FR2515447A1

FR2515447A1 - Systeme de commande d'un moteur electrique synchrone

Info

Publication number: FR2515447A1
Application number: FR8217961A
Authority: FR
Inventors: Anton Marcel Bax
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1983-04-29
Also published as: NO823552L; CA1196374A; GB2108729A; IT1153300B; GB2108729B; SE8206072D0; SE455979B; FR2515447B1; NO161410B; SE8206072L; NO161410C; JPS5883594A; IT8223900A0; DE3238074C2; US4480215A; DE3238074A1

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE SYNCHRONE, COMPORTANT UN CIRCUIT BOUCLE A BLOCAGE DE PHASE 3 ET UN CIRCUIT STABILISATEUR 4. LE CIRCUIT 3 COMPORTE UN OSCILLATEUR 31 QUI FOURNIT UN SIGNAL AU MOTEUR 1. LA FREQUENCE DE L'OSCILLATEUR EST COMMANDEE PAR LA SORTIE D'UN SEPARATEUR DE PHASE 30, QUI DEPEND DE LA DIFFERENCE DE PHASE ENTRE LA FREQUENCE DE REFERENCE ET UN SIGNAL DE REACTION FOURNI PAR LE MOTEUR. UN CAPTEUR CAPACITIF 6 DETECTE LA VITESSE DE ROTATION D'UNE ROUE A INERTIE 5 ET FOURNIT UN SIGNAL CORRESPONDANT A UN SEPARATEUR DE PHASE DIRECTIONNEL 40 EN MEME TEMPS QUE LE SIGNAL DE REACTION. LE SIGNAL DE SORTIE DU SEPARATEUR 40 CHANGE EN FONCTION DE LA DIFFERENCE DE PHASE ENTRE DEUX ENTREES ET EST CONNECTE AU TRAVERS D'UN TRANSISTOR DE COMMUTATION 43 A L'ENTREE D'UN OSCILLATEUR 31, POUR EFFECTUER DES VARIATIONS MINEURES DE FREQUENCE POUR REDUIRE LES FLUCTUATIONS DE VITESSE DU MOTEUR. UTILISATION : MOTEUR DE GYROSCOPE.

Description

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SYSTEME DE COMMANDE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE SYNCHRONE

La présente invention concerne un système de commande d'un moteur élec-

trique synchrone, comportant: un circuit bouclé à blocage de phase com-

prenant un oscillateur dont la fréquence est commandée par l'amplitude

du signal d'entrée, et un circuit de réaction agencé pour dériver un si-

gnal de réaction du signal de commande transmis au moteur et pour appli-

quer un signal de réaction pour commander l'amplitude du signal d'entrée.

Différents agencementsont été proposés pour contrôler la vitesse d'un moteur électrique de manière à la maintenir sensiblement constante Ces arrangements se sont néanmoins heurtés à des difficultés, notamment lorsqu'il s'est agit de réduire les fluctuations mineures de la vitesse du moteur ou les défauts de stabilité dus à des défauts ou à l'usure des paliers du moteur En outre, on s'est heurté à des difficultés de dé&

marrage du moteur à partir de sa position de repos lorsque de tels cir-

cuits de commande étaient utilisés.

La présente invention se propose de réaliser un système de commande sus-

ceptible de pallier les difficultés et les problèmes susmentionnés.

Dans ce but, le système selon l'invention est caractérisé en ce que le système comporte un circuit stabilisateur comprenant un détecteur pour

fournir un signal de vitesse correspondant à la rotation du rotor du mo-

teur, et un comparateur qui compare le signal de vitesse avec le signal de réaction de manière à produire un signal de sortie en accord avec tout changement de la différence de phase entre le signal de vitesse et le signal de réaction, le signal de sortie étant appliqué au circuit

bouclé à blocage de phase pour réduire les fluctuations de vitesse du mo-

teur. L'intervalle de temps entre la transmission du signal de commande et le début du mouvement de rotation du rotor provoque un décalage de phase entre le signal de réaction et le signal de vitesse lorsqu'il y a une modification quelconque dans le signal de commande Ce décalage de la phase est détecté et est utilisé pour appliquer une correction appropriée

à l'oscillateuz.

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Le système de commande comporte un commutateur disposé sur le trajet du

signal de sortie connecté au circuit bouclé à blocage de base, ce commu-

tateur étant ouvert par un circuit de contrôle pour empêcher l'applica-

tion du signal de sortie au circuit bouclé à blocage de phase, lorsque le rotor n'est pas en synchronisme de fréquence avec les signaux de com-

mande Le circuit de contrôle peut comporter un dispositif de temporisa-

tion, de telle manière que le commutateur soit fermé pour ne transmettre le signal de sortie au circuit bouclé à blocage de phase qu'au bout d'un intervalle de temps prédéterminé, après que le rotor et le signal

de commande soient entrés en synchronisation Le circuit bouclé à blo-

cage de phase peut comporter un séparateur de phase, qui reçoit al-

ternativement les signaux provenant d'une source de fréquence de réfé-

rence à l'une de ses entrée et le signal de réaction à son autre en-

trée, ce -:séparateur de phase fournissant un signal de sortie trans-

mis à l'oscillateur dont l'amplitude varie en fonction de la différence

de phase entre les deux signaux d'entrée Le signal de sortie du compa-

rateur peut être appliqué au circuit bouclé à blocage de phase à une en-

trée de l'oscillateur.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description

d'un exemple de réalisation d'un appareil gyroscopique comportant un système de contrôle selon l'invention, et au dessin annexé qui repré

sente schématiquement un tel appareil.

En référence au dessin, un moteur électrique synchrone 1 de gyroscope

est alimenté par des signaux dérivés d'une source 2 de fréquence de ré-

férence et commandé par un circuit bouclé à blocage de phase 3 et un

circuit stabilisateur 4.

L'alimentation 2 est du type standard et peut par exemple être commandée par un cristal de façon à produire un signal numérique sur la ligne 20, ce signal ayant une fréquence sensiblement constante fo La ligne 20 est

raccordée au circuit bouclé à blocage de phase 3 ' et, plus particulière-

ment, avec une entrée du séparateur de phase standard 30 A sa sor-

tie, le séparateur de phase-30 est connecté à un oscillateur 31 com-

mandé par la tension au travers d'une unité stabilisatrice de boucle

37 32 Le signal de sortie de l'oscillateur 31, de fréquence fly est trans-

i -3- mis à une unité de division 33, qui transmet un signal à une fréquence f 1/n à une unité de décodage logique multiphase 34 Le signal de sortie de l'unité logique 34 est un signal dont la fréquence est fl/2 np (o p correspond au double du nombre de phases du moteur 1), qui est amplifié par une unité de commande de la puissance 35 et utilisé pour entraîner le moteur 1 Un signal de réaction est prélevé sur l'une des sorties de phase 36 de l'unité logique 34 et transmis par la ligne 37 à un second diviseur 38 Le signal de sortie du diviseur 38 a une fréquence égale à

fl/2 mnp'o m est un rapport de division, et est transmis à l'autre sor-

tie du séparateur de phase 30.

La sortie du second diviseur 38 est également connectée au circuit de stabilisation 4 et plus particulièrement fournit un signal transmis à

l'une des entrées d'un séparateur de phase directionnel 40 du cir-

cuit de stabilisation L'autre sortie du séparateur 40 reçoit un si-

gnal d'un détecteur 41 de la vitesse du moteur au travers d'un amplifi-

cateur 42 et d'un circuit transformateur 43 qui produit un signal de

sortie d'une impulsion pour chaque révolution du rotor du moteur Le dé-

tecteur 41 détecte la rotation de la roue à inertie elle-même du gyro-

scope et, dans différentes applications, on notera que le signal de vi-

tesse peut être dérivé d'un autre organe rotatif entraîné par le rotor.

Le détecteur 41 peut se présenter sous différentes formes et utiliser par exemple des principes mécaniques, capacitifs, inductifs, optiques

ou magnétiques Dans le présent dispositif, les capteurs 6 sont capaci-

tifs et sont utilisés pour dériver un signal de vitesse correspondant à des oscillations mineures de la roue à inertie 5 du gyroscope La sortie

du séparateur 40 est connectée à une borne d'un transistor de commu-

tation 43 par l'intermédiaire d'un condensateur 44 et d'une résistance L'autre borne du transistor 43 est connectée par l'intermédiaire

d'une résistance 46 à la sortie d'un oscillateur 31 commandé par la ten-

sion et monté dans le circuit bouclé 3 à blocage de phase La porte du transistor 43 est connectée à une unité de commande de commutation 47, qui est commandée par la sortie d'une unité de séparation 48 de

comptage des impulsions L'unité 48 a deux sorties, dont l'une est con-

nectée à la sortie du diviseur 38, et dont l'autre est la première im-

pulsion-du signal de révolution du circuit transformate-r 43.

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-4-

En considérant tout d'abord le fonctionnement du circuit bouclé à bloca-

ge de phase 3, la sortie du séparateur de phase 30 est dépendante de la différence entre les deux signaux de sortie de fréquence fo et

fl/2 mnp Toute différence entre ces deux sorties entraîne un change-

ment de la sortie du séparateur de phase 30, ce qui provoque un accroissement ou un décroissement de la fréquence fl de l'oscillateur 31

commandé par la tension, dans le but d'aboutir à l'égalité des deux si-

gnaux d'entrée Dans ce but, le signal d'entraînement transmis au moteur

est maintenu à une fréquence sensiblement constante.

L'oscillateur 31, commandé par la tension, est également commandé par des signaux provenant du circuit stabilisateur 4, qui sont dérivés de ce circuit en réponse à tout changement de la différence de phase entre le signal de commande appliqué au moteur 1 et la rotation effective de la roue d'inertie 5 entraînée par ce moteur Le séparateur de phase

directionnel 40 reçoit respectivement, à ses deux entrées, un échantil-

lon de signal de commande (le signal de réaction) et le signal de vites-

se de la roue transmis par le circuit transformateur 43 Normalement, il existe une différence de phase entre ces deux signaux et, si le moteur tourne à vitesse constante sans aucune fluctuation, cette différence de

phase sera constante Toutefois, s'il y a des fluctuations dans le si-

gnal d'entraînement, par exemple un signal de basse fréquence super-

posé au signal d'entraînement d O à des instabilités, la différence de phase entre le signal de commande et la rotation de la roue 5 subira

des fluctuations Ces fluctuations seront détectées par le sépara-

teur de phase directionnel 40 et un signal de correction approprié sera

appliqué à l'entrée de l'oscillateur 31 (le transistor 41 étant normale-

ment dans un état conducteur) pour compenser le changement de cette phase Le signal de correction engendre soit une légère augmentation,

soit une légère diminution de la fréquence du signal de commande.

On notera que, lorsque le moteur 1 démarre, il existe inévitablement un

intervalle de temps entre ce démarrage et le démarrage de la roue à i-

nertie 5 Dans des circonstances normales, ce laps de temps entraînerait

des signaux de commande erronés du circuit stabilisateur 4 Pour pal-

lier ce problème, le transistor 43 est maintenu dans un état non conduc-

37 teur jusqu'à ce que la synchronisation soit atteinte, ce qui permet de

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-5 - s'assurer que le moteur I est initialement commandé exclusivement par le circuit bouclé à blocage de phase 3 Ceci s'obtient au moyen d'un séparateur 48 compteur d'impulsions et de l'unité de contrôle 47 de la

commutation Le séparateur compteur d'impulsions 48 reçoit des si-

gnaux d'entrée correspondant à la fréquence du signal de commande et à la vitesse de la roue à inertie, et produit des impulsions de sortie

jusqu'au moment o le signal de vitesse de cette roue est en synchronis-

me avec la fréquence du signal de commande Lorsque ce synchronisme est atteint, le séparateur 48 arrête de transmettre des impulsions à l'unité de contrôle de commutation 47 L'unité 47 comporte un circuit monostable de temporisation de construction connue, qui commute le transistor 43 dans son état conducteur après qu'un intervalle de temps prédéterminé se soit écoulé à la fin de la transmission des impulsions du séparateur 48 Le circuit stabilisateur 4 est alors opérationnel

pour contribuer à la commande de l'entraînement du moteur.

Si la synchronisation est interrompue pendant le fonctionnement pour une raison quelconque telle que par exemple une surcharge du moteur, le

circuit de stabilisation est à nouveau rendu inopérant.

Ce circuit de commande de moteur est particulièrement utile pour des

gyroscopes, mais peut s'appliquer à tout moteur synchrone dont la vites-

23 se doit être constante.

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Claims

Revendications

1 Système de commande d'un moteur électrique synchrone, comportant un circuit bouclé à blocage de phase comprenant un oscillateur dont la

fréquence est commandée par l'amplitude du signal d'entrée, et un cir-

cuit de réaction agencé pour dériver un signal de réaction du signal de commande transmis au moteur et pour appliquer un signal de réaction pour

commander l'amplitude du signal d'entrée, caractérisé en ce que le sys-

tème comporte un circuit stabilisateur ( 4) comprenant un détecteur ( 41)

pour fournir un signal de vitesse correspondant à la rotation du rotor.

du moteur ( 1), et un comparateur ( 40) qui compare le signal de vitesse avec le signal de réaction de manière à produire un signal de sortie en accord avec tout changement de la différence de phase entre le signal de vitesse et le signal de réaction, le signal de sortie étant appliqué au circuit bouclé à blocage de phase ( 3) pour réduire les fluctuations de

vitesse du moteur.

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte

un commutateur ( 43) connecté dans le trajet du signal de sortie au cir-

cuit bouclé à blocage de phase ( 3), ce commutateur ( 43) étant ouvert par un circuit de commande ( 47) pour empocher la transmission du signal de sortie au circuit bouclé à blocage de phase ( 3) lorsque le rotor

n'est pas en synchronisme de fréquence avec les-signaux de commande -

3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande ( 47) est temporisé de telle manière que le commutateur ( 43) est fermé pour ne permettre le passage du signal de sortie au circuit bouclé à blocage de phase ( 3) qu'au bout d'un intervalle de temps prédéterminé

après que le rotor et le signal de commande soient entrés en synchronis-

me.

4 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac-

térisé en ce que le circuit bouclé à blocage de phase ( 3) comporte un séparateur de phase ( 30) qui reçoit des signaux alternatifs d'une source de fréquence de référence ( 2) à une de ses entrées et un signal

de réaction à son autre entrée, le séparateur de phase ( 30) fournis-

sant un signal de sortie transmis à l'oscillateur ( 31) dont l'amplitude 7-

varie en fonction de la différence de phase entre les deux signaux d'en-

trée.

Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac-

térisé en ce que le signal de sortieducomparateur ( 40) est appliqué au

circuit bouclé à blocage de phase ( 3) à l'entrée de l'oscillateur ( 31).

6 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac-

térisé en ce que le détecteur ( 41) comporte un capteur capacitif ( 6) qui

détecte la rotation d'un organe ( 5) couplé au rotor.

7 Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le détecteur ( 41) est sensible aux faibles oscillations de l'organe ( 5), indiquant la

vitesse de rotation.

8 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac-

térisé en ce que le moteur ( 1) est agencé pour entraîner en rotation la

18 roue à inertie ( 5) d'un gyroscope.