsque le courant est important, par exemple au démarrage du moteur ou pour une charge importante, le temps de montée et le temps de chute sont allongés de façon à supprimer le bruit électromagnétique susceptible d'être émis par l'enroulement. Comme la vitesse de rotation est faible pour un courant important, cela ne réduit pas beaucoup le rendement du moteur avec le prolongement du temps de montée et du temps de chute. Lorsque la charge est faible et que le courant est, de ce fait, réduit, le bruit électromagnétique émis par l'enroulement est faible et le temps de montée et le temps de chute sont suffisamment courts pour réduire l'abaissement
du rendement du moteur.
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Claims (4)
1) Circuit d'entraînement d'un moteur à courant continu sans balai, circuit caractérisé en ce que le temps de montée du courant (I) traversant l'enroulement (2) et le temps de chute du courant sont commandés en fonction de la charge
appliquée au moteur.
2) Circuit d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'un transistor (Q4) pour alimenter l'enroulement (2) et un circuit d'intégration formé d'un condensateur (C1) et d'une résistance (R1, R2), le courant de base (IB) du transistor (Q4) étant commandé par le circuit d'intégration à l'aide du courant (I) qui traverse l'enroulement (2).
3) Circuit d'entra nement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'intégration est formé d'un premier circuit élémentaire d'intégration (R1, C1) pour intégrer
le flanc montant de la courbe rectangulaire et d'un second cir-
cuit d'intégration éléementaire (R2, C1) pour intégrer le flanc de chute de la courbe rectangulaire, le premier et le second circuits élémentaires d'intégration étant formés par des
condensateurs et des résistances.
4) Circuit d'entraInement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement (2) est relié au collecteur
du transistor (Q4)3 le courant (I) étant détecté par l'inter-
médiaire de la tension collecteur-émetteur (VcE) du transistor (Q4) et la quantité de courant pour le condensateur du circuit
d'intégration est commandée en fonction de la tension collecteur-
émetteur (VcE) du transistor (Q4)
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