FR2494522A1

FR2494522A1 - CONTROL DEVICE FOR A DIRECT CURRENT MOTOR

Info

Publication number: FR2494522A1
Application number: FR8120340A
Authority: FR
Inventors: Edmond Butschi; Walter Furst
Original assignee: Mefina SA
Current assignee: Mefina SA
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1982-05-21
Also published as: GB2088098A; BR8107274A; SE8106753L; NL8104917A; IT8168482A0; ES507113A0; ES8301399A1; ZA817497B; JPS57110091A; CH640090A5; DE3145826A1; AU7748181A

Abstract

LE DISPOSITIF DE COMMANDE DU MOTEUR M A COURANT CONTINU COMPREND UN CIRCUIT DE COMMANDE 2 COMPRENANT AU MOINS UN ELEMENT A CONDUCTIBILITE COMMANDEE. CE CIRCUIT DE COMMANDE EST PILOTE PAR UN CIRCUIT DE CONTROLE 3 QUI ENVOIE AU CIRCUIT DE COMMANDE DES SIGNAUX OPTIQUES S5 ET S6. LE CIRCUIT DE COMMANDE 2 COMPREND UN REDRESSEUR A DEUX ALTERNANCES ET LE SIGNAL S5 D'ALLURE GENERALE RECTANGULAIRE, REND CONDUCTEUR L'ELEMENT SEMI-CONDUCTEUR DES LE DEBUT DE CHAQUE ALTERNANCE, PENDANT UNE DUREE INFERIEURE A CELLE-CI. L'ECHANGE DE SIGNAUX ENTRE LES CIRCUITS 2 ET 3 SE FAIT PAR VOIE LUMINEUSE ET FIBRES OPTIQUES.THE M CONTINUOUS CURRENT MOTOR CONTROL DEVICE INCLUDES A CONTROL CIRCUIT 2 INCLUDING AT LEAST ONE CONTROLLED CONDUCTIVITY ELEMENT. THIS CONTROL CIRCUIT IS DRIVEN BY A CONTROL CIRCUIT 3 WHICH Sends OPTICAL SIGNALS S5 AND S6 TO THE CONTROL CIRCUIT. THE CONTROL CIRCUIT 2 INCLUDES A TWO ALTERNATE RECTIFIER AND THE S5 SIGNAL OF GENERAL RECTANGULAR APPEARANCE, MAKES THE SEMI-CONDUCTIVE ELEMENT CONDUCTIVE FROM THE BEGINNING OF EACH ALTERNATION, DURING A LESS THAN THIS. THE SIGNAL EXCHANGE BETWEEN CIRCUITS 2 AND 3 IS DONE BY LIGHT AND OPTICAL FIBERS.

Description

- 1 - Dispositif de commande d'un moteur à courant continu On connart des- 1 - Device for controlling a DC motor We know

dispositifs de commande d'un moteur à courant continu alimenté par une source de courant alternatif connectée à un redresseur à deux alternances, ces dispositifs comprenant un élément semi-conducteur à conductibilité control devices for a direct current motor powered by an alternating current source connected to a two-wave rectifier, these devices comprising a semiconductor element with conductivity

commandée branché en série entre le redresseur et le moteur, des moyens fournis- controlled connected in series between the rectifier and the motor, means provided

sant à l'élément semi-conducteur des impulsions de commande en synchronisme avec la fréquence de la source et dont la durée est déterminée en fonction de la tension health of the semiconductor element of the control pulses in synchronism with the frequency of the source and the duration of which is determined as a function of the voltage

moyenne désirée pour l'alimentation du moteur. average desired for motor supply.

Dans ces dispositifs connus, le réglage s'obtient, en général, en agissant sur l'angle de conduction, l'allumage de l'élément semi- conducteur ayant lieu en un point quelconque de l'alternance, tandis que l'extinction se produit lors du passage 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 takes place. produced during the passage

par zéro du courant d'alimentation. by zero of the supply current.

Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'introduire dans le courant des These devices have the disadvantage of introducing into the current

composantes à haute fréquence donnant lieu à l'émission de parasites radio- élec- high frequency components giving rise to the emission of radio interference

triques importants.important triques.

Dans le but de diminuer ces parasites, il a également été proposé de rendre un triac ou un thyristor conducteur pendant toute la durée d'une alternance de façon que l'établissement du courant et respectivement sa coupure aient lieu lors du passage de ce courant par zéro. Pour régler la tension moyenne à la valeur désirée, on ne commande la conduction de l'élément semi-conducteur que pour 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 set the average voltage to the desired value, the conduction of the semiconductor element is only controlled for

certaines des alternances.some of the alternations.

Les dispositifs de ce genre présentent l'inconvénient de ne pas permettre un réglage fin puisque celui-ci s'effectue obligatoirement par sauts successifs. De plus, l'alimentation du moteur peut être pulsée à une fréquence relativement basse ce qui provoque des à-coups indésirables sur le moteur et sur les organes mécaniques Devices of this kind have the drawback of not allowing fine adjustment since this must be done by successive jumps. In addition, the motor supply can be pulsed at a relatively low frequency which causes undesirable jolts on the motor and on the mechanical components.

entraînés par celui-ci.driven by it.

L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif de com- The invention aims to allow the realization of a device for com-

mande ne présentant pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif de commande est agencé pour fournir des impulsions dont le début colhcide avec le passage par zéro de la tension de la source et dont la durée est mande not having the aforementioned drawbacks. This object is achieved by virtue of the fact that the control device is arranged to supply pulses whose colhcid start with the passage of the source voltage through zero and whose duration is

inférieure à celle d'une alternance. lower than that of an alternation.

2 - 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. La fig. 1 représente schématiquement l'ensemble du dispositif de commande 2 - 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 sewing machine. Fig. 1 schematically represents the entire control device

du moteur.of the motor.

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 With reference to fig. 1, a motor M is supplied from an alternating current source 1 via a control circuit 2. This circuit of

commande est piloté par un circuit 3 de contr8le. control is controlled by a control circuit 3.

Le circuit de contr8le 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 M, - un signal S3 de la vitesse réelle du moteur, ce signal étant fourni par un capteur 4 entraîné par le moteur M, - un signal S4 de consigne de la vitesse prescrite, ce signal étant fourni par un circuit 5, - un signal S5 de commande de réglage de l'alimentation du moteur et, - un signal S6 de mise en circuit ou hors circuit de l'alimentation du moteur ML Comme cela est représenté schématiquement à la partie supérieure de la fig.1, le signal SS 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 a signal S2 for measuring the current flowing in the motor M, a signal S3 for the actual speed of the motor, this signal being supplied by a sensor 4 driven by the motor M, a signal S4 for setting the prescribed speed, this signal being supplied by a circuit 5, - a signal S5 for controlling the supply of the motor and, - a signal S6 for switching on or off the motor supply ML As shown schematically in the upper part of fig. 1, the signal SS consists of pulses of generally 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 alternating current source 1. The duration tc determines the

tension moyenne d'alimentation du moteur. Comme le circuit de commande com- average motor supply voltage. As the control circuit

prend un redresseur à deux alternances, la fréquence des impulsions S5 est de 100 takes a two-wave rectifier, the frequency of the pulses S5 is 100

Hz dans le cas d'une alimentation par un réseau à 50 Hz. Hz in the case of supply by a network at 50 Hz.

Le circuit 3 de contr8le 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 The control circuit 3 will not be described in detail since 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 transmitted to it and that it must

fournir. C'est ainsi que le capteur 4 peut atre réalisé pour fournir un signal élec- provide. This is how sensor 4 can be made to provide an electrical signal.

trique dont la fréquence est représentative de la vitesse du moteur. Toutefois, il existe aussi des capteurs fournissant une tension proportionnelle à la vitesse du stick whose frequency is representative of the speed of the motor. However, there are also sensors providing a voltage proportional to the speed of the

moteur.engine.

- 3 - Le circuit 3 de contrôle a pour but d'agir sur la tension d'alimentation pour - 3 - The purpose of control circuit 3 is to act on the supply voltage for

obtenir du moteur M la vitesse correspondant à la -vitesse donnée par le circuit 5. obtain from the motor M the speed corresponding to the speed given by the circuit 5.

A cet effet, le circuit 3 établit la différence entre les signaux S3 et S4 et corn- To this end, circuit 3 establishes the difference between signals S3 and S4 and

mande 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 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 SS 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 intensité dépasse une valeur prédéterminée, la durée tC est réduite proportionnellement à l'excédent du courant moyen. Si la valeur du requires an increase in the duration of the pulses S5 as long as the actual speed of the motor is less than the set 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 SS 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

signal S2 dépasse pendant un temps prédéterminé ladite valeur, le circuit de con- signal S2 exceeds said value for a predetermined time, the circuit

trôle 3 peut supprimer co.nplètement le signal S5. trole 3 can completely suppress signal S5.

Le signal S6 est un signal de sécurité. Pour que le moteur puisse tourner, il est nécessaire que S5 et S6 soient présents tous deux. Le signal S6 apparart 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 The signal S6 is a safety signal. For the engine to run, both S5 and S6 must be present. The signal S6 appears when S4 exceeds a predetermined value signifying that the motor must be running. It is present during all the alternations until S4 drops below

cette valeur prédéterminée, auquel cas, il n'est jamais présent. this predetermined value, in which case it is never present.

La fig. 2 représente le schéma du circuit de commande du moteur N. Ce moteuir 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 Fig. 2 shows the diagram of the motor control circuit N. 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

redresseur 10 est contrôlée par un triac 16 branché en série dans le circuit d'ali- rectifier 10 is controlled by a triac 16 connected in series in the supply circuit

mentation et commandé par un photo-diac 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. Les bornes de sortie du redresseur 10 sont connectées à un montage en série mentation and controlled by a photo-diac 17, without external power 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 allow the supply of the motor M. The output terminals of the rectifier 10 are connected to a series connection.

comprenant le moteur M, un élément semi-conducteur 11 et une résistance R3. comprising the motor M, a semiconductor element 11 and a resistor 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 photo-diode 13 The latter is intended to measure the current flowing in the motor M. The voltage drop due to the passage of this current is applied to a photo-diode 13

qui produit le signal lumineux S2.which produces the light signal S2.

- 4 - 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 il 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 photo-transistor 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 - 4 - The 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 the element it 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 photo-transistor 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

un condensateur 14 en parallèle avec un transistor FET 15. 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 55 rend le photo-transistor 12 conducteur, le condensateur 14 The transistor 15 is connected according to a known diagram to allow a constant current to pass through a determined range of voltage. So when a light pulse of signal 55 makes the photo-transistor 12 conductive, the capacitor 14

est chargé et l'élément semi-conducteur 15 devient conducteur. A la fin de l'impul- is charged and the semiconductor element 15 becomes conductive. At the end of the impul-

sion 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 light, 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

du condensateur 14 décroît linéairement et commande donc par l'élément semi- of the capacitor 14 decreases linearly and therefore controls by the semi-element

conducteur 11 une diminution progressive du courant du moteur pendant l'alternance driver 11 a gradual decrease in the motor current during the alternation

considérée. La coupure du courant traversant le moteur est donc effectuée progres- considered. The current passing through the motor is therefore cut progressively.

sivement, ce qui évite l'émission de parasites radio-électriques. Il est ainsi possible which avoids the emission of radio interference. It is thus possible

de renoncer à prévoir un filtre de déparasitage. to refrain from providing 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 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 from the

contrôle et des éléments sous haute tension dans le circuit de commande. high voltage components in the control circuit.

Selon une variante intéressante, on pourrait supprimer la diode D et le transistor 15 de sorte qu'après la fin du signal optique SS, 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 According to an interesting variant, the diode D and the transistor 15 could be eliminated so that after the end of the optical signal SS, 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

l'absence de parasites HF.the absence of HF parasites.

2494522'2494522 '

Claims

1. Device for controlling a direct current motor supplied by an alternating current source connected to a two-wave rectifier, device comprising a semiconductor element with comma "conductivity connected in series between the rectifier and the motor, means providing to-, $ ment semiconductor control pulses in synchronism with the frequency of the source and whose duration is determined according to the average t desired for the power supply of the motor, characterized in that q arranged for provide pulses whose start coincides with the passage of source voltage and whose duration is less than that of an alterna

2. Device according to claim 1, c a r a c t é r i s in that the semiconductor is a transconductance element and low inter resistance

the driver state.

3. Device according to one of claims 1 or 2, c a r a c t é r i s é "

that it comprises means for supplying pulses of general shape ri

gular ending in a gradually decreasing flank.

4. Device according to claim 3, characterized in that it co 'a control circuit providing rectangular pulses, this control circuit having at least one input for a signal determining the average tex desired for the motor, the rectangular pulse of the con circuit being applied to a control circuit comprising means for sloping the trailing edge of the pulse to obtain a progressive decrease

this impulse.

5. Device according to claim 4, c a r a c t é r i s in that 1l

means produce a substantially linear progressive decrease.

6. Device according to claim 4, c a r a c t e r i s in that the

means produce a progressive decrease of exponential pace.

-6-

7. Device according to claim 4, c a r ac t 4 r i s é in that the control circuit comprises means for forming control pulses

light acting on a photo-transistor of the control circuit, this photo-tran

sistor driving the semiconductor element.

8. Device according to claims 4, c a r t 4 r i s 4 in that it includes, for safety reasons, an electronic switch in series in a line

rectifier supply, this switch being constituted by a triac

mandated, without external power supply, by a photo-diac, this switch being controlled to cut the power supply of the rectifier when the input signal of the control circuit corresponds to an average voltage lower than a threshold of

determined voltage.

9. Device according to claim 4, c a r a c t 4 r i s é in that the control circuit comprises a resistor, in series with the semiconductor element, the

voltage across this resistance being measured by means of a photodiode.

10. Device according to one of claims 4, 7, 8 or 9, c a r a c t é r i s en

that the high voltage control circuit of the motor is separated from the low voltage control circuit, the connection between these two circuits being carried out by

optical signals transmitted by optical fiber.