FR2493067A1 - Perfectionnements aux dispositifs d'alimentation pour moteurs a vitesse variable - Google Patents

Abstract

LE RESEAU 2 EST REDRESSE PAR 1, LE COURANT RESULTANT EST HACHE PAR 4, FILTRE PAR 5 ET AMENE A UN ONDULATEUR 6 QUI LE TRANSFORME EN TRIPHASE 7. LE REGLAGE DE 4 S'EFFECTUE PAR UN AMPLIFICATEUR D'INTENSITE 9 A TRAVERS UN CIRCUIT DE COMMANDE 8, 9 RECOIT LE SIGNAL D'UN AMPLIFICATEUR DE VITESSE 12 LEQUEL RECOIT LUI-MEME UNE CONSIGNE PAR 13 ET UNE CORRECTION DE TENSION ET D'INTENSITE PROVENANT RESPECTIVEMENT DE 16 ET DE 15 . LE SIGNAL DE 15 EST APPLIQUE AU CIRCUIT TENSIONFREQUENCE 20 QUI COMMANDE LA FREQUENCEDE 6 A TRAVERS UN CIRCUIT INTERMEDIAIRE 19 LEQUEL ON PEUT INVERSER LE SENS DE ROTATION DES PHASES 7. ON PEUT AINSI REGLER A VOLONTE PAR 13 LA VITESSE DU MOTEUR ALIMENTE PAR 7. UNE LEGERE MODIFICATION DU SCHEMA PERMET DE REGLER PAR 13 NON PLUS LA VITESSE MAIS BIEN LE COUPLE ET LE SENS DE ROTATION.

Description

La présente invention se réfère aux dispositifs d'alimentffifld moteurs électriques à vitesse variable.

On sait qu'un procédé couramment utilisé à cet effet à l'heure actuelle consiste à fournir un courant alternatif à fréquence variable à un moteur synchrone ou asynchrone convenablement établi à cet effet. Pour réaliser un tel courant, on part d'un courant continu provenant d'un générateur approprié, tel qu'un redresseur relié à un réseau à courant alternatif, on le règle en tension de toute manière connue, par exemple par hachage, puis on l'amène à un dispositif de transformation continu-alternatif convenable.

L'on a imaginé de nombreux systèmes pour la mise en oeuvre de ce procéde et ceux-ci ont donné satisfaction sur le plan général. Toutefois ils se sont avérés compliqués et coûteux, et leur commande n'a pas été toujours parfaite.

La présente invention vise à permettre d'établir un tel système qui soit de réalisation simple et peu coûteuse et dont la commande ne pose aucun problème particulier. Le système suivant l'invention doit en outre permettre d'assurer non seulement la marche du moteur dans un sens et dans l'autre, mais encore son arrêt en charge, ce qui constitue un avantage important dans certaines applications, notamment pour les appareils de levage.

La dessin annexé, donne à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'nvention, les caractéristiques qu'elle presente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est un schéma général d'un dispositif suivant l'invention.

Fig. 2 est une vue partielle représentant une variante
Fig. 3 montre une forme de réalisation du circuit amplificateur d'intensité de ce dispositif.

Fig. 4 illustre le schéma de onduleur générateur du courant triphasé variable en frequence et en sens de rotation.

Fig. 5 représente une forme d'exécution de l'un des circuits de commande individuels associés à cet onduleur.

Le système schématiquement représenté en fig. 1 comprend essentiellement un redresseur 1 qui, recevant la tension alternative du réseau 2 (supposé triphasé), la transforme en courant unidirectionnel, une eapacité 3 propre à uniformiser le courant ainsi obtenu, un hacheur 4, convenablement commandé et qui transforme ce courant en une série d'impulsions séparées par des temps morts, un filtre 5 destiné à intégrer ces impulsio et à en faire un second courant continu uniforme dont la tension dépend du rapport entre la largeur des impulsions et celle des temps morts intermédiaires, et enfin un pont onduleur 6, convenablement commande en fréquence, qui donne sur sa sortie 7 un courant triphasé à fréquence variable dont le sens de rotation peut être inversé.

Les éléments 1, 4 et 5 étant bien connus dans la technique, on ne les décrira pas en détail ci-après. Quant à l'onduleur 6, s'il est en principe également connu, on exposera plus loin comment il est ici constitué.

On comprend qu'un tel système comporte deux réglages indépendants, savoir celui du second courant continu par action sur le hacheur 4 et celui de la fréquence du courant triphasé de sortie 7 en agissant sur l'onduleur 6 ; il y a toutefois lieu de remarquer que du fait qu'on se trouve en triphasé, la fréquence s'apparente à une vitesse angulaire et comporte un sens auquel correspond d'ailleurs le sens de rotation du moteur.

Dans la forme d'exécution représentée ces réglages s'effectuent comme suit
Au hacheur 4 est associé un circuit de commande 8 qui lui impose une période mais en permettant de faire varier la fraction de cette période pendant laquelle il laisse passer le courant. Le hacheur peut notamment comporter à la façon connue un transistor normalement non-conducteur (ou conducteur) auquel le circuit 8 envoie des impulsions de condue- tion (ou de non-conduction). Ce circuit 8 est lui meme commandé par un amplificateur 9, dit d'intensité, lequel reçoit trois entrées.

La première provient d'un circuit 10, ou premier circuit de mesure d'intensité, dont l'entrée est reliée à un appareil 11 interposé sur l'un des conducteurs allant du hacheur 4 au filtre 5 et propre à mesurer l'intensité moyenne du courant haché sortant de celui-ci. Le circuit 9 traite l'information reçue de 10 pour en déduire une tension qu'il applique à l'amplificateur 9 en guide de signal; Il convient de noter que la tension qui apparait en aval du filtre 5 dépend de cette intensité moyenne.

La seconde entrée de l'amplificateur 9 provient d'un autre amplificateur 12, ou amplificateur de vitesse, qui comporte lui-même deux entrées.

La première ou entrée principale. est reliée à un potentiomètre 13 de consigne de vitesse à travers un circuit de rampe 14 dont le seul rôle consiste à rendre progressives les variations de tension provoquées par la manoeuvre parfois trop brusque du potentiomètre. Ce dernier peut être branché entre les tension O et +v (v étant par exemple égal à 10 volts).

La seconde entrée du circuit de l'amplificateur de vitesse 12, ou entrée de contre-réaction. est dérivée d'un circuit 15, ou circuit de mesure de tension, branché entre les conducteurs à courant continu qui vont du filtre 5 à l'onduleur 6. Mais à ce circuit 15 en est associé un autre 16, qu'on peut qualifier de second circuit de mesure d'intensité et qui est relié à un appareil 17 interposé sur l'un de ces conducteurs pour mesurer l'intensité qui y circule. Ce circuit 16 émet un signal qui est appliqué au circuit 15 de façon à corriger sa sortie en fonction de l'intensité fournie à l'onduleur en vue d'éviter toute surcharge du moteur que celui-ci alimente.

I1 convient de noter que l'amplificateur de vitesse 12 intervient pour amplifier le signal reçu du potentiomètre 13 avec un coefficient d'amplification qui décroit en fonction du signal reçu du circuit de mesure de tension 15.

Pour en revenir à l'amplificateur d'intensité 9, dans la forme d'exécution de fig. 1 elle est reliée au potentiel zéro (masse par exemple).

il est encore prévu un inverseur 18 qui permet d'appliquer +v ou -v à un circuit 19 de commande de la fréquence de 1' onduleur 6. Ce circuit 19 reçoit sur son entrée principale le signal d'un circuit 20 de transformation tension/fréquence. Ce circuit 20 comporte lui-meme deux entrées, savoir une entrée principale reliée à la sortie du circuit de mesure de tension 15 et une autre à laquelle on applique un signal d'information correspondant à la fréquence minimale au-dessous de laquelle on ne veut pas descendre et qu'on a indiquée en fig. 1 par f
o
Enfin le circuit de commande 10 possède une entrée secondaire reliée à l'inverseur 18 et qui assure en quelque sorte la polarisation de la fréquence, c'est-à-dire le sens de la rotation de la composante de tension des trois phases à la sortie de l'onduleur 6.

ta consigne de vitesse provenant du potentiomètre 13 traverse le circuit de rampe 14 qui n'intervient que lors des variations brusques du réglage. Il est amplifié en 12 à un degré fonction de la tension continue appliquée à l'onduleur 6 et compte tenu dans une certaine mesure de l'intensité que celui-ci absorbe, cela grâce au circuit de mesure de tension 15 et de l'action correctrice qu'exerce sur lui le second circuit de mesure d'intensité 16. Le signal ainsi amplifié arrive à l'amplificateur d'intensité 9 qui le modifie en fonction de la valeur ahsolue de la tension v (positive ou négative) qui lui est appliquée et en tenant compte de l'intensité moyenne à la sortie du hacheur 4, telle qu'elle est relevée par l'appareil 11 et traitée par le premier circuit de mesure d'intensité 10.De cette manière le potentiomètre 13 permet d'obtenir à la sortie du filtre 5 un courant comportant les caractéristiques désirées dans les limites de puissance du moteur.

Par ailleurs le signal corrigé qui sort du circuit de mesure de tension 15 arrive au circuit de transformation 20 qui en déduit un signal de fréquence. Ce signal est envoyé au circuit de commande 19 qui fait fonctionner l'onduleur 6 en conformité. Mais le circuit 19 reçoit également un signal de polarité provenant de l'inverseur 18 et il détermine en conséquence le sens de rotation de la tension dans les trois phases de la sortie 7 de l'onduleur, c'est-à-dire celui de rotation du moteur asynchrone ou synchrone que celui-ci alimente.

Finalement donc le potentiomètre 13 permet bien de déterminer la vitesse du moteur en évitant toute surcharge.

Quand on abaisse la consigne de vitesse en ramenant le potentiomètre vers zéro, la fréquence du courant sortant de l'onduleur 6 ne peut jamais tomber au-dessous du seuil f imposé au circuit de transformation 20, ce
o qui évite les risques que comporterait le passage d'un courant à trop basse fréquence dans un moteur qu'on doit obligatoirement établir pour une fréquence minimale du courant d'alimentation.

Si l'on désire inverser le sens de rotation du moteur, on manoeuvre l'inverseur 18. La polarité de la tension continue fournie au circuit de commande 19 est ainsi inversée et cela provoque à son tour l'inversion des phases à la sortie 7 de l'onduleur.

Dans la variante que montre la vue partielle de fig. 2, la troisième entrée de l'amplificateur d'intensité 9 n'est plus reliée à la tension zéro, mais bien au curseur d'un potentiomètre 18a branché entre la tension positive +v et celle négative -v. Ce curseur est également relié à l'entrée d'alimentation du circuit 19, l'inverseur 18 de fig. 1 étant supprimé ou, si l'on veut, remplacé par le potentiomètre 18a. La liaison entre l'amplificateur de vitesse 12 et l'amplificateur d'intensité 9 est supprimée.

il est facile de voir qu'avec un tel schéma l'amplificateur 12 ne reçoit plus que l'information provenant du circuit 10. I1 assure donc un réglage d'intensité en fonction de la consigne qu'on lui donne par le potentiomètre 18a. Celui-ci permet donc finalement de régler l'intensité absorbée par le moteur, c'est-à-dire le couple fourni par celui-ci. Du fait que le potentiomètre 18a est branché entre le + et le -, en constituant ainsi inverseur pour le circuit 9, il permet de fixer le sens du couple, c'est-à-dire celui dans lequel le moteur tend à tourner.

Fig. 3 indique à cet égard une forme de réalisation préférée de l'amplificateur d'intensité 9 tenant compte du fait que suivant fig. 2 il peut recevoir du potentiometre 18a une tension de polarité variable. Dans cette figure les trois flèches référencées 10, 12 et 18a correspondent
de aux trois entrées7cet amplificateur, la flèche 8 indiquant sa sortie. Sur l'entrée provenant du potentiomètre 18a ou de la masse, on trouve un amplificateur 21-du type connu dit de valeur absolue, c'est-à-dire qui amplifie un signal quelle que soit sa polarité en fournissant une sortie indépendante de celle-ci.Cette sortie aboutit à un sommateur 22 en même temps que l'entrée provenant de l'amplificateur de vitesse 12 (lorsqu'elle est branchée) et que celle émise par le premier circuit de mesure d'intensité 10, cette dernière comportant une résistance réglable 23. La sortie du sommateur 22 arrive à un amplificateur 24 suivi d'un circuit à seuil 25 qui donne sur sa sortie un signal positif ou négatif suivant que son entré est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée. La sortie de ce circuit aboutit à une diode luminescente 26, laquelle agit sur une cellule photo-électrique 27. L'information est ainsi transmise au circuit de commande 8 sans aucune liaison électrique, ce qui assure l'isolement entre les circuits de puissance et ceux de réglage.

Fig 4 montre à son tour une forme d'exécution préférée de 1'ondu- leur 6. On y trouve les deux lignes positive 28 et négative 29 venant du filtre 5. Entre ces deux lignes sont branchées trois séries de deux transistors, respectivement 30a-31a, 30b-31b, 30c-31c, tous du type NPN.

Les points milieux 32a, 32b, 32c sont reliés aux trois phases qui constituent la sortie 7 de l'onduleur La base de chacun des transistors est reliée à un circuit 33a, 33b, 33c, 34a, 34b, 34c qui reçoit un signal d'entrée a partir du circuit de commande 19 de fig. 1 et 2. On comprend que si les circuits précités sont convenablement commandés, les trois phases de sortie 7 peuvent être reliées alternativement aux conducteurs 28 et 29 moyennant une succession appropriée.

Le circuit de commande ou de distribution de signaux 19 est du type connu et ne sera donc pas décrit ci-apres. Il suffit de noter qu'il reçoit de l'inverseur 18 (ou du potentiomètre 18a qui tient bien) un signal qui fixe le sens de rotation des phases. Quant aux circuits individuels associés aux transistors, fig. 5 montre le schéma de l'un d'eux, savoir celui référencé 33a en fig. 4, tous les autres étant semblables. On trouve à son entrée une diode de protection 35, puis une diode luminescente 36 agissant sur une cellule photo-électrique 37 pour assurer comme en fig. 3 l'isolement total entre les circuits de puissance et ceux de réglage. La cellule 37 forme résistance variable entre la base et le collecteur d'un transistor 38 de type NPN.Le circuit collecteur de ce dernier est relié à une ligne positive auxiliaire +v' 39 (différente de la ligne +v de fig. 1 et 2) à travers une résistance 40, une diode 41 et une autre résistance 42 shuntée par une capacité 43, tandis que l'émetteur de ce transistor 38 est relié de son côté à la tension zéro (Ov') de la source qui alimente la ligne +v' 39 précitée. Le point de jonction de la capacité 43, de la résistance 42 et de la diode 41 est relié à la base d'un transistor 44, du type FNF, dont l'émetteur est à son tour relié à la ligne positive 39, tandis que son collecteur l'est d'une part à travers une diode 45 au point intermédiaire entre la résistance ce 40 et la diode 41, d'autre part à travers une résistance 46 à un point 47.La diode 45 est à seuil de conduction quelque peu élevé, par exemple 0,6v.

Le point 47 est relié en premier lieu à la base d'un transistor NPN 48 dont le collecteur est relié à la ligne positive 39 à travers une résistance 49 shuntée par un condensateur 50 en série avec une résistance 51. Le point 47 précité est également relié à travers une diode 52 au collecteur du transistor 30a que le circuit 33a a pour fonction de commander. En outre à l'intérieur dudit circuit 33a ce collecteur est relié à l'émetteur du transistor en question par une résistance 53 en série avec une capacité 54 (cireuit d'aide à la commutation).

Le point 47 est encore relié d'une part à la ligne négative -v' 55 par une resistance 56, d'autre part directement à la base du premier 57 de deux transistors PNP 57 et 58 montés en Darlington par leurs émetteurs, entre l'émetteur du transistor 48 et une résistance 59 reliée d'autre part à la ligne négative 55.

La source qui correspond aux lignes +v', -v' et au point Ov' est individuellement associée au transistor de puissance 30a. Son point Ov' est d'ailleurs relié au point 32a de fig. 4. L' onduleur de cette figure devrait donc comporter six sources de commande particulières, savoir une pour chaque transistor. Toutefois on peut en pratique combiner celles correspondant aux transistors 31a, 31b et 31c, ce qui réduit donc leur nombre à quatre.

Lorsque la cellule 37 est éclairée elle rend conducteur le transistor 38. Celui-ci relie la base du transistor 44 au point Ov'. Ce transistor 44 se sature en reliant le point 47 à la ligne +v' 39 à travers la résistance 45. I1 en résulte que le transistor 48 conduit également à saturation en bloquant le montage Darlington 57-58 et en envoyant une impulsion positive puissante sur la base du transistor 30a de l'onduleur lequel devient donc conducteur. La diode 45 limite la tension sur la base de 48, mais avec un retard qui permet l'apparition d'une pointe de déclenchement. On notera qu'en raison de la présence de la résistance 51 le condensateur 50 ne se charge pas immédiatement, ce qui favorise cette apparition.

Inversement, lorsque la cellule 37 est dans l'obscurité le transistor 44 est bloqué, le point 47 reçoit une impulsion négative par la résistance 56. Le montage Darlington 57-58 amplifie considérablement cette impulsion pour l'appliquer au transistor de puissance 30a qui se bloque.

Le circuit 53-54 facilite la-commutation.

Comme le suggère fig. 4, les circuits 34a, 34b et 34c peuvent être incorporés à l'onduleur 6, ce qui simplifie considérablement l'ensemble du dispositif. D'autre part, grâce au montage en Darlington 57-58 on obtient une commutation franche sur les bases des transistors de commutation de cet onduleur qui fonctionne ainsi de façon parfaite. Les potentiomètres 13 et 18a ainsi que l'inverseur 18 permettent une commande précise de la vitesse, du couple et du sens de rotation du moteur en évitant toute surcharge.

I1 doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour l'alimentation de moteurs électriques asynchrones ou synchrones à vitesse variable, du genre comprenant un générateur de courant continu à tension substantiellement constante, tel qu'un redresseur recevant le courant alternatif d'un réseau, un hacheur de ce courant continu à temps de conduction et temps morts réglables, un filtre et un onduleur à fréquence réglable qui transforme le courant continu à tension variable sortant du filtre en courant alternatif polyphasé, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer le réglage du rapport des temps de conduction du hacheur à ses temps morts intermédiaires en fonction d'une tension de consigne elle-même corrigée en fonction de l'intensité moyenne du courant sortant de ce hacheur et de la tension à la sortie du filtre.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens qui agissent sur le signal correspondant à la tension de sortie du filtre de manière à tenir compte de l'intensité du courant sur cette même sortie.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage du hacheur comprennent un circuit de commande et un amplificateur d'intensité recevant à son entrée un signal de mesure d'intensité à la sortie du hacheur, la tension de consigne corrigée en fonction de la tension à la sortie du filtre, et une tension de référence, cet amplificateur comportant en outre un sommateur des trois entrées précitées, un amplificateur de leur somme, un amplificateur à seuil émettant une sortie positive ou négative suivant que la sortie de l'amplificateur précédent est supérieure ou inférieure à ce seuil, et un coupleur optique, le tout de façon à permettre de régler la vitesse du moteur.

4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplificateur ne reçoit que la tension de consigne et le signal de mesure d'intensité à la sortie du hacheur, de manière à permettre de régler l'intensité fournie au moteur, c'est--à-dire le couple développé par celui-ci.

5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'amplificateur d'intensité comprend en outre un amplificateur élémentaire de valeur absolue interposé sur l'entrée de la tension de référence de façon que celle-ci puisse être indifféremment positive ou négative et commander en même temps le sens de rotation des phases de l'onduleur.

6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la correction de la valeur de consigne en fonction de la tension à la sortie du filtre est assurée par un amplificateur à contre-réaction qui reçoit la consigne sur son entrée principale et le signal de tension sur une entrée de contre-réaction de façon que son coefficient d'amplification diminue à mesure que la tension et/ou l'intensité augmentent à la sortie du filtre.

7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, dans lequel l'onduleur comprend des couples de transistors commandés à partir d'un circuit de commande formant distributeur d'impulsions de conduction et de non-conduction, caractérisé en ce qu a chaque transistor est associé un circuit individuel qui agit sur sa base par l'intermédiaire de transistors montés en Darlington.