FR2497025A1 - Energy economiser for polyphase induction motors - has two triacs conducting differently at very light loads for smooth operation and max. energy saving - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif économiseur d'énergie pour moteurs à induction polyphasés. The invention relates to an energy saving device for polyphase induction motors.
Les moteurs à induction classiques utilisent la totalité de la tension alternative sinusoidale aux bornes des enroulements du stator quelle que soit la charge du moteur. Conventional induction motors use all of the sinusoidal alternating voltage across the stator windings regardless of the motor load.
Dans les cas où la charge varie entre des limites très importantes, c'est-à-dire par exemple lorsque le moteur est utilisé pour des opérations de levage ou dans des monte-charge, le moteur est utilisé la plupart du temps dans des conditions très éloignées de sa charge maximale. Dans ces conditions les pertes fer du statoé sont pratiquement les mêmes que lorsque le moteur fonctionne à pleine charge. De plus, comme le facteur de puissance est faible à charge faible, le courant du stator est élevé et les pertes cuivre sont égalemert importantes. In cases where the load varies between very large limits, i.e. for example when the motor is used for lifting operations or in hoists, the motor is used most of the time under conditions very far from its maximum load. Under these conditions the iron losses of the statoé are practically the same as when the engine is running at full load. In addition, as the power factor is low at low load, the stator current is high and the copper losses are also significant.
Quand un moteur à induction polyphasé classique fonctionne très au-dessous de sa puissance maximale, une partie seulement de la tension alternative sinusoidale, ou un fonctionnement sur une seule phase, suffisent pour répondre à la demande de puissance du moteur. Le fait de réduire ainsi la tension alternative ou de fonctionner sur une seule phase, réduit considérablement les pertes fer et les pertes cuivre du moteur tout en faisant également moins chauffer le stator. When a conventional polyphase induction motor operates far below its maximum power, only part of the sinusoidal alternating voltage, or operation on a single phase, is sufficient to meet the demand for motor power. Reducing the alternating voltage in this way or operating on a single phase considerably reduces the iron losses and the copper losses of the motor while also heating the stator less.
Cette réduction de la température de fonctionnement globale réduit encore les pertes cuivre du moteur par suite de l'abaissement de la résistance ohmique des enroulements.This reduction in the overall operating temperature further reduces copper losses from the motor as a result of the lowering of the ohmic resistance of the windings.
Ces divers facteurs se combinent pour conduire à une réduction importante de l'énergie consommée par le moteur et par suite à une économie sur les sources énergie à mettre en oeuvre, et à une réduction des coûts de fonctionnement. These various factors combine to lead to a significant reduction in the energy consumed by the engine and consequently to a saving in the energy sources to be used, and to a reduction in operating costs.
Compte tenu des remarques ci-dessus, l'invention a pour but de créer un dispositif à la fois simple et fiable, permettant de faire varier l'énergie électrique appliquée au stator et par suite la densité de flux du stator d'un moteur alternatif polyphasé à induction de type standard non modifié, de façon que cette énergie devienne fonction de la charge appliquée à chaque instant au moteur. In view of the above remarks, the object of the invention is to create a device which is both simple and reliable, making it possible to vary the electrical energy applied to the stator and consequently the flux density of the stator of an alternating motor. polyphase induction type standard unmodified, so that this energy becomes a function of the load applied at all times to the motor.
Ce but est atteint, selon l'invention, en ne laissant parvenir au stator du moteur qutune fraction plus ou moins grande de la tension alternative fournie par la source de puissance, cette fraction dépendant du pourcentage de glissement du moteur, ou encore en ne faisant fonctionner le moteur que sur une seule phase. This object is achieved, according to the invention, by only allowing the stator of the motor to reach a more or less large fraction of the alternating voltage supplied by the power source, this fraction depending on the percentage of slip of the motor, or even by making run the engine only in one phase.
En d'autres termes la tension sinusoidale appliquée au stator du moteur est modifiée pour s'adapter à chaque instant aux conditions de la charge, ce qui permet de réduire de manière importante les pertes fer et les pertes cuivre. In other words, the sinusoidal voltage applied to the stator of the motor is modified to adapt at all times to the conditions of the load, which makes it possible to significantly reduce the iron losses and the copper losses.
A cet effet l'invention concerne un dispositif de commande de puissance alternative à économie d'énergie permettant de réduire les pertes fer et les pertes cuivre d'un moteur alternatif à induction triphasé classique en faisant varier la forme et l'amplitude de la tension entrée appliquée à ce moteur, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un moteur alternatif triphasé à induction classique comprenant trois enroulements de stator et un rotor destiné à être couplé à la charge, une source de puissance sinusoidale triphasée à trois conducteurs permettant d'alimenter les enroulements du stator pour faire tourner le rotor et des moyens de commande à boucle de réaction positive se fermant conditionnellement, pour alimenter les enroulements du stator à partir de la source triphasée en se référant à une vitesse particulière correspondant au meilleur rendement en énergie compte tenu des propriétés intris sèques des moteurs à induction sur une plage limitée de vitesse de ceux-ci au voisinage de leur pleine vitesse, les moyens de commande à boucle de réaction positive comprenant des moyens de détection de charge du moteur se couplant au rotor et produisant un signal de modulation de fréquence lié à la charge du moteur, un discriminateur de fréquence branché aux-moyens de détection de charge de manière à produire une tension de commande continue dont l'amplitude varie en sens inverse de la vitesse du moteur, un étage à.émetteur-suiveur branché à la sortie du discriminateur de fréquence pour rendre celui-ci insensible aux variations des circuits suivants tout en couplant la tension de commande continue à ceux-ci, un certain nombre de moyens de couplage de tension branchés à la sortie de l'étage à émetteur-suiveur pour fournir un certain nombre de signaux de sortie de commande continue isolés les uns des autres, deux modulateurs répondant respectivement aux signaux de sortie de commande continue et comprenant des moyens de commutation associés branchés entre deux conducteurs de la
source de puissance triphasée et deux des trois enroulements
de stator, le troisième enroulement de stator étant
branché directement au troisième conducteur de la source de puissance, les modulateurs servant à appliquer la totalité de la tension sinusoldale de la source de puissance à leurs enroulements de stator associés pendant le démarrage et la montée en vitesse du moteur, puis à maintenir à une valeur déterminée la vitesse atteinte par le moteur en faisant varier l'angle électrique ou la phase de chaque 'cyle:: de la source de puissance branchée à ce moment aux deux enroulements de stator, et par conséquent au troisième enroulement de stator, ce qui permet ainsi d'obtenir des fractions variables de chaque onde sinusoidale de tension fournie par la source de puissance aux trois enroulements de stator, suivant les besoins imposés par la charge sur le rotor du moteur à chaque instant donné, et suivant les caractéristiques électromécaniques intrinsèques du moteur, grâce à quoi les moyens de commande à boucle de réaction positive fermée permettent de réduire très sensiblement les pertes fer et les pertes cuivre de ce moteur classique en réglant essentiellement le courant moyen fourni par la source de puissance aux enroulements du stator, en fonction de la charge et des caractéristiques intrinsèques du moteur lorsque la charge de celui-ci varie entre zéro et la charge maximaLe.To this end, the invention relates to an energy-saving alternative power control device making it possible to reduce the iron losses and the copper losses of a conventional three-phase induction motor by varying the shape and the amplitude of the voltage. input applied to this motor, device characterized in that it comprises a conventional three-phase alternating induction motor comprising three stator windings and a rotor intended to be coupled to the load, a three-phase sinusoidal power source with three conductors making it possible to supply the stator windings for rotating the rotor and conditionally closing positive feedback loop control means for supplying the stator windings from the three-phase source with reference to a particular speed corresponding to the best energy yield taking into account intrinsic properties of induction motors over a limited speed range thereof in the vicinity e of their full speed, the positive feedback loop control means comprising motor load detection means coupling to the rotor and producing a frequency modulation signal linked to the motor load, a frequency discriminator connected to the load detection means so as to produce a continuous control voltage whose amplitude varies in opposite direction to the speed of the motor, a transmitter-follower stage connected to the output of the frequency discriminator to make it insensitive to variations of the following circuits while coupling the DC control voltage thereto, a number of voltage coupling means connected to the output of the emitter follower stage to provide a number of DC control output signals isolated from each other, two modulators respectively responding to the continuous control output signals and comprising associated switching means connected between two conductors of the
three-phase power source and two of the three windings
stator, the third stator winding being
connected directly to the third conductor of the power source, the modulators being used to apply the entire sinusoidal voltage of the power source to their associated stator windings during starting and speed-up of the motor, then to maintain at a value determines the speed reached by the motor by varying the electrical angle or the phase of each 'cyle :: of the power source connected at this time to the two stator windings, and therefore to the third stator winding, which allows thus obtaining variable fractions of each voltage sine wave supplied by the power source to the three stator windings, according to the requirements imposed by the load on the motor rotor at any given time, and according to the intrinsic electromechanical characteristics of the motor. , whereby the closed positive feedback loop control means make it possible to very significantly reduce the iron losses and the s copper losses from this conventional motor by essentially adjusting the average current supplied by the power source to the stator windings, as a function of the load and intrinsic characteristics of the motor when the load of the latter varies between zero and the maximum load.
Ainsi, selon l'invention, le stator du moteur triphasé standard ntest branché directement que par une seule entrée à la source de courant alternatif triphasé. Les deux autres entrées du stator sont branchées au secteur triphasé par l'intermédiaire de triacs qui commencent par conduire en permanence au moment du branchement initial de manière à fournir au moteur le couple de démarrage maximum. Après le démarrage du moteur, les triacs deviennent des éléments d'une boucle de réaction positive non linéaire à fonctionnement conditionnel, et la phase de ces triacs peut être commandée par des modulateurs répondant à un signal de modulation de fréquence produit par des moyens de détection de la charge du moteur. Il en résulte que chaque triac conduit pendant la totalité ou pendant une partie seulement de sa tension sinusoidale d'entrée, en fonction de la puissance demandée à chaque instant au moteur. De cette manière la vitesse du moteur est maintenue à une valeur donnée constante dans toutes les conditions de charges appliquées au moteur à l'intérieur de son domaine de fonctionnement, et la pleine puissance est appliquée dans le cas des très fortes charges, de manière à maintenir les pleines performances du moteur en surcharge. Thus, according to the invention, the stator of the standard three-phase motor is connected directly only by a single input to the three-phase alternating current source. The other two inputs of the stator are connected to the three-phase sector via triacs which start by driving continuously at the time of initial connection so as to provide the motor with the maximum starting torque. After starting the engine, the triacs become elements of a non-linear positive feedback loop with conditional operation, and the phase of these triacs can be controlled by modulators responding to a frequency modulation signal produced by detection means. of the engine load. As a result, each triac drives during all or only part of its sinusoidal input voltage, depending on the power demanded at all times from the motor. In this way the speed of the motor is kept at a given constant value under all the load conditions applied to the motor within its operating range, and full power is applied in the case of very heavy loads, so that maintain full engine overload performance.
Pour obtenir l'optimum de rendement et un fonctionnement régulier, chaque triac branche au stator une fonction différente de la puissance de la source pour les charges faibles et modérées, et l'un des triacs reste en circuit ouvert pour les charges très faibles ou nulles, ce qui fait ainsi fonctionner le moteur en monophasé avec une sinusoïde partielle. To obtain optimum performance and regular operation, each triac connects to the stator a different function from the power of the source for low and moderate loads, and one of the triacs remains in open circuit for very low or zero loads , which thus operates the motor in single phase with a partial sine wave.
Les moyens de détection de charge et les modulateurs peuvent être les mêmes que ceux décrits dans la demande de brevet U.S.A. nO 917 698 de Parker et Hedges. The load detection means and the modulators can be the same as those described in U.S.A. patent application no. 917,698 to Parker and Hedges.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif économiseur d'énergie selon l'invention , et
- la figure ? est un schéma détaillé d'une forme préférée de circuits du type de ceux utilisés dans le schéma de .principe de la figure 1.The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and which refers to the attached drawings in which
FIG. 1 is a block diagram of an energy saving device according to the invention, and
- the figure ? is a detailed diagram of a preferred form of circuits of the type used in the diagram of the principle of FIG. 1.
Comme indiqué sur la figure 1, un moteur triphasé standard 10 comporte trois enroulements de stator 2a, 2b et 2c qu'on peut brancher à une source de courant alternatif triphasée 3 par les lignes 4a, 4b et 4c pour faire tourner le rotor 12. As shown in FIG. 1, a standard three-phase motor 10 has three stator windings 2a, 2b and 2c which can be connected to a three-phase alternating current source 3 by lines 4a, 4b and 4c to rotate the rotor 12.
Selon l'invention, la source de courant 3, au lieu d'hêtre branchée directement à chacun des enroulements de stator, est branchée comme indiqué sur la figure 1. According to the invention, the current source 3, instead of beech connected directly to each of the stator windings, is connected as indicated in FIG. 1.
L'un des conducteurs tel que le conducteur 4c par exemple, est branché directement, de façon classique, à l'enroulement de stator 2c. Au contraire les conducteurs 4b et 4a sont branchés respectivement à l'une des bornes de deux commutateurs à'état solide 5 et 6 dont les autres bornes sont branchées, en 5a et 6a, aux entrées des enroulements 2a et 2b du stator du moteur. One of the conductors such as the conductor 4c for example, is connected directly, conventionally, to the stator winding 2c. On the contrary, the conductors 4b and 4a are connected respectively to one of the terminals of two solid state switches 5 and 6, the other terminals of which are connected, at 5a and 6a, to the inputs of the windings 2a and 2b of the stator of the motor.
Par suite la puissance moyenne appliquée à l'ensemble des enroulements par la source 3, y compris l'enroulement de stator 2c, devient ponction de la durée de conduction des commutateurs 5 et 6. As a result, the average power applied to all of the windings by the source 3, including the stator winding 2c, becomes a puncture of the conduction time of the switches 5 and 6.
Les commutateurs 5 et 6, qui peuvent par exemple être constitués par des dispositifs à triacs, font partie de modulateurs 7 et 8 dont le fonctionnement est commandé par une tension continue apparaissant sur la ligne 16b à la sortie de l'étage à émetteur-suiveur 11. L'amplitude de cette tension de commande continue correspond à la modulation de fréquence produite par unigénérateur alternatif relativement petit couplé mécaniquement au moteur 10. Switches 5 and 6, which can for example be constituted by triac devices, are part of modulators 7 and 8 whose operation is controlled by a DC voltage appearing on line 16b at the output of the emitter-follower stage 11. The amplitude of this DC control voltage corresponds to the frequency modulation produced by a relatively small AC generator mechanically coupled to the motor 10.
Le générateur 18 de la figure 1 comprend une roue dentée 18a montée en 13 sur l'arbre du moteur à induction 10. La roue dentée 18a et son stator associé comportent un petit générateur alternatif dont la modulation de fréquence de sortie est déterminée par sa vitesse de rotation et par le nombre de dents de la roue 18a. La fréquence de sortie moyenne de ce générateur est un multiple entier de la vitesse moyenne de rotation du moteur à induction 10 et peut par exemple représenter, 60 fois environ la vitesse moyenne du moteur. The generator 18 of FIG. 1 comprises a toothed wheel 18a mounted at 13 on the shaft of the induction motor 10. The toothed wheel 18a and its associated stator comprise a small alternating generator whose output frequency modulation is determined by its speed of rotation and by the number of teeth of the wheel 18a. The average output frequency of this generator is an integer multiple of the average speed of rotation of the induction motor 10 and can for example represent, approximately 60 times the average speed of the motor.
Le signal de sortie du générateur 18 qui, du fait du choix d'une fréquence beaucoup plus élevée que celle de la source de courant 3, est un signal alternatif produit électromécaniquement, présente deux formes de modulation de fréquence liées à la charge. The output signal of the generator 18 which, due to the choice of a frequency much higher than that of the current source 3, is an alternating signal produced electromechanically, has two forms of frequency modulation linked to the load.
La première forme de modulation de fréquence produite par le rotor dans le générateur 18, est inhérente à tous les moteurs à inductinn et dépend des variations de glissement du rotor résultant des variations de la charge mécanique du moteur. Plus présisément la fréquence moyenne du signal alternatif produit par la vitesse de rotation de l'arbre du moteur, varie directement proportionnellement aux variations de vitesses liées à la charge. The first form of frequency modulation produced by the rotor in the generator 18, is inherent in all inductin motors and depends on the variations in rotor slip resulting from variations in the mechanical load of the motor. More precisely, the average frequency of the alternating signal produced by the speed of rotation of the motor shaft varies directly in proportion to the speed variations linked to the load.
Les moteurs polyphasés, aussi bien que les moteurs monophasés, produisent cette forme de modulation de fréquence liée à la charge. Polyphase motors, as well as single-phase motors, produce this form of load-related frequency modulation.
Des mouvements moins évidents du rotor d'un moteur triphasé fonctionnant sur une seule phase ou sur trois phases avec découpage de la tension sinusoidale appliquée, produisent une autre forme de modulation de fréquence à la sortie du générateur 18. En qffet, le moteur fonctionnant en monophasé est soumis à des variations naturelles de torsion par suite du fait que le courant sinusoldal circulant dans les enroulements du stator passe deux fois par zéro à chaque cycle, ce qui produit de petites variations de vitesse. Less obvious movements of the rotor of a three-phase motor operating on a single phase or on three phases with cutting of the applied sinusoidal voltage, produce another form of frequency modulation at the output of the generator 18. In effect, the motor operating in Single phase is subject to natural variations in torsion due to the fact that the sinusoldal current flowing in the windings of the stator passes twice by zero with each cycle, which produces small variations in speed.
Ainsi, avec une source de courant alternatif à 60 Hz, le fonctionnement en monophasé produit des variations de vitesse et de couple à 120 Hz, sensibles à la charge, ces variations se répercutant sur le générateur. Thus, with an alternating current source at 60 Hz, single-phase operation produces variations in speed and torque at 120 Hz, sensitive to the load, these variations having repercussions on the generator.
De la même façon le fonctionnement du moteur triphasé en mode à sinusoïde partielle à 60 Hz, produit des variations de vitesse et de couple à 360 Hz qui modulent en fréquence le signal de sortie du générateur. Par suite, lorsque la charge du moteur 10 augmente à partir de zéro, le signal issu du générateur 18 présente tout d'abord une fréquence moyenne proportionnelle à la vitesse moyenne du moteur avec des variations au-dessus et au-dessous de cette fréquence moyenne se produisant tout d'abord à 120 Hz pendant le fonctionnement en monophasé, puis passant à 360 Hz pendant le fonctionnement en triphasé à sinusolde partielle. In the same way the operation of the three-phase motor in partial sine mode at 60 Hz, produces variations in speed and torque at 360 Hz which frequency modulate the output signal of the generator. Consequently, when the load of the motor 10 increases from zero, the signal from the generator 18 firstly presents an average frequency proportional to the average speed of the motor with variations above and below this average frequency. first occurring at 120 Hz during single-phase operation, then passing to 360 Hz during three-phase partial sine wave operation.
Ce signai alternatif à modulation FM/FM est appliqué à l'entrée d'un discriminateur de fréquence 17 qui transforme la modulation de fréquence apparaissant sur la ligne 20, en une tension de commande continue correspondante sur la ligne 16, l'amplitude de ce signal de tension continue étant fonction de la modulation de fréquence totale du signal, pour des vitesses du moteur se situant au-dessus de 95 % environ de la vitesse de synchronisme. This alternative signal with FM / FM modulation is applied to the input of a frequency discriminator 17 which transforms the frequency modulation appearing on line 20, into a corresponding continuous control voltage on line 16, the amplitude of this DC voltage signal being a function of the total frequency modulation of the signal, for motor speeds which are above approximately 95% of the synchronism speed.
Dans la description qui suit on supposera que le générateur 18 comporte 60 dents et que le moteur à induction tourne à une vitesse de 30 tours/seconde de façon que le signal alternatif de sortie du petit générateur associé soit à une fréquence de 1800 Hz, les paramètres ci-dessus étant donnés ici à titre d'illustration de l'invention. In the description which follows, it will be assumed that the generator 18 has 60 teeth and that the induction motor rotates at a speed of 30 revolutions / second so that the alternating output signal of the associated small generator is at a frequency of 1800 Hz, the above parameters being given here by way of illustration of the invention.
Le signal alternatif de sortie du générateur 18 est appliqué aux bornes d'un circuit LC 32, comme indiqué sur la figure 2, ce circuit 32 présentant une résonance large à la fréquence du générateur, de manière à fournir une onde de sortie pratiquement sinusoldale. Ce signal alternatif résultant est appliqué, par l'intermédiaire du condensateur 33, à la base du transistor 34 dont le collecteur est alimenté par une résistance 35 à partir de la borne positive de la source continue 31. The alternating output signal from the generator 18 is applied to the terminals of an LC circuit 32, as indicated in FIG. 2, this circuit 32 having a wide resonance at the frequency of the generator, so as to provide a practically sinusoidal output wave. This resulting alternating signal is applied, via the capacitor 33, to the base of the transistor 34, the collector of which is supplied by a resistor 35 from the positive terminal of the DC source 31.
Toute variation d'amplitude du signal alternatif produit par le générateur 18, est éliminée par la référence de tension fournie par la diode 36 et par l'effet limiteur de la jonction base-émetteur du transistor 34. Par suite, le transistor 34 fonctionne en amplificateur limiteur. Any variation in amplitude of the alternating signal produced by the generator 18 is eliminated by the voltage reference supplied by the diode 36 and by the limiting effect of the base-emitter junction of the transistor 34. Consequently, the transistor 34 operates in limiting amplifier.
Les éffets de limitations positive et négative décrits ci-dessus donnent sur la base et le collecteur du transistor 34 une forme d'onde écrêtée à sommets plats. Ces impulsions à sommets plats sont injectées dans un circuit résonant 37 à grand coefficient de surtension Q, ce circuit étant accordé à 1850 Hz environ, au-dessus de l'une des fréquences du générateur 18. Le signal de sortie du générateur alternatif travaille sur un flanc de la courbe de résonance du circuit 37 de sorte que ce circuit 37 fonctionne en fait en discriminateur de fréquence, ctest-à-dire que la tension apparaissant aux bornes du circuit 37 varie en amplitude suivant la modulation de fréquence du signal qui lui est appliqué par le transistor 34. The positive and negative limitation effects described above give the base and the collector of transistor 34 a clipped waveform with flat vertices. These pulses with flat peaks are injected into a resonant circuit 37 with a large overvoltage coefficient Q, this circuit being tuned to approximately 1850 Hz, above one of the frequencies of the generator 18. The output signal of the alternating generator works on a side of the resonance curve of circuit 37 so that this circuit 37 in fact functions as a frequency discriminator, that is to say that the voltage appearing at the terminals of circuit 37 varies in amplitude according to the frequency modulation of the signal which is applied by transistor 34.
Le signal développé aux bornes du circuit résonant 37 est envoyé, par l'intermédiaire d'une résistance variable 38 et d'un condensateur 39, à un amplificateur continu polarisé par le signal, cet amplificateur comprenant le transistor 40. Lorsque la tension de base positive, produite par le signal, monte au-dessus de son seuil de coupure, il se produit une installation mpide, non linéaire, du courant de collecteur du transistor 40. The signal developed at the terminals of the resonant circuit 37 is sent, via a variable resistor 38 and a capacitor 39, to a continuous amplifier polarized by the signal, this amplifier comprising the transistor 40. When the base voltage positive, produced by the signal, rises above its cutoff threshold, there is a mpid, non-linear installation of the collector current of transistor 40.
La résistance variable 38 est réglée de façon que cette commutation non linéaire corresponde à une vitesse d'énergie donnée se situant au-dessus d'environ 95 Vo de la vitesse synchrone du moteur. The variable resistor 38 is adjusted so that this non-linear switching corresponds to a given energy speed which is above approximately 95 V of the synchronous speed of the motor.
Au-dessus de cette vitesse la conduction moyenne du transistor 40 devient progressivement plus linéaire en réponse à l'amplitude de tension du signal démodulé. Above this speed the average conduction of transistor 40 becomes progressively more linear in response to the voltage amplitude of the demodulated signal.
Le transistor 40 est polarisé par le signal, à la fois dans le sens direct et dans le sens inverse, grâce à la charge et à la décharge du condensateur 39 provoquée par le passage du courant alternatif dans ce condensateur, et au redressement effectué ensuite par le transistor 40. Du fSt de cette polarisation inverse et de la résistance d'émetteur 45 du transistor 40 non court-circuité, la charge appliquée au circuit résonant 37 par le transistor 40, est minimale.La diode Zener 41 branchée entre l'anode de la diode 42 et la sst, fournit au condensateur 39 un chemin de décharge à faible résistance pendant les pointes d'alternances de polarisation inverse négative qui dépasse-nt la tension de seuil de conduction de la diode Zener, ce qui protège ainsi le transistor 40 des pointes de tension négative élevées. La diode 42 empêche l'alternanoe positive du signal de polarisation directe, être mise à la masse par la diode Zener 41. The transistor 40 is polarized by the signal, both in the direct direction and in the opposite direction, thanks to the charging and discharging of the capacitor 39 caused by the passage of alternating current in this capacitor, and to the rectification then carried out by the transistor 40. From the fSt of this reverse bias and from the emitter resistance 45 of the transistor 40 not short-circuited, the load applied to the resonant circuit 37 by the transistor 40 is minimal. The Zener diode 41 connected between the anode of diode 42 and sst, provides capacitor 39 with a low resistance discharge path during peaks of negative reverse bias which exceeds the conduction threshold voltage of the zener diode, thereby protecting the transistor 40 high negative voltage spikes. Diode 42 prevents the positive alternation of the forward bias signal from being grounded by Zener diode 41.
Comme l'amplitude de la tension alternative aux bornes du circuit résonant 37 varie en fonction de la modulation de fréquence, liée à la charge, du signal appliqué à ce circuit résonant, la polarisation du transistor 40 varie également et la partie du signal servant à rendre le transistor 40 conducteur varie de la même façon suivant la charge du moteur à chaque instant. Au-dessus du seuil de conduction non linéaire du transistor 40, une augmentation de l'amplitude de la tension alternative aux bornes du circuit résonant 37 provoque une augmentation du courant dans la résistance 43, ce qui produit à son tour une augmentation de la chute de tension aux bornes de la résistance 43, et par conséquent une réduction de tension au collecteur du transistor 40, et vice versa.Par suite cette partie particulière du circuit fonctionne en générateur de signai inverse, ctest-à-dire qu'une variation d'amplitude.inverse se produit entre la base et le collecteur du transistor.40. As the amplitude of the alternating voltage across the resonant circuit 37 varies according to the frequency modulation, linked to the load, of the signal applied to this resonant circuit, the polarization of the transistor 40 also varies and the part of the signal used to making the transistor 40 conductive varies in the same way depending on the load of the motor at each instant. Above the nonlinear conduction threshold of the transistor 40, an increase in the amplitude of the alternating voltage across the resonant circuit 37 causes an increase in the current in the resistor 43, which in turn produces an increase in the drop voltage across resistor 43, and therefore a reduction in voltage at the collector of transistor 40, and vice versa. As a result, this particular part of the circuit operates as a reverse signal generator, i.e. a variation of amplitude.inverse occurs between the base and the collector of the transistor. 40.
Le collecteur du transistor 40 est branché à une borne du condensateur 44 dont l'autre borne est mise à la masse. Le condensateur 44 se charge à travers la résistance 43 pendant une partie du temps, ctest-a-dire lorsque le transistor 40 ne conduit pas, et se décharge à travers le transistor 40 et une résistance 45 lorsque le transistor 40 devient conducteur. The collector of transistor 40 is connected to one terminal of capacitor 44, the other terminal of which is grounded. The capacitor 44 charges through the resistor 43 for part of the time, that is to say when the transistor 40 does not conduct, and discharges through the transistor 40 and a resistor 45 when the transistor 40 becomes conductive.
La constante de temps du circuit RC 43, 44 est longue comparativement à la fréquence de 1800 Hz (c'est-àdire la fréquence de sortie nominale du générateur alternatif 18) et la tension d'ondulation de fréquence moyenne aux bornes du condensateur 44 présente par conséquent une amplitude très faible. The time constant of the RC circuit 43, 44 is long compared to the frequency of 1800 Hz (that is to say the nominal output frequency of the alternating generator 18) and the ripple voltage of average frequency at the terminals of the capacitor 44 present. therefore a very small amplitude.
Par suite, quand le moteur 10 tourne au voisinage de sa vitesse de rendement maximum, la tension aux bornes du condensteur 44 diminue jusqu'à un potentiel continu pratiquement stable dont la grandeur moyenne varie proportion nellement à la charge et à la modulation de fréquence liée à la vitesse. Cette tension aux bornes du condensateur 44 constitue la tension de commande continue apparaissant sur la ligne 16 (voir figures 1 et 2). Sur la figure 1 la ligne 16 de tension de commande continue est branchée à l'entrée de étage à émetteursuiveur 11. La figure 2 montre que cet étage à émetteur-suiveur 11 consiste en un transistor 11, un condensateur de liaison en courant alternatif 80, une résistance variable 82, une résistance de charge de sortie 81, et des diodes 93 et 84.Cet étage à émetteur-suiveur 11 fonctionne de manière classique et sert à isoler la tension de commande continue développée au collecteur du transistor 40, de façon que celle-ci ne soit pas chargée par les entrées de tension de commande continue des modulateurs 7 et 8 auxquelles elle est finalement couplée. Consequently, when the motor 10 rotates in the vicinity of its maximum efficiency speed, the voltage across the terminals of the capacitor 44 decreases until a practically stable direct potential whose average magnitude varies proportionally to the load and to the linked frequency modulation. at speed. This voltage across the capacitor 44 constitutes the continuous control voltage appearing on line 16 (see FIGS. 1 and 2). In FIG. 1, the line 16 of continuous control voltage is connected to the input of the emitter follower stage 11. FIG. 2 shows that this emitter follower stage 11 consists of a transistor 11, an AC link capacitor 80 , a variable resistor 82, an output load resistor 81, and diodes 93 and 84. This emitter-follower stage 11 operates in a conventional manner and is used to isolate the continuous control voltage developed at the collector of transistor 40, so that it is not loaded by the DC control voltage inputs of modulators 7 and 8 to which it is finally coupled.
Le réglage de la résistance variable 82 détermine le niveau maximum auquel le condensateur 44 peut se charger pendant les périodes où le transistor 40 est coupé, et commande par conséquent la vitesse à laquelle la tension de commande continue moyenne peut varier avec la modulation de fréquence induite par la charge. En d'autres termes la résistance 82 peut être utilisée pour faire varier la réponse du système (en temps) à une variation de la charge du moteur. The adjustment of the variable resistor 82 determines the maximum level to which the capacitor 44 can charge during the periods when the transistor 40 is cut off, and consequently controls the speed at which the average continuous control voltage can vary with the induced frequency modulation. by charge. In other words the resistor 82 can be used to vary the response of the system (in time) to a change in the load of the motor.
Les diodes 83 et 84 branchent aux modulateurs 7 et 8 la tension de commande continue apparaissant sur la ligne 16b. La diode Zener 86 court-circuite la résistance 87 aux très grandes valeurs de la tension de commande continue pour que la réponde du modulateur soit plus rapide au cas où une charge très importante serait appliquée brusquement au moteur 10. The diodes 83 and 84 connect the modulators 7 and 8 to the continuous control voltage appearing on line 16b. The Zener diode 86 short-circuits the resistor 87 at very large values of the continuous control voltage so that the response of the modulator is faster in the event that a very large load is suddenly applied to the motor 10.
Chacun des modulateurs 7, 8 nécessite deux entrées de signal de commande. L'une de ces entrées est branchée à une source commune constituée par la sortie de tension de commande continue de l'étage à émetteur-suiveur 11. L'autre entrée reçoit un signal de référence alternatif qui synchronise la conduction d'un détecteur de passage par zéro (transistor 52 ou 52a), le passage par zéro de la phase considérée (branchée à la source alternative 3) étant commandé par le modulateur
correspondant. Dans le cas du modulateur 7, par exemple, la
seconde entrée de commande (ou de synchronisation) est branchée
à la phase 2. Each of the modulators 7, 8 requires two control signal inputs. One of these inputs is connected to a common source constituted by the continuous control voltage output of the emitter-follower stage 11. The other input receives an alternating reference signal which synchronizes the conduction of a detector of zero crossing (transistor 52 or 52a), the zero crossing of the phase considered (connected to the AC source 3) being controlled by the modulator
corresponding. In the case of modulator 7, for example, the
second control (or synchronization) input is connected
in phase 2.
Comme le fonctionnement des iux modulateurs est le même, on ne décrira seulement que le fonctionnement du modulateur 7 et de son détecteur de passage par zéro. Le signal de référence de synchronisation (décrit ci-dessus) est branché par l'intermédiaire du transformateur 28 dont le primaire est branché entre les phases 2 et 3. La sortie ou secondaire du transformateur 28, sortie basse tension (12,6 Voltsalternatif, par exemple) à 60 Hz, est branchée à un redresseur double alternance 51 dont le signal & sortie est constitué par une série dalternances négatives par rapport à la masse (comme indiqué en 29 sur la figure 2), et se branche à la base du transistor 52.La base de ce transistor 52 est également alimentée en courant de polarisation positive, par la résistance 46 branchée à l'alimentation continue 31. Les alternances négatives du redresseur 51 maintiennent le transistor 52 non conducteur, sauf au passage de la tension par zéro. As the operation of the two modulators is the same, only the operation of the modulator 7 and of its zero crossing detector will be described. The synchronization reference signal (described above) is connected via the transformer 28, the primary of which is connected between phases 2 and 3. The output or secondary of the transformer 28, low voltage output (12.6 Voltsalternative, for example) at 60 Hz, is connected to a full-wave rectifier 51, the signal & output of which consists of a series of negative half-waves with respect to ground (as indicated at 29 in FIG. 2), and connects to the base of the transistor 52. The base of this transistor 52 is also supplied with positive bias current by the resistor 46 connected to the DC power supply 31. The negative half-waves of the rectifier 51 keep the transistor 52 non-conductive, except when the voltage passes through. zero.
La polarisation positive appliquée par la résistance 46 provoque la saturation collecteur-émetteur du transistor 52 au voisinage des passages par zéro et, pendant ce temps, le point de jonction de la résistance 47 et du condensateur 48 (ceest-à-dire le collecteur du transistor 52) se trouve verrouillé à 0,1 Volt continu environ du potentiel de la masse. Plus précisément, après le passage par zéro de la tension de référence de la phase 2, la tension fournie par le redresseur 51 commence à tomber vers la valeur négative (crête) de - 12,6 Volts continus. Quand la tension résultante sur la base du transistor 52 tombe au-dessous de + 0,7 Volt continu environ, la coupure collecteur-émetteur se produit. The positive polarization applied by the resistor 46 causes the collector-emitter saturation of the transistor 52 in the vicinity of the zero crossings and, during this time, the junction point of the resistor 47 and of the capacitor 48 (i.e. the collector of the transistor 52) is locked at approximately 0.1 volts DC from ground potential. More precisely, after the reference voltage of phase 2 has passed through zero, the voltage supplied by the rectifier 51 begins to fall towards the negative (peak) value of - 12.6 Volts DC. When the resulting voltage on the base of transistor 52 falls below approximately + 0.7 Volt DC, the collector-emitter cut-off occurs.
Le transistor 52 reste coupé jusqu'à ce que la tension sur sa base atteigne + 0,7 Volt continu par suite de la polarisation positive fournie par la résistance 46 lorsque la phase 2 arrive très près de son passage de tension par zéro. The transistor 52 remains switched off until the voltage on its base reaches + 0.7 Volt DC as a result of the positive polarization provided by the resistor 46 when phase 2 comes very close to its passage of voltage through zero.
Ainsi le transistor 52 est coupé pendant la majeure partie de chaque cycle de la source de courant alternative, et ne conduit que légèrement avant, pendant, et légèrement après les passages par zéro de la phase à laquelle il est branché. La durée de conduction du transistor 52 (et du transistor 52a) est ainsi d'environ 1 milliseconde. Thus the transistor 52 is cut off during the major part of each cycle of the alternating current source, and leads only slightly before, during, and slightly after the zero crossings of the phase to which it is connected. The conduction time of transistor 52 (and of transistor 52a) is thus around 1 millisecond.
Quand le transistor 52 est conducteur le condensateur 48 se décharge ; quand le transistor 52 est coupé, comme décrit ci-dessus, le condensateur 48 commence à se charger à travers la résistance 47 jusqutau niveau de la tension de commande continue fournie par le condensateur 44. Le signal résultant est appliqué, par l'intérmédiaire de la résistance 54, à la base d'un transistor 55 de manière à rendre celui-ci conducteur, cependant la conduction du transistor 55 est retardée suivant la tension alors présente sur la borne positive du condensateur 48.Plus précisément le transistor 55 reste non conducteur jusqu'à ce que la tension aux bornes du condensateur 48 branché à la base du transistor 55 par l'intermédiaire de la résistance 54, atteigne environ + 0,7 Volt continu, après quoi le transistor 55 (qui constitue un commutateur à retard de déclenchement) commence à laisser passer le courant collecteur-émetteur. When the transistor 52 is conductive the capacitor 48 discharges; when the transistor 52 is cut off, as described above, the capacitor 48 begins to charge through the resistor 47 until the level of the DC control voltage supplied by the capacitor 44. The resulting signal is applied, via the resistor 54, at the base of a transistor 55 so as to make it conductive, however the conduction of the transistor 55 is delayed according to the voltage then present on the positive terminal of the capacitor 48. More specifically, the transistor 55 remains non-conductive until the voltage across the capacitor 48 connected to the base of the transistor 55 via the resistor 54, reaches approximately + 0.7 Volt DC, after which the transistor 55 (which constitutes a delay switch of trigger) begins to let the collector-emitter current pass.
Le transistor 55 est branché à l'émetteur d'un transistor 56 qui coopère avec un autre transistor 57 et avec un certain nombre de condensateurs et de résistances associés pour créer un générateur de dédenchement à gâchettes multiples comprenant un multivibrateur astable (à oscillation libre) de configuration classique à une exception près. Cette exception consiste en ce que, alors que l'émetteur du transistor 57 est directement relié à la masse, l'émetteur du transistor 56 du générateur de déclenchement à gâchettes multiples n'est pas relié directement à la masse mais par l'intermédiaire du transistor 55. Transistor 55 is connected to the emitter of a transistor 56 which cooperates with another transistor 57 and with a number of associated capacitors and resistors to create a multi-trigger trigger generator comprising an astable multivibrator (with free oscillation) classic configuration with one exception. This exception consists in that, while the emitter of transistor 57 is directly connected to ground, the emitter of transistor 56 of the trigger trigger generator is not connected directly to ground but via the transistor 55.
Par suite, le fonctionnement en multivibrateur typique des transistors 56, 57 est bloqué jusqu'à ce que le transistor 55 conduise pour assurer la liaison à la masse de l'émetteur du transistor 56. Dès que le transistor 55 passe en conduction saturée on obtient un fonctionnement en multivibrateur astable typique. Consequently, the operation in typical multivibrator of the transistors 56, 57 is blocked until the transistor 55 conducts to ensure the connection to the ground of the emitter of the transistor 56. As soon as the transistor 55 goes into saturated conduction, one obtains typical astable multivibrator operation.
Le démarrage du générateur de déclenchement à gâchettes multiples 56, 57 est accéléré par le condensateur 58 qui fournit au commutateur à transistor 55 1 timpulsion de démarrage issue de la sortie de ce générateur. The starting of the multi-trigger trigger generator 56, 57 is accelerated by the capacitor 58 which supplies the transistor switch 55 with a starting pulse from the output of this generator.
Les valeurs des éléments du multivibrateur (ou générateurs de déclenchement à gâchettes multiples) 56, 57, sont choisies pour obtenir un fonctionnement du multivibrateur à 20 Hz environ. Le signal de sortie produit lorsque le générateur de déclenchement à gâchettes multiples se met à fonctionner, se présente sous la forme d'un train d'impulsions de déclenchement présentant chacune une largeur de l'ordre de 25s s'étalant sur une durée maximale de 7 millisecondes environ par alternance de la source de courant alternatif 13, ou ne durant que pendant la partie plus faible du cycle de la source alternative déterminée par l'instant où le transistor 55 devient conducteur pour permettre le fonctionnement du générateur de déclenchement à gâchettes mùltiples. The values of the elements of the multivibrator (or trigger generators with multiple triggers) 56, 57 are chosen to obtain operation of the multivibrator at approximately 20 Hz. The output signal produced when the trigger generator with multiple triggers starts to operate, is in the form of a train of trigger pulses each having a width of the order of 25s spanning a maximum duration of About 7 milliseconds per alternation of the alternating current source 13, or lasting only during the weakest part of the cycle of the alternating source determined by the instant when the transistor 55 becomes conductive to allow the operation of the trigger generator with multiple triggers .
Après saturation du transistor 55 BOUS l'action combinée de la polarisation positive fournie par le condensateur 48 et de la polarisation positive appliquée à la base du transistor 55 par l'intermédiaire du condensateur 58 alimenté par la sortie du générateur de déclenchement à gâchettes multiples, le transistor 55 est maintenu dans cet état de saturation par les polarisations positives combinées du reste des alternances de tension de la source de puissance.Les impulsions de tension positives apparaissant à la sortie du générateur de déclenchement à gâchettes multiples sont appliquées, par l'intermédiaire d'une résistance 59, à un amplificateur de déclenchement de gâchette comprenant un transistor 60, un transformateur associé 61 et des diodes de protection contre les modes erronés 61a, permettant-la transformation en impulsions de courant plus-élevées qui, à leur tour, sont appliquées à l'électrode de gâchette ou borne de commande 62 de l'ensemble de triac 6 branché entre la phase 2 de la source alternative 3 et l'enroulement de stator 2b du moteur à induction 10. Les diodes de protection 61a empêchent le passage du courant de gâchette positif et limitent la tension de gâchette inverse à environ 2 Volts par diode de blocage. After saturation of the transistor 55 BOUS the combined action of the positive bias provided by the capacitor 48 and the positive bias applied to the base of the transistor 55 via the capacitor 58 supplied by the output of the trigger trigger generator, transistor 55 is maintained in this state of saturation by the combined positive polarizations of the rest of the voltage alternations of the power source. The positive voltage pulses appearing at the output of the trigger trigger generator are applied, via from a resistor 59, to a trigger trigger amplifier comprising a transistor 60, an associated transformer 61 and diodes for protection against erroneous modes 61a, allowing it to be transformed into higher current pulses which, in turn, are applied to the trigger electrode or control terminal 62 of the triac assembly 6 connected between phase 2 d e the alternative source 3 and the stator winding 2b of the induction motor 10. The protective diodes 61a prevent the passage of the positive trigger current and limit the reverse trigger voltage to approximately 2 volts per blocking diode.
L'ensemble de triac 6 est mis en marche par l'arrivée de la première impulsion du train d'impulsions appliqué à son électrode de gâchette par l'amplificateur de déclen
chement 60. Le débit continu d'impulsions appliquées ensuite à ltélectrode de gâchette 62 de l'ensemble de triac 6 assure l'équilibrage de conduction complet de cet ensemble de triac 6 quelles que soient les transitions de tension pouvant être produites par les variations de charge inductive du moteur 10 qui, autrement, pourraient produire des déséquilibrages d'alternances par auto-commutation à des instants autres que les
passages par zéro du courant fourni par la source alternative 3. The triac assembly 6 is started by the arrival of the first pulse of the train of pulses applied to its trigger electrode by the trigger amplifier.
60. The continuous flow of pulses then applied to the trigger electrode 62 of the triac assembly 6 ensures complete conduction balancing of this triac assembly 6 whatever the voltage transitions that may be produced by the variations of inductive load of the motor 10 which could otherwise produce alternating imbalances by self-switching at times other than the
zero crossings of the current supplied by the alternative source 3.
La structure du modulateur 8 est la même que celle décrite ci-deùs pour le modulateur 7, sauf le fait qu'on ajoute une résistance 85a branchée à la masse par l'interméo diaire du condensateur 48a de constante de temps de charge, et produisant une différence de constante de temps et de vitesse de charge comparativement au cas du modulateur 7. Des résistances variables 47 et 47a peuvent titre réglées au moment de la fabrication pour éviter la nécessité d'utiliser des éléments de précision ou de choisir les éléments pour obtenir des caractéristiques d'entrée particulières du retard en fonction de la tension de commande des modulateurs 7 et 8, ces caractéristiques étant différentes de celles fournies par la résistance fixe 85a.On peut également utiliser les résistances 47 et 47a pour adapter les modulateurs 7 et 8 à des caractéristiques de couple différentes correspondant à des moteurs triphasés de fabrications différentes. The structure of the modulator 8 is the same as that described below for the modulator 7, except that a resistor 85a connected to ground is added by means of the capacitor 48a of charge time constant, and producing a difference in time constant and charging speed compared to the case of modulator 7. Variable resistors 47 and 47a can be adjusted at the time of manufacture to avoid the need to use precision elements or to choose the elements to obtain specific input characteristics of the delay as a function of the control voltage of the modulators 7 and 8, these characteristics being different from those provided by the fixed resistor 85a. It is also possible to use the resistors 47 and 47a to adapt the modulators 7 and 8 with different torque characteristics corresponding to three-phase motors of different manufacturers.
Le fonctionnement de l'ensemble du circuit de la figure 2 sera maintenant décrit en détail en supposant tout d'abord qutaucune charge n'est appliquée à l'arbre 13 du rotor 12. Quand les enroulements de stator 2b et 2a du moteur triphasé 10 sont branchés aux commutateurs à leétat solide 6 et 5, comme indiqué sur la figure 2, et que le courant de la source alternative 3 est appliqué directement à la borne 2c du moteur 10 et aux-c-ommutateurs à l'état solide, le générateur 18 ne donne tout d'abord pas de signal de sortie car le moteur 10 nta pas encore commencé à tourner. Il en résulte un maximum de tension de commande continue sur la ligne 16b. The operation of the entire circuit of FIG. 2 will now be described in detail, assuming first of all that no load is applied to the shaft 13 of the rotor 12. When the stator windings 2b and 2a of the three-phase motor 10 are connected to the solid state switches 6 and 5, as shown in Figure 2, and that the current from the AC source 3 is applied directly to the motor terminal 2c 10 and to the solid state switches, the generator 18 does not first of all give an output signal because the motor 10 has not yet started to run. This results in a maximum continuous control voltage on line 16b.
Cette tension continue élevée commande les deux modulateurs 7 et 8 pour qu'ils envoient un train d'impulsions de déclenchement de gâchette à leurs commutateurs à l'état solide respectifs, sans retard après passage par zéro de la tension de chaque phase, ce qui déclenche à son tour sans retard la conduction de ces commutateurs à l'état solide. Comme cette opération se fait de façon continue, les commutateurs laissent passer le courant dans les deux sens, les enroulements de stator 2a et 2b reçoivent des sinusoides de tension complètes à 60 Hz, de même que les enroulements 2c, de sorte que le moteur 12 commence à tourner avec sa pleine valeur de couple. This high DC voltage controls the two modulators 7 and 8 to send a train of trigger trigger pulses to their respective solid state switches, without delay after zero crossing of the voltage of each phase, which in turn triggers the conduction of these switches in the solid state without delay. As this operation is done continuously, the switches let current flow in both directions, the stator windings 2a and 2b receive full voltage sine waves at 60 Hz, as do the windings 2c, so that the motor 12 begins to rotate with its full torque value.
Lorsque le moteur 10 atteint sa pleine vitesse de rotation, le générateur alternatif à modulation de fréquence 18, agissant par l'intermédiaire du du discriminateur de fréquence 17, commence à réduire l'amplitude de la tension de commande continue relativement élevée de la ligne 16 et, par suite, de la ligne 16b. A la fin, la tension de commande continue décroissante de la ligne 1Sb devient insuffisante pour charger complètement les condensateurs 48a et 48 à travers leurs résistances de charge respectives 47a et 47, avant que ces condensateurs soient déchargés par les transistors 52a et 52 qui fonctionnent en commutateurs de reréglage de passage par zéro de la tension de la phase de référence. When the motor 10 reaches its full speed of rotation, the alternating generator with frequency modulation 18, acting through the frequency discriminator 17, begins to reduce the amplitude of the relatively high continuous control voltage of the line 16 and therefore line 16b. At the end, the decreasing continuous control voltage of the line 1Sb becomes insufficient to fully charge the capacitors 48a and 48 through their respective charge resistors 47a and 47, before these capacitors are discharged by the transistors 52a and 52 which operate in zero-crossover adjustment switches for the reference phase voltage.
Dans ces conditions les tensions aux bornes des condensateurs 48a et 48 ne sont pas suffisamment élevées, aussitôt après le passage par zéro, pour atteinre le seuil conduction des transistors 55a et 55, et pour démarrer le fonctionnement de leurs générateurs de déclenchement à gâchettes multiples. Under these conditions, the voltages across the capacitors 48a and 48 are not high enough, immediately after passing through zero, to reach the conduction threshold of the transistors 55a and 55, and to start the operation of their trigger generators with multiple triggers.
Le résultat est que les commutateurs à l'état solide 5 et 6 ne commencent pas aussit8t à conduire au démarrage des demi-sinusoides de la source de puissance 3, comme ils le faisaient auparavant. Des formes d'ondes partielles sont en fait appliquées aux enroulements 2b et 2a du stator du moteur, par les commutateurs à l'état solide 6 et 5, et la forme d'onde résultante dans les enroulements 2c ne représente alors corré- lativement qu'unie partie seulement de la puissance sinusoidale disponible à la source 3. The result is that the solid state switches 5 and 6 do not immediately begin to lead to the start of the half sine waves of the power source 3, as they did before. Partial waveforms are in fact applied to the windings 2b and 2a of the stator of the motor, by the solid state switches 6 and 5, and the resulting waveform in the windings 2c then correlatively represents only '' only part of the sinusoidal power available at the source 3.
Comme indiqué ci-dessus, les constantes de temps de charge des circuits d'entrée des transistors 55a et 55 des modulateurs respectifs 8 et 7, sont différentes du fait de l'adjonction de la résistance 85a dans le modulateur 8. Plus précisément la constante de temps nécessaire pour allumer le transistor 55zest plus longue, et la vitesse de charge par unité de tensioscontinue d'entrée est respectivement plus petite pour le condensateur 48a que pour le transistor 55 et le condensateur 48.Par suite, lorsque la tension de commande continue diminue au moment du démarrage du moteur 10, par passage de la pleine puissance à la pleine vitesse comme décrit ci-dessus, un retard d'installation de la conduction se produit après le passage par zéro du premier commutateur à l'état solide 5 (quoi appellera phase 2 pour les besoins de la description). As indicated above, the charging time constants of the input circuits of the transistors 55a and 55 of the respective modulators 8 and 7 are different due to the addition of the resistor 85a in the modulator 8. More precisely the constant of time required to turn on transistor 55z is longer, and the charge speed per unit of continuous tensioscopes is respectively lower for capacitor 48a than for transistor 55 and capacitor 48. Consequently, when the control voltage continues decreases when the engine 10 starts, by switching from full power to full speed as described above, a delay in installing conduction occurs after the first solid state switch 5 has passed through zero ( what will be called phase 2 for the purposes of the description).
En l'absence de charge, comme on l'a supposé ci-dessus pour les besoins de la description, la tension de commande continue diminue encore lorsque le moteur a atteint sa pleine vitesse de rotation, et de même le commutateur à l'état solide 6 ne commence pas à conduire en phase 2 aussitôt après son passage par zéro.In the absence of a load, as was assumed above for the purposes of the description, the continuous control voltage decreases further when the motor has reached its full rotational speed, and likewise the switch in the state solid 6 does not start driving in phase 2 immediately after passing through zero.
Lorsque la tension de commande continue diminue encore, la partie d'onde sinusoidale branchée, par action du modulateur 8, sur le commutateur à l'état solide 5, continue à diminuer. When the continuous control voltage further decreases, the sine wave portion connected, by action of the modulator 8, to the solid state switch 5, continues to decrease.
Enfin la tension de commande chargeant le condensateur 48a correspond à une charge supposée nulle et n'atteint pas le seuil de conduction du transistor 55a au passage par zéro de la phase 1 ; par suite le commutateur à l'état solide 5 ne s'allume pendant aucune partie de -la période alternative débitée par la source 3. Plus précisément l'enroulement 2a du stator du moteur est coupé et ce moteur triphasé 10 démarre en mode monophasé. il est bien connu de l'art antérieur qu'un moteur triphasé légèrement chargé après démarrage, continue de tourner au vois-inage de la vitesse de synchronisme quand deux seulement de ses trois enroulements de stator sont branchés à une source de courant alternatif triphasée. Finally, the control voltage charging the capacitor 48a corresponds to a charge assumed to be zero and does not reach the conduction threshold of the transistor 55a at the zero crossing of phase 1; as a result the solid-state switch 5 does not light up during any part of the alternating period supplied by the source 3. More precisely, the winding 2a of the stator of the motor is cut and this three-phase motor 10 starts in single-phase mode. It is well known in the prior art that a three-phase motor lightly charged after starting, continues to rotate close to the synchronous speed when only two of its three stator windings are connected to a three-phase alternating current source.
Ainsi, quand aucune charge n'est appliquée au moteur, le système de commande, après démarrage à pleine puissance, se met progressivement à fonctionner sous contrôle, et conserve une vitesse de moteur donnée par établissement d'une conditi.dans laquelle l'enroulement 2a est ouvert et l'enroule- ment 2b reçoit de l'énergie électrique pendant environ 6 millisecondes sur les 16,6 millisecondes de chaque cycle de l'onde sinusoidale à 60 Hz délivrée par la source. Thus, when no load is applied to the motor, the control system, after starting at full power, gradually starts to operate under control, and maintains a given motor speed by establishing a condition in which the winding 2a is open and the winding 2b receives electrical energy for approximately 6 milliseconds out of the 16.6 milliseconds of each cycle of the sine wave at 60 Hz delivered by the source.
Cette vitesse particulière du moteur sert de référence de fonctionnement à rendement donné, et se règle par la résistance variable 38 de la figure 2 (dans le discriminateur 17) pour atteindre la vitesse de moteur fournissant le maximum de rendementà charge nulle. Cette vitesse initiale de l'arbre du moteur se règle ainsi à une valeur particulière en fonction des caractéristiques intrinsèques des moteurs à induction, et se trouve particularisée en fonction des caractéristiques particulières du moteur utilisé, grâce au réglage de la résistance 38 et éventuellement des résistances 47 et 47a. This particular speed of the motor serves as an operating reference for a given yield, and is adjusted by the variable resistor 38 of FIG. 2 (in the discriminator 17) to reach the motor speed providing the maximum yield at zero load. This initial speed of the motor shaft is thus adjusted to a particular value as a function of the intrinsic characteristics of the induction motors, and is found to be particularized as a function of the particular characteristics of the motor used, thanks to the adjustment of the resistance 38 and possibly the resistances 47 and 47a.
On a montré sur une forme de réalisation
selon l'invention, qu'après démarrage à pleine puissance le moteur triphas.é 10 pouvait fonctionner très efficacement alors qu'unie partie seulement de la source sinusoïdale triphasée 3 était branchée par le modulateur 7 à l'enroulemenz de stator 2b, l'enroulement 2c étant branché directement à la source de puissance en 4a tandis que l'enroulement 2a était coupé par le commutateur à l'état solide 5.De plus le moteur 10 consomme nettement moins d'énergie quand il fonctionne dans ce mode monophasé à sinusoïde partielle, en présence de charges nulles ou très faibles, si lton compare au cas où les trois enroulements de stator sont branchés directement à la source de puissance 3, ou même au cas où les trois enroulements de stator sont alimentés en sinusoldes partielles.We showed on an embodiment
according to the invention, that after starting at full power the three-phase motor 10 could operate very efficiently while only part of the three-phase sinusoidal source 3 was connected by the modulator 7 to the stator winding 2b, the winding 2c being connected directly to the power source at 4a while winding 2a was cut by the solid state switch 5. In addition, the motor 10 consumes significantly less energy when it operates in this single-phase sinusoidal mode partial, in the presence of zero or very low loads, if lton compares to the case where the three stator windings are connected directly to the power source 3, or even to the case where the three stator windings are supplied with partial sine waves.
On supposera maintenant, en se référant toujours à la figure 2, que la charge appliquée à l'arbre 13 du rotor 12 commence à croître à partir de zéro. It will now be assumed, still referring to FIG. 2, that the load applied to the shaft 13 of the rotor 12 begins to grow from zero.
Lorsque la charge du moteur augmente, le glissement du moteur 10 augmente et sa vitesse diminue, cela réduit la fréquence moyenne et produit une modulation de fréquence induite par la charge dans le générateur 18 qui, à son tour, donne une augmentation proportionnelle de la tension de commande continue à la sortie du discriminateur de fréquence 17, cette tension appliquée à la ligne 16b chargeant les condensateurs 48 et 48a.L'augmentation de la tension de commande continue permet au transistor 55a de conduire avant que le transistor 52a décharge le condensateur 48a au passage par zéro de la phase 1 et permet au commutateur à l'état solide 6 de démarrer la conduction plus près du début du cycle de tension de la source de puissance 4a
Le commutateur à l'état solide 5, précédemment ouvert, commence à conduire juste avant le passage par zéro de la source de puissance 4b. A ce moment, le moteur triphasé 10 qui fonctionnait en monophasé, commence à fonctionner de nouveau en triphasé.Lorsque le commutateur 6 couple une plus grande quantité de puissance de la source alternative 3 à l'enroulement 2b dustator, et lorsque le commutateur 5 commence à coupler l'onde sinusoïdale de la source 3 à l'enroulement de stator 2a du moteur, une puissance triphasée non équilibrée se trouve maintenant appliquée au moteur 10.When the motor load increases, the slip of the motor 10 increases and its speed decreases, this reduces the average frequency and produces a frequency modulation induced by the load in the generator 18 which, in turn, gives a proportional increase in the voltage continuous control at the output of the frequency discriminator 17, this voltage applied to the line 16b charging the capacitors 48 and 48a. The increase in the continuous control voltage allows the transistor 55a to drive before the transistor 52a discharges the capacitor 48a at zero crossing of phase 1 and allows the solid state switch 6 to start conduction closer to the start of the voltage cycle of the power source 4a
The solid state switch 5, previously opened, begins to drive just before the power source 4b crosses zero. At this time, the three-phase motor 10 which operated in single phase, starts to function again in three phase. When the switch 6 couples a greater quantity of power from the alternative source 3 to the winding 2b dustator, and when the switch 5 starts by coupling the sine wave from the source 3 to the stator winding 2a of the motor, an unbalanced three-phase power is now applied to the motor 10.
Quand la charge augmente encore, les commutateurs 6 et 5 continuent d'augmenter leur durée de conduction, le commutateur 5 augmentant à une vitesse différente du commutateur 6 par suite des différences de constante de temps entre les modulateurs 8 et 7. When the load increases further, switches 6 and 5 continue to increase their conduction time, switch 5 increasing at a different speed from switch 6 due to differences in time constant between modulators 8 and 7.
Le déséquilibre de puissance triphasée est aussi insignifiant aux faibles charges que dans le fonctionnement en monophasé aux très faibles charges, et du fait des différences de constante de temps entre modulateurs, on obtient rapidement un équilibrage de puissance suffisant pour les charges faibles du moteur. Au voisinage du fonctionnement à pleine charge et audelà, les commutateurs 6 et 5 se mettent de nouveau tous les deux à conduire en permanence et la pleine puissance triphasée est appliquée aux enroulements de stator du moteur. The three-phase power imbalance is as insignificant at low loads as in single-phase operation at very low loads, and due to the differences in time constant between modulators, a sufficient power balance is quickly obtained for low motor loads. In the vicinity of the operation at full load and beyond, the switches 6 and 5 again start to drive continuously and the full three-phase power is applied to the stator windings of the motor.
Lorsqu'on applique tout d'abord la puissance en couplant ensuite le moteur 10 à une charge mécanique égale ou supérieure à sa puissance nominale, la tension de commande continue appliquée à la ligne 16b, répondant à la modulation de fréquence du générateur 18 induite par la charge, ne diminue pas jusqu'au niveau de commande du modulateur, et les ondes sinusoïdales complètes de la source de puissance triphasée continuent d'être appliquées au moteur après le démarrage à pleine puissance de celui-ci. When the power is first applied by then coupling the motor 10 to a mechanical load equal to or greater than its nominal power, the continuous control voltage applied to the line 16b, responding to the frequency modulation of the generator 18 induced by the load does not decrease to the modulator control level, and the full sine waves from the three-phase power source continue to be applied to the motor after starting at full power.
Cependant si la charge du moteur diminue, le glissement du moteur diminue et sa vitesse commence à augmenter ; cela diminue la modulation de fréquence induite par la charge et augmente la fréquence de sortie moyenne du générateur alternatif 18 quiwpar suite des opérations décrites ci-dessus, diminue le déphasage de fonctionnement des ondes alternatives fournies par la source 3 et appliquées aux enroulements de stator 2b et 2a, en diminuant, par suite, la puissance sinusoï- dale triphasée appliquée au moteur. However, if the engine load decreases, the slip of the engine decreases and its speed begins to increase; this reduces the frequency modulation induced by the load and increases the average output frequency of the alternating generator 18 which, as a result of the operations described above, decreases the operating phase shift of the alternating waves supplied by the source 3 and applied to the stator windings 2b and 2a, thereby decreasing the three-phase sinusoidal power applied to the motor.
Enfin, si la charge continue à diminuer, le commutateur à l'état solide 5 n'est plus déclenché pour les raisons indiquées ci-dessus, tandis que le commutateur 6 continue d'être déclenché, le moteur 10 revenant alors au fonctionnement en monophasé. Finally, if the load continues to decrease, the solid state switch 5 is no longer triggered for the reasons indicated above, while the switch 6 continues to be triggered, the motor 10 then returning to single-phase operation .
Ainsi quel que soit l'état de la charge au moment du démarrage du moteur ou ultérieurement à un moment quelconque de fonctionnement, l'invention permet de maintenir exactement la vitesse particulière du moteur triphasé 10 correspondant au meilleur rendement de transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique. Thus whatever the state of the load at the time of starting the engine or subsequently at any time of operation, the invention makes it possible to maintain exactly the particular speed of the three-phase motor 10 corresponding to the best efficiency of transformation of electrical energy. in mechanical energy.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8027249A FR2497025B1 (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | ENERGY SAVING DEVICE FOR POLYPHASE INDUCTION MOTORS |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8027249A FR2497025B1 (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | ENERGY SAVING DEVICE FOR POLYPHASE INDUCTION MOTORS |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2497025A1 true FR2497025A1 (en) | 1982-06-25 |
| FR2497025B1 FR2497025B1 (en) | 1990-07-20 |
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ID=9249361
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8027249A Expired - Lifetime FR2497025B1 (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | ENERGY SAVING DEVICE FOR POLYPHASE INDUCTION MOTORS |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2497025B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3898694A (en) * | 1973-10-17 | 1975-08-05 | Bosch Fernsehanlagen | Tape recording apparatus with speed control for a three phase head drive motor |
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1980
- 1980-12-22 FR FR8027249A patent/FR2497025B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2497025B1 (en) | 1990-07-20 |
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