FR2570845A1 - Procede de detection de surcharge et d'avertissement pour moteurs electriques dans les outils electriques et analogues - Google Patents

Abstract

UNE SURCHARGE THERMIQUE DE L'OUTIL ELECTRIQUE EST DETECTEE EN COMPARANT UN MODELE THERMIQUE, ACTUALISE EN CONTINU, DE L'OUTIL AVEC UNE LIMITE PREDETERMINEE. LE MODELE THERMIQUE EST ACTUALISE EN FONCTION DES PARAMETRES OPERATOIRES COMME LA VITESSE DU MOTEUR ET LA PUISSANCE FOURNIE (ANGLE DE CONDUCTION) ET IL EST REALISE PAR INTEGRATION NUMERIQUE BASEE SUR UNE MATRICE DE TABLE DE RECHERCHE. LORSQU'UNE SURCHARGE EST DETECTEE (MARQUE N1), LA PUISSANCE FOURNIE AU MOTEUR EST GRADUELLEMENT REDUITE (ZONE II), AVEC REDUCTION CORRESPONDANTE DE VITESSE, SUIVIE DE L'ACCROISSEMENT ET DE LA DIMINUTION CYCLIQUES DE LA PUISSANCE (ZONEIV) POUR DONNER UN COMPORTEMENT DE FLUCTUATION A BASSE VITESSE, QUE L'OPERATEUR DE L'OUTIL PEUT FACILEMENT RECONNAITRE COMME ETANT UN AVERTISSEMENT DE SURCHARGE. L'INVENTION S'APPLIQUE EN PARTICULIER AUX OUTILS ELECTRIQUES PORTATIFS.

Description

70845

"Procédé de détection de surcharge et d'avertissement pour moteurs électriques dans les outils électriques et analogues" La présente invention se rapporte de façon générale

aux outils électriques et aux moteurs électriques pour les entraîner.

De façon plus particulière, l'invention se rapporte -à un circuit de com-

mande à base de microprocesseur ou de microcalculateur pour contrôler les conditions opératoires de l'outil, telles que les conditions de surcharge thermique et pour fournir un avertissement ou une indication unique lorsque

l'on a atteint une condition de surcharge.

Pour commander la vitesse d'un moteur électrique utilisé dans des outils électriques, il est maintenant généralement connu C d'utiliser des dispositifs électroniques de commande de la puissance à gâchette, comme des thyristors (SCR) ou des triacs pour transférer périodiquement de l'énergie électrique au moteur. De nombreux outils électriques répandus utilisent des moteurs universels, que l'on peut facilement commander à l'aide de ces

dispositifs de commande à gâchette.

Généralement parlant, les circuits de commande de vitesse à gâchette travaillent en mettant en circuit et hors-circuit le courant du moteur à intervalles périodiques par rapport au passage au

zéro des ondes d'intensité ou de tension du courant alternatif. Ces inter-

valles périodiques se produisent en synchronisme avec l'onde de courant alternatif et sont mresurés en termes d'angle de conduction, mesuré en un nombre de degrés. L'angle de conduction détermine le point de l'onde

du courant alternatif o l'énergie électrique est fournie au moteur.

Par exemple un angle de conduction de 180 par demi-cycle correspond à une condition de conduction totale, dans laquelle c'est la totalité du courant alternatif non interrompu que l'on fournit au moteur. De même

un angle de conduction de 90 correspond à amener la tension d'alimenta-

tion aux bornes du moteur en commençant au milieu d'un demi-cycle donné et ceci correspond à la fourniture au moteur d'environ la moitié

de l'énergie disponible. Des angles de conduction inférieurs à 90 corres-

pondent au transfert de quantités encore moindre d'énergie au moteur.

Avec la plupart des outils électriques, il est souhaita-

ble d'avoir une certaine forme de protection en cas de surcharge pour

avertir l'opérateur de l'outil que l'on a atteint une température excessi-

ve pour le moteur. Conformément aux enseignements du brevet US N

4 307 325, intitulé "système de commande numérique pour moteurs élec-

triques dans les outils électriques et analogues", délivré à Saar le 22 décembre 1981, on sait maintenant que l'on peut déduire la température du moteur d'un outil électrique de l'information dont dispose déjà le circuit de commande de vitesse du moteur. De façon plus spécifique, les facteurs qui commandent la température de moteur sont le courant tiré par le

moteur et les moyens prévus pour dissiper la chaleur générée par le moteur.

Dans la plupart des outils électriques, un ventilateur de refroidissement est directement entraîné par le-rotor du moteur et on peut donc déterminer l'effet de refroidissement fourni par le ventilateur à partir de la vitesse mesurée du moteur. De plus, on peut déterminer le courant tiré par le moteur à partir de la vitesse du moteur et de l'angle de conduction auquel opèrent les dispositifs de commande électronique de puissance

à gâchette.

Comme cela est discuté plus en détail dans la référence Saar, de nombreux circuits de commande d'un moteur, antérieurs à Saar détectent simplement un niveau maximal d'intensité pour déterminer une condition de surcharge. Un désavantage de cette approche est qu'elle ne tient pas compte du fait que ce n' est pas seulement le courant instantané

tiré par le moteur qui détermine s'il est ou non en surcharge. Non seule-

ment dans cette approche on ne prend pas en compte les effets du refroi-

dissement, mais il n'y a pas de reconnaissance du facteur temps. En laissant momentanément de côté le refroidissement, une modification de l'intensité ne se traduit pas immédiatement par une modification correspondante de la température du moteur. Blen plutôt, la température du moteur va, à tout instant donné, dépendre de la quantité de courant tirée par le moteur et de la période au cours de laquelle ce courant a été tiré. Prenant ces facteurs en compte, le schéma de protection en cas de surcharge exposé dans le brevert Saar utilise en fait un inté- grateur numérique pour distinguer entre des conditions opératoires sûres

et l'apparition imminente d'une condition de surcharge.

Le problème de savoir comment mieux informer l'opéra-

teur de l'outil qu'une surcharge se produit est en rapport avec le problème de la détection de la surcharge. L'avertissement doit être clair, facile

à reconnaître et à distinguer d'autres avertissements et modes opératoires.

L'approche traditionnelle pour fournir des avertissements consiste à utili-

ser des témoins lumineux et des alarmes sonores. L'expérience pratique a montré que l'opérateur regarde normalement le côté "outil de coupe" de son outil et risque donc de ne pas remarquer les témoins lumineux

clignotants situés sur le corps de l'outil. Des alarmes sonores sont égale-

ment inefficaces. L'alarme sonore typique, comme celles utilisées dans des détecteurs de fumée, produit des niveaux de pression sonore de 70 à 75 dB. Un foret au travail, par exemple, crée des niveaux de pression

sonore de 90 à 100 dB et va donc masquer le bruit de l'alarme sonore.

En outre, les témoins lumineux et les alarmes nécessitent tous les deux une alimentation puissance supplémentaire et un circuit d'interface qui augmentent le coût de l'outil et prennent de la place, rendant l'outil

plus lourd et plus encombrant.

La présente invention apporte une détection en cas de surcharge et un système d'avertissement inédits qui surmontent les problèmes associés aux alarmes lumineuses et sonores. Conformément à l'invention, il estproposé unprocédé pour donner un avertissement selon lequel on a atteint dans un outil électrique une condition opératoire

donnée. Le procédé consiste à détecter la condition opératoire donnée.

à réduire graduellement la puissance fournie à l'outil jusqu'à ce que l'on atteigne un niveau de puissance réduit prédéterminé; et à augmenter

et diminuer cycliquement la puissance fournie à l'outil de valeurs prédé-

terminées. Il résulte de ce procédé que lorsqu'une condition de surchar-

ge est détectée, par exemple en utilisant des méthodes d'intégration numérique, la vitesse de l'outil décroît jusqu'à une vitesse de basse puissance prédéterminée puis oscille entre la vitesse de basse puissance et une vitesse légèrement supérieure, de façon répétitive, jusqu'à ce que l'on ait remédié à la condition de surcharge. Par conséquent le moteur montre un comportement inédit, consistant à osciller à vitesse

réduite, ce que l'opérateur peut facilement reconnaître comme avertis-

sement de surcharge et qu'il ne risque pas de prendre à tort pour un

comportement opératoire normal.

Conformément à l'invention on peut annuler l'avertisse-

ment de surcharge soit en dégageant l'outil de la charge tout en laissant le moteur tourner, soit en mettant manuellement l'outil hors-circuit

puis à nouveau en circuit. Si l'opérateur choisit la première option d'annu-

lation (enlever la charge), l'avertissement prend fin, mais si la condition -

de surcharge persiste, un second (troisième, etc.) avertissement va se produire à nouveau dans un temps relativement court. Si l'opérateur choisit la dernière option d'annulation (mettre l'outil hors-circuit puis à nouveau en circuit), l'avertissement prend fin et on peut utiliser l'outil pendant une durée relativement longue avant apparition de l'avertissement suivant. L'algorithme de détection de surcharge est opératoire pendant

tout le temps que l'outil est relié à une source de courant alternatif.

Par conséquent même lorsque l'on met l'outil hors-circuit à l'aide de l'interrupteur, l'algorithme intégrateur numérique de détermination de

la surcharge continue à opérer.

Pour comprendre plus complètement l'invention, ses

buts et ses avantages, on peut se référer aux dessins joints et à la descrip-

tion suivante.

La figure 1 est un schéma du circuit de commande,

à base de microcalculateur, de la présente invention.

La figure 2 représente les courbes de vitesse enfonction du couple pour un moteur commandé conformément à la présente invention, représentant les valeurs de l'apport calorifique provoquant

la surcharge utllisées en liaison avec la technique de modélisation thermi-

que par intégration numérique de l'invention.

La figure 3 est une courbe qui illustre la détection de surcharge et le système d'avertissement de l'invention en opération; et, les figures 4 à Il sont des ordinogrammes illustrant plus en détail les étapes mises en oeuvre par le système de détection

de surcharge et d'avertissement de l'invention.

La figure 1 représente le schéma du circuit électronique de commande de la présente invention. Ce circuit de commande comporte

le microcalculateur 10 qui, dans la réalisation préférée, est un micro-

calculateur MC146805F2, à microplaquette unique, 8 bits, contenant un oscillateur sur microplaquette, une unité centrale de traitement, une l0 mémoire à accès sélectif RAM, une mémoire inaltérable ROM, une unité d'entrée/sortie I/O et un temporisateur. Bien que la réalisation préférée décrite ici expose une réalisation à base de microcalculateur, il faut comprendrequelesnseignements de la présente invention peuvent également

se concrétiser en utilisant d'autres formes de circuit numérique ou analo-

gique, tels que des circuits intégrés numériques discrets ou analogiques.

Le microcalculateur 10 reçoit le courant puissance par un circuit d'alimentation puissance 12 qui convertit le signal d'entrée de courant alternatif 115 volts à 120 volts en un signal courant continu +5 volts. Un résonateur référencé 14 à 800 tHz est couplé aux bornes de l'oscillateur (broches 4 et 5) pour donner un signal d'horloge stable

pour le fonctionnement du microcalculateur 10.

Le microcalculateur 10 comporte un premier groupe de huit lignes d'entrée/sortie constituant la connexion A et un second groupe de huit lignes d'entrée/sortie constituant la connexion B. De plus, le microcalculateur 10 comporte un troisième groupe de quatre lignes constituant la connexion C. L'état de chaque ligne faisant partie de

la connexion A et de la connexion B peut être programmé par le logiciel.

La connexion C est une connexion d'entrée fixe. Sur la figure 1 les lignes constituant les connexions A, B, et C sont identifiées par la désignation alphanumérique PAS, PB0, PC2, etc. o le chiffre se rapporte au numéro binaire de la ligne (0-7) et o la lettre (A, B ou C) est la désignation

de la connexion.

Le microordinateur 10 comporte également une borne de remise à zéro (reset), désignée RESET, une borne masquable de demande

d'interruption, désignée IRQ, ainsi que les bornes habituelles d'alimenta-

tion puissance VDD et VSS. Les bornes repérées TIMER et NUM sont

reliées à VSS qui est une terre flottante.

L'invention comporte en outre un circuit 20 de traite-

ment du signal qui assure les fonctions de redressement, de commande de remiseà zéro mise en service, de commande du courant de gâchette et de traitement du signal de vitesse. Le circuit de traitement du signal , qui est décrit plus complètement cl-dessous, fournit un signal de vitesse à la ligne de demande d'interruption IRQ du microcalculateur 10. Le circuit de traitement du signal 20 fournit également un signal demise à zéro (reset) à laborne RESETdu microcalculateur 10. A son

tour le circuit de traitement du signal 20 reçoit de la part du microcal-

culateur 10 un signal d'amorçage du triac. En réponse au signal d'amorça-

ge du triac, le circuit 20 fournit sur le conducteur 21 un signal d'état passant au dispositif à triac 22 qui commande l'arrivée de la puissance au moteur 23. Un tachymètre, ou un dispositif équivalent de détection de la vitesse du moteur, est placé pour déterminer la vitesse de rotation ou la période de rotation du rotor du moteur 23. Le tachymètre 24 fournit un signal sinusoïdal dont la fréquence indique la vitesse de rotation ou la période de rotation du moteur 23. Ce signal est envoyé au circuit de traitement du signal 20 qui traite le signal et l'envoie à la borne

de demande d'interruption IRQ pour suite du traitement par le microcal-

culateur 10 comme discuté ci-dessous.

Le circuit de traitement du signal 20 comporte un

circuit redresseur 62 monté entre le noeud 63 et la terre flottante 64.

Le circuit redresseur 62 peut être réalisé au moyen d'une diode disposée de façon à être conductrice dans la direction allant de la terre 64 au noeud 63, plaçant ainsi le noeud 63 sensiblement au potentiel de la terre flottante (ou tout au moins à la valeur de la chute de tension aux bornes

de la diode sous ce potentiel). Le circuit de traitement du signal 20 com-

porte en outre un circuit de commande de gâchette 66, comprenant de préférence un interrupteur de courant, pour fournir un signal d'intensité

pour amorcer le triac 22 en réponse au signal d'amorçage du triac prove-

nant du microcalculateur 10. Le circuit de commande par gâchette 66

isole donc le microcalculateur 10 du triac 22 tout en fournissant l'intensi-

té nécessaire pour basculer le triac à l'état passant. Le circuit de traite-

ment du signal 20 comporte en outre un circuit de traitement du signal de vitesse 68, tel qu'un circuit comparateur à bascule de Schmitt pour

fournir des impulsions de croissance et de décroissance rapides au micro-

calculateur 10 en réponse au signal sinusoïdal de sortie de croissance et de décroissance relativement lent du tachymètre 24. Le circuit de traitement du sienal 20 comporte également un circuit de commande

de remise à zéro (reset) -mise en service 70 relié à la borne Vn de 1' alimen-

tation de puissance 12 pour donner un signal de remise à zéro (reset) au

microordinateur 10 lors de la mise initiale sous tension.

Dans l'alimentation de puissance 12 se trouve une diode 72 reliée à la borne PA5 du microcalculateur 10 pour donner un signal de détection de passage par zéro. Lorsque la ligne 74 de l'alimentation 12 est positive par rapport à l'autre côté de la ligne d'alimentation courant alternatif, le courant passe à travers les résistances 76 et 77 et la diode 78. Le noeud 63 se trouve alors à un potentiel inférieur, de la valeur de la chute de tension aux bornes de la diode, au potentiel de la terre flottante et la borne PA5 est à l'état logique LO (bas). Si la ligne devient positive au cours du demi-cycle suivant, les diodes 72 et 78 bloquent le passage du courant. Par conséquent, il n'y a plus de chute

de tension aux bornes de la résistance 76 et la borne PA5 est au po-

tentiel VDDqui induit un état logique HI (haut). On peut voir que la

borne PA5 bascule ainsi entre les états successifs LO et HI en synchro-

nisme avec chaque demi-cycle de l'onde de courant alternatif et peut

ainsi servir à déterminer lorsque se produit le passage par zéro.

La présente invention fournit un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur que l'on peut utiliser avec un certain nombre de types et de dimensions différents de moteurs sur une large gamme d'applications différentes d'outils électriques. Pour prédéterminer les caractéristiques opératoires du circuit pour correspondre à des paramètres opératoires prédéterminés ou à un outil électrique prédéterminé, il est prévu des barettes d'option, désignées de façon générale par le chiffre de référence 26. Certaines des lignes de la connexion A, de la connexion B et de la connexion C peuvent être reliées à une tension logique LO

ou à une tension logique HI pour fournir une caractéristique ou des carac-

térlstiques opératoires désirées prédéterminées au microcalculateur 10.

Par exemple la figure I montre une barrette 32 qui relie PA4 pour placer un signal logique HI sur le bit PA4 de la connexion A. On admettra que la disposition particulière des options par barrettes et la façon dont le mlcrocalculateur 10 interprète les dispositions de bits entrées par les options à barrettes dépend du logiciel, comme l'homme de l'art s'en rendra compte. De façon générale, on peut effectuer les sélections des options par barrettes par tout moyen convenable y compris l'emploi de cavaliers ou interrupteurs, ou en choisissant une carte de circuit imprimé sur laquelle les pistes conductrices appropriées sont en circuit ouvert

ou fermé.

L'invention comporte en outre un moyen pour produire un signal analogique indicatif d'une caractéristique opératoire désirée du moteur, choisie en pratique par l'opérateur au cours de l'utilisation de l'outil. Fréquemment, le paramètre opératoire désiré représente une 1-5 vitesse de moteur désirée, ou un angle désiré d'amorçage du triac ou analogue et il est entré à l'aide d'un interrupteur à bascule a manoeuvre manuelle. Bienque l'on puisse envisager de nombreux systèmes différents pour fournir des instructions au circuit de commande en accord avec les désirs de l'opérateur, la réalisation actuellement préférée utilise un rhéostat 34 comme transducteur de la. position de l'interrupteur à bascule. Le rhéostat 34 est monté en série avec le condensateur 36 qui à son tour est relié à la terre. En réglant correctement la ligne d'entrée/ sortie PBI, le condensateur 36 se charge et se décharge alternativement

à travers le rhéostat 34. Le temps de charge est proportionnel à la résls-

tance du rheostat 34 que l'on peut faire varier en accord avec la manoeuvre de l'interrupteur à bascule à commande manuelle. Par conséquent le

temps de charge et de décharge est indicatif de la position de l'lnterrup-

teur à bascule. Grâce a une sélection appropriée du condensateur 36, du rhéostat 34 et de la chronologie du logiciel, on peut déterminer un signal analogique indicatif d'un paramètre opératoire désiré en accord avec une position de l'interrupteur à bascule. Ce signal analogique peut

être alors converti en un signal numérique pour emploi dans lé mlcrocal-

culateur 10.

Alors que ce qui précède représente une façon d'entrer le paramètre opératoire désiré, ou de choisir une vitesse désirée, oar exemple, on peut utiliser d'autres mécanismes sans s'écarter de l'objet de l'invention. De façon générale, on peut employer une large variété de transducteurs numériques ou analogiques, avec le circuit d'interface

approprié (tels que les convertisseurs A/ D, par exemple) pour communi-

quer avec le rnicrocalculateur 10. En se reportant maintenant à la figure 2, celle-ci représente les courbes de la vitesse en fonction du couple pour le moteur pour deux angles de conduction. La ligne diagonale supérieure représente le cas d'une conduction continue (180 ) tandis que la ligne diagonale inférieure représente un angle de conduction plus faible (90 ). La zone sous les courbes est en outre divisée

en cinq plages de vitesse, créant ainsiune matrice. A chaque région de lama-

trice est assignée une "valeur d'apport calorifique" dont la valeur est soit positive soit négative selon que le moteur subit un accroissement net ou une diminution nette de température lorsqu'il fonctionne dans cette région. Les valeurs d'apport calorifique assignées dans la matrice prennent en compte non seulement le degré de chaleur générée par le moteur mais également l'effet de refroidissement causé par le débit d'air provenant du ventilateur couplé au rotor du moteur. La valeur du nombre assigné à chaque région est déterminée périodiquement sur la base des trois facteurs suivants: (1) l'essai calorifique net sur le moteur lorsqu'il fonctionne en continu dans cette région particulière; (2) la limite de surcharge prédéterminée choisie pour le registre; et (3) la fréquence à laquelle les contenus du

registre sont actualisés.

La matrice des valeurs d'apport calorifique représentée sur la figure 2 est mémorisée dans la mémoire du microordinateur. Soixante fois par seconde (une fois par cycle du courant) le microcalculateur est programmé pour "rechercher" la valeur appropriée d'apport calorifique sur la base de l'angle de conduction actuel du dispositif à triac 22 et de la vitesse mesurée du moteur, puis ajouter (soustraire de) la valeur au contenu d'un registre "modèle thermique" à 16 bits. Dans la réalisation préférée une condition de surcharge est signalée chaque fois que le contenu

du registre est égal à une valeur limite prédéterminée de surcharge.

Les valeurs spécifiques de vitesse qui définissent les différentes plages de vitesse de la matrice, ainsi que la valeur limite de surcharge, sont choisies pour un outil donné sur la base de la définition des options par barrettes, lue au cours de la mise sous tension. En mémorisant un certain nombre de plages différentes de vitesse et de valeurs limites différentes de surcharge, (comme indiqué sur la figure 2) dans la mémoire

du microcalculateur, le processus d'accord fin de la matrice pour s'a-

dapter à un outil particulier devient une question de sélectionner en usine des options par barrettes correctes. Au cours de la marche normale, le registre de modèle thermique 16 bits est ajusté une fois par cycle de la ligne électrique et sa valeur peut croître, décroître ou rester

inchangée sur la base de la matrice donnant les valeurs d'apport calori-

fique de la figure 2.

En se reportant à la figure 2, si la vitesse réelle du rotor est supérieure à une limite haute de la vitesse prédéterminée

(par exemple 20.000/30.000 tpm), on sait qu'un outil chaud se refroidit.

Aux fins de l'algorithme actuellement préféré, l'outil est chaud si le registre de modèle thermique contient une valeur qui dépasse une

valeur de seuil prédéterminée (10240 en décimal, 2800 en hexadécimal).

Si la vitesse réelle est supérieure à la limite haute de vitesse et si l'outil est chaud, le programme fait décroître le registre de modèle thermique de 2 unités par cycle de la ligne ou de 120 unités par seconde (en supposant un courant électrique en ligne de 60 Hz). Si l'outil n'est pas chaud, c'est-à-dire si la valeur qui se trouve dans le registre de modèle thermique ne dépasse pas 2800 en hexadécimal, le programme ne fait ni croître ni décroître la valeur du registre puisque à des vitesses relativement élevées le refroidissement de l'outil est négligeable en

dessous d'une certaine température.

Si la vitesse réelle est inférieure à la limite haute de vitesse, l'algorithme détermine si l'angle réel de conduction

est inférieur à 109', ce qui indique une puissance modérée de l'outil.

Pour des angles de conduction inférieurs à 109 , le registre de modèle thermique décroît de une unité par cycle de la ligne si la valeur du registre est supérieure à 2800 en hexadécimal; si la valeur du registre est inférieure à 2800 en hexadécimal, la valeur du registre du modèle thermique reste inchangée. Si l'angle réel de conduction dépasse 109 , la modification, qui va suivre, de la valeur du registre de modèle thermique est basée sur la vitesse opératoire réelle. Si la vitesse Il réelle du rotor est supérieure à une seconde vitesse limite (15.000/ 22.500 tpm), le système ne fait croître ni décroître la valeur du registre de modèle thermique. Si la vitesse réelle du rotor est inférieure à la seconde vitesse limite mais supérieure à une troisième limite de vitesse (10. 000/15.000 tpm), le programme fait croître la valeurduregistrede unités par cycle de la ligne. Si la vitesse est inférieure à la troisième limite de vitesse mais superieure a une quatrième limite de vitesse (6.000/9.000 tpm), la valeur du registre de modèle thermique croît de 8 unités par cycle de la ligne. Pour des vitesses inférieures à la quatrième valeur limite, le registre de modèle thermique croit de 23

unités par cycle de la ligne.

Chaque fois que l'outil ne tourne pas, le microcalcu-

lateur décrémente le registre de modèle thermique pour simuler un refroidissement normal. Pour éviter la perte des donnees du registre du modèle thermique, le microcalculateur est sous tension dès que

le moyen d'alimentation de l'outil est raccordé- à une prise de courant.

Il n'est pas nécessaire d'appuyer sur l'interrupteur à bascule de l'outil pour mettre le microcalculateur en activité. Dès que l'outil est raccordé à une prise de courant, le système commence à zéro et suppose que l'outil est froid. Si l'outil ne marche pas le refroidissement est très lent; pour le simuler, le registre de modèle thermique est décrémenté à une vitesse choisie inférieure à une unité par cycle de la ligne. Ceci s'obtient en faisant en sorte qu'un autre compteur mesure un nombre spécifique de demi-cycles de la ligne de puissance (par exemple 14) puis en décrémentant ce compteur chaque demi-cycle. Lorsque la valeur inscrite à ce compteur de demi-cycle s'est écoulée, le registre de modèle thermique est décrémenté de une unité et le compteur de demi-cycles de la ligne de puissance est remis en route. Le registre du modèle

thermique ne peut jamais être décrémenté en-dessous de zéro.

On peut consulter les ordinogrammes des figures

4 à 11 pour comprendre plus complètement l'invention en opération.

Il faut bien comprendre qu'en pratique la séquence des étapes illustrées sur les ordinogrammes est effectuée par le microcalculateur 10 sur

la base d'un jeu d'instructions memorisé contenu dans la mémoire inal-

térable du microcalculateur.

En se reportant à la figure 4, l'outil commence, à la mise sous tension par précharger les registres et les connexions d'entrée/sortie pour le démarrage. C'est à ce moment que les options par barrettes sont lues et que la plage correcte de vitesse et les valeurs limites de surcharges sont déterminées. C'est également à ce moment que le registre de modèle thermique est initialisé à zéro et

que toutes les marques d'avertissement de surcharge sont effacées.

De façon plus spécifique, le présent algorithme utilise une première marque logicielle, ou marque No. 1 pour indiquer si une condition de surcharge a été atteinte. Une seconde marque, désignée marque No. 2,

sert à indiquer que l'outil fonctionne en mode avertissement, caracté-

risé par un comportement à basse vitesse avec vitesse oscillante. Les ordinogrammes des figures 4 à 11 décrivent également une troisème marque, désignée marque No. 3, qui sert à interfacer l'algorithme de détection en cas de surcharge et d'avertissement de l'invention avec d'autres algorithmes de commande du moteur, comme des algorithmes de détection de recul, l'accroissement de la tension d'alimentation du moteur ou analogue. D'autres algorithmes de commande du moteur peuvent interroger la marque No. 3 d'avertissement en cas de surcharge pour s'assurer qu'ils vont se coordonner avec l'algorithme de détection en cas de surcharge et d'avertissementde l'invention.

Après les routines d'initialisation ci-dessus, l'exécution arrive au point A, ce par quoi un registre d'exécution est chargé d'une valeur de vitesse très basse et ce par quoi la commande par triac ou thyristor est commandée pour mettre le moteur en route en chargeant une-valeur, correctement basse, de l'angle de conduction dans un registre de retard d'état passant du thyristor. A ce moment on peut initialiser des registres de commande d'autres fonctions de commande du moteur, comme des fonctions de détection de recul. Une fois ces registres opératoires chargés avec les valeurs correctes pour le démarrage, le programme teste la marque No. 2 d'avertissement en cas de surcharge pour déterminer si elle a été établie. Si elle a été établie, ce qui indique que l'outil fonctionne actuellement en mode avertissement, le programme efface la marque No. 2 d'avertissement en cas de surcharge et décrémente le registre de modèle thermique de 2000 unités hexadécimales, à la suite de quoi le programme passe au point C de la figure 5. Si la marque No. 2 d'avertissement en cas de surcharge n'a pas été établie, le programme passe au point B de la

figure 5.

En se reportant à la figure 5, et en commençant au

point B, l'algorithme de l'invention teste la marque No. 1 d'avertis-

sement en cas de surcharge pour déterminer si elle est établie. Si elle n'est pas établie, ce qui indique qu'aucune condition de surcharge n'a été détectée, le programme passe au point C. Si la marque No. 1 est établie, ce qui indique qu'une condition de surcharge a été détectée, mais que l'outil n'est pas entièrement entré en mode avertissement,

le registre de modèle thermique est décrémenté de 100 unités hexa-

décimales et le programme poursuit jusqu'au point C. Cette légère diminution de la valeur du registre de modèle thermique fait que le modèle thermique apparait en fait comme si l'outil se trouve à 100

unités hexadécimales du point de surcharge.

En continuant au point C de la figure 5, la marque No. 1 d'avertissement de surcharge est alors effacée et le registre de modèle thermique passe à une vitesse de 1 unité pour 117 millisecondes pour simuler un refroidissement très lent de l'outil. A la suite de cette réduction, l'algorithme poursuit au point D pour attendre le prochain passage par zéro de la tension de la ligne. Lorsque ce passage par zéro se produit, le sous-programme fait un test pour déterminer si l'interrupteur à bascule manoeuvrable à main de l'outil est sur "marche". Dans le cas contraire, le programme passe au point A

(figure 4) et la séquence des étapes décrites ci-dessus se répète.

Si l'interrupteur à bascule de l'outil est sur "marche", les données concernant la vitesse réelle sont actualisées (sur la base de la lecture du tachymètre 24) et le programme continue au point E de la

figure 6, o il peut tester des conditions opératoires comme un recul.

Comme représenté sur la figure 6, le sous-programme de test d'un recul passe au point A après avoir détecté un recul et avoir désengagé l'interrupteur à bascule de l'outil. Sinon, le sous-programme détermine si l'on se trouve dans le demi-cycle impair ou pair de la ligne. Si l'on est dans le demi-cycle impair,. le triac ou thyristor est amorcé à l'instant correct, sur la base de l'angle de conduction désiré (calculé) et sur la base dela vitesse opératoire désirée lue sous forme d'un signal analogique déterminé par le rhéostat 34. Après avoir amorcé le triac ou thyristor, dans le demi-cycle impair, le programme passe au point L de la figure 9, à la suite de quoi la nouvelle valeur limite de recul est calculée et la commande exécute une boucle pour revenir au point D pour attendre le prochain passage

par zéro de la tension de ligne.

Si l'on est dans le demi.cycle pair, la vitesse réelle du moteur est comparée à la vitesse désirée du moteur. Si ces vitesses ne sont pas égales l'une à l'autre, le programme effectue

un branchement sur les sous-programmes d'accélération ou de ralentis-

sement en commençant au point F de la figure 7. Si ces vitesses sont égales, l'algorithme détermine si une modification de la tension

d'alimentation du moteur (modification de la vitesse) est en cours.

Si une modification de la tension d'alimentation du moteur est en cours, cette modification prend fin par branchement au point G de la figure 7 (puisque la vitesse réelle est égale à la vitesse désirée et que donc la modification n'est plus nécessaire). S'il n'y a pas de modification de la tension d'alimentation du moteur en cours, le programme définit l'angle de conduction égal àl'angle de conduction du dernier cycle de la ligne, de sorte que le moteur poursuit à sa vitesse actuelle et que le programme poursuit au point H de la figure 8. Avant de continuer l'analyse de l'algorithme de test de surcharge en commençant au point H de la figure 8, on peut se

référer à la figure 7 pour mieux comprendre le sous-programme d'accé-

lération et de ralentissement en commençant au point F. Si la vitesse du moteur est trop rapide, le sous-programme commençant au point G est exécuté, ce par quoi on met fin à la modification de la tension

d'alimentation du moteur, en effaçant une marque de modification.

Ensuite ce sont les marques No. 2 et No. 3 d'avertissement de surcharge

qui sont effacées. Il faut rappeler ici que la marque No. 2 d'aver-

tissement de surcharge sert à indiquer que l'outil fonctionne en mode avertissement caractérisé par le fait qu'il "chante" ou marche en oscillant à basse vitesse. La marque No. 3 d'avertissement de surcharge donne une indication semblable. Ensuite le programme exécute un calcul pour déterminer l'angle de conduction nécessaire pour maintenir la vitesse désirée. Le sous-programme "trop rapide" passe alors au point H. Si la vitesse du moteur est trop lente, c'est la marque No. 3 d'avertissement de surcharge qui est testée. Si la marque No. 3 est établie, un très léger réglage de l'angle de conduction

est exécuté pour permettre à la vitesse du moteur de croître lentement.

On préfère actuellement un incrément de l'angle de conduction de

0,864 par cycle de ligne. Ceci sert à commander la pente d'accrois-

sement de puissance au cours de la portion correcte de l'oscillation d'avertissement de surcharge. Si la marque No. 3 n'est pas établie, et donc si l'outil ne se trouve pas en mode avertissement, c'est la marque modification de vitesse qui est interrogée pour déterminer si une modification de vitesse est en cours. S'il n'y a pas de modification de vitesse en cours, un calcul est exécuté pour déterminer l'angle de conduction nécessaire pour maintenir la vitesse désirée, à la suite de quoi le programme passe au point H. Si une modification de la vitesse est en cours, le programme charge un réglage normal de l'angle de conduction pour modification de vitesse, ce qui fait que le moteur accélère relativement sans à-coup en incrémentant l'angle de conduction précédent de la valeur de l'ajustement de l'angle. Après avoir ajusté l'angle de conduction le programme se branche alors au point H dont

on va discuter maintenant.

En se reportant à la figure 8, l'algorithme de

détection et d'avertissement en cas de surcharge se poursuit. L'algo-

rithme commence par un test pour déterminer si la marque No. 1 d'aver-

tissement de surcharge est établie. Si la marque No. 1 n'est pas établie, le programme définit comme valeur d'avertissement de l'angle de conduction une valeur égale à l'angle de conduction utilisé pour déterminer la vitesse du moteur, à la suite de quoi le programme passe

au point K de la figure 9. Comme on va discuter plus tard, le sous-

programme commençant au point K traite l'amorçage du triac ou thyristor au cours du demi-cycle pair de la ligne d'alimentation. Si la marque No. 1 est établie, ce qui indique qu'une surcharge s'est produite, la valeur d'avertissement de l'angle de conduction est diminuée d'une valeur prédéterminée puis testée pour déterminer si elle est inférieure à l'angle de conduction de commande de vitesse. Par ce test et par les deux étapes indiquées ensuite, l'algorithme choisit le plus faible, de l'angle de conduction de commande devitesseet del'angle de conduction d' avertissement, puis définit pour l'angle de conduction de commande de vitesse cette valeur moindre. De cette façon, si une condition de surcharge a été détectée, c'est l'angle de conduction d'avertissement qui régit la vitesse du moteur, à moins que l'opérateur de l'outil n'ait choisi une vitesse moindre ou n'ait rapidement dégagé l'outil de la charge. Enfin, l'angle de conduction est testé pour déterminer s'il a été réduit au minimum désiré, 780 étant actuellement préféré. Si le minimum désiré n'a pas encore été atteint, le programme se branche au point K discuté ci-dessous. Sinon, le programme se branche au point J.

En se référant à la figure 9, au point J le sous-

programme établit les marques d'avertissement de surcharge No. 2 et No. 3 et efface la marque d'avertissement de surcharge No. 1, indiquant ainsi que l'on a atteint le bas de la pente de modification de la vitesse d'avertissement. Le registre de modèle thermique est alors décrémenté de 200 unités hexadécimales, décalant ainsi le modèle thermique du point de surcharge d'une distance faible mais suffisante pour permettre à la vitesse du moteur de croître. Le décalage est

suffisamment faible toutefois pour que l'on atteigne à nouveau rapi-

dement le niveau de surcharge. On se rendra compte que ce décalage donne un moyen pour faire osciller le fonctionnement du moteur à basse

vitesse, l'état de détection de surcharge du moteur étant continuei-

lement établi et mis à zéro.

Après le décalage du registre de modèle thermique, le programme se poursuit au point K avec le sous-programme d'amorçage

du triac sur le demi-cycle pair de la ligne d'alimentation. Ce sous-

programme commence par déterminer si le triac doit être amorcé tout de suite ou plus tard. Si la matrice-de la table de recherche du modèle thermique peut être consultée avant amorçage du triac, le retard de l'amorçage du triac doit être modifié pour compenser le temps passé dans le sous-programme de modèle thermique. D'un autre côté, s'il faut amorcer le triac sans appeler d'abord le sous-programme de modèle thermique, il n'y a pas besoin de compensation de retard d'amorçage du triac. Après exécution du sous-programme de modèle thermique et après amorçage du triac, le programme se poursuit au point L par le calcul de la prochaine valeur limite de recul, puis se

branche au point D de la figure 5 dont on a discuté ci-dessus.

Les figures 10 et 11 illustrent plus en détail le sous-programme de modèle thermique. Ce sous-programme commence par un test pour déterminer si la marque de surcharge No. 1 est établie. Si cette marque est établie, une boucle logicielle de temporisation est exécutée pour donner une pause équivalente au temps nécessaire pour

exécuter le sous-programme de modèle thermique. Si la marque d'aver-

tissement de surcharge No. 1 n'est pas établie, une valeur de l'apport calorifique est déterminée sur la base de la vitesse réelle du moteur et de la tension réelle (angle de conduction). Cette détermination peut se faire à l'aide d'une table de recherche construite en accord avec les données fournies sur la figure 2. La valeur de l'apport calorifique ainsi déterminée est testée pour déterminer si elle est nulle ou non-nulle. Si la valeur de l'apport calorifique est nulles le programme procède à une pause équivalente au temps nécessaire pour faire passer le sous-programme de modèle thermique. Si la valeur de

l'apport calorifique est non-nulleil faut alors déterminer son signe.

Si la valeur de l'apport calorifique est positive (chauffage), cette valeur est ajoutée à la valeur du registre de modèle thermique et le total cumulé est testé pour voir si l'on a atteint la

limite de surcharge prédéterminée. Cette limite de surcharge prédéter-

minée peut être fournie au cours de la mise sous tension par l'inter-

médiaire des réglages des options par barrettes. Si la limite n'a pas été atteinte, ce programme retourne au programme appelant. Si la valeur du modèle thermique dépasse la limite de surcharge prédéterminée, la valeur de modèle thermique est prise comme égale à la limite, la marque d'avertissement de surcharge No. 1 est établie et la commande est

renvoyée au programme appelant.

Si la valeur d'apport calorifique est négative (refroidissement), le programme détermine si le modèle thermique a une valeur inférieure à 2800 en hexadécimal. Si cette valeur est inférieure à 2800 en hexadécimal, on sait que l'effet de refroidissement est minimal et le programme revient donc immédiatement au programme appelant sans modification au registre du modèle thermique. Si elle n'est pas inférieure à 2800 en hexadécimal, le registe de modèle thermique est correctement ajusté surla base de la valeur (refroidissement) d'apport calorifique de la matrice et la commande est alors envoyée au programme appelant. La figure 3 illustre l'algorithme décrit ci-dessus en opération. Comme on le voit en regardant la figure 3, l'avertissement en cas de surcharge consiste en une diminution graduelle de la puissance fournie au moteur suivie d'un accroissement et d'une diminution cycliques de la puissance fournie. La zone I de la figure représente un outil opérant sous forte charge. Sous forte charge, la vitesse du moteur va tomber. En s'efforçant de maintenir la vitesse désirée, le circuit électronique de commande de vitesse va fournir une puissance maximale au moteur. La combinaison de la réduction de vitesse et de la puissance

élevée va se traduire par le fait qu'une valeur importante va s'accu-

muler dans le registre de modèle thermique jusqu'à.ce que l'on atteigne la limite de surcharge. Le point A de la figure 3 indique le point o

on a atteint la surcharge et o l'avertissement débute.

Une fois atteinte la surcharge, la puissance fournie au moteur est graduellement réduite en suivant la ligne qui va du point A au point B. Cette transition prend nominalement 4,8 secondes dans la réalisation actuellement préférée. Le point B représente un angle de conduction d'environ 78 . Comme indiqué sur la figure, au

point A la marque de détection de surcharge No. 1 est établie.

Lorsque le sous-prograrmme de commande de vitesse reconnait que la marque No. 1 est établie, il diminue graduellement l'angle de conduction du triac, réduisant ainsi la puissance fournie au moteur. Une exception se produit si la charge est subitement enlevée, ce qui nécessite une

diminution plus grande de l'angle de conduction pour limiter la vitesse.

Lorsque l'angle de conduction est descendu jusqu'à 78 (point B), les

marques No. 2 et No. 3 sont établies et la marque No. 1 est effacée.

C'est en ce point que le programme diminue le registre de modèle thermique de 200 unités hexadécimales. Cettecombinaison d'établissements et d'effacements des marques permet à l'angle de conduction de croître à la vitesse de 0,864 par cycle de la ligne d'alimentation. La marque No. 1 étant effacée, le programme traite l'algorithme de modèle ther- mique en considérant qu'il n'y a pas de surcharge (mais on se trouve

à moins de 200 unités hexadécimales de l'apparition de la surcharge).

Si la charge est maintenue, le registre de modèle thermique va à

nouveau atteindre sa limite de surcharge en quelques secondes, nomi-

nalement 4 secondes, au point C. Le point C atteint, la marque No. 1

est à nouveau établie.La zone IV de la figure représente l'accrois-

sement et la diminution cycliques de la puissance appliquée si la charge est maintenue. Cet accroissement et cette diminution cycliques de la puissance appliquée font que le moteur "chante" ou oscille à une vitesse significativement réduite que l'opérateur de l'outil peut

facilement reconnaitre comme signalant qu'une surcharge s'est produite.

- Il y a deux modes principaux d'effacement pour

interrompre le mode avertissement: enlever la charge; et mettre l'inter-

rupteur à bascule en position d'arrêt. Si l'on dégage l'outil de la charge à tout moment à l'intérieur de la zone IV, la puissance fournie au moteur va croître jusqu'à ce que l'on atteigne la vitesse désirée (et à cet instant l'avertissement de surcharge prendra fin). De façon spécifique, si l'on enlève la charge lorsque l'on opère entre le point E et le point F (c'est-à-dire avec la marque No. 1 effacée et les marques No. 2 et No. 3 établies),l'angle de conduction du triac va continuer à croître à la vitesse de 0,864 par cycle de la ligne jusqu'à ce que l'algorithme de commande de la vitesse détecte que l'on a atteintla vitesse désirée (point G).o La charge ayant été enlevée, la valeur du registre de modèle thermique ne va plus continuer à croître, mais va commencer à décroître à mesure que la vitesse croit. Lorsque l'on a atteint lavitesse désirée, les marques No. 2 et No. 3 sont effacées. Si l'on ne réapplique pas la charge, l'algorithme de

modèle thermique, va reconnaitre que le moteur continue à refroidir.

Si l'on réapplique la charge, l'algorithme va produire un autre aver-

* tissemEnt de surcharge dans un temps relativement court. Si l'on enlève la charge à un moment o l'on se trouve dans la zone V quand la vitesse décroit, par exemple entre les points D et E (marques No. 1, No. 2 et No. 3 établies), la puissance fournie va continuer à décroître jusqu'à ce que l'on atteigne le point E. Une fois ce point atteint et la marque No. 1 effacée, la puissance va croître du point E au point G. Si l'on met l'interrupteur à bascule de l'outil en position d'arrêt à tout moment entre les points B et G (c'est-à-dire à tout moment lorsque la marque No. 2 est établie),les trois marques seront effacées et une valeur de 2000 en hexadécimal sera soustraite

du registre de modèle thermique. Si alors on remet à nouveau l'inter-

rupteur à bascule de l'outil sur la position "marche", le programme va opérer normalement et non pas en mode avertissement. Si l'on réapplique la charge, il y aura au moins un intervalle modéré de temps avant l'avertissement du chauffage suivant. Cet intervalle de temps dépend de la vitesse spécifique et de la charge en accord avec l'algorithme de modèle thermique. Par conséquent l'opérateur dispose de deux options de suppression de l'avertissement de surcharge. Il peut enlever la charge, ce qui va mettre fin à l'avertissement mais donner un second (troisième, etc.) avertissement dans un temps relativement court s'il continue à surcharger l'outil; ou bien l'opérateur peut mettre l'interrupteur à bascule de l'outil en position "arrêt" puis à nouveau en position "marche", ce qui va mettre fin à l'avertissement

et donner un intervalle plus long avant un avertissement suivant.

Si l'on met en position "arrêt" puis à nouveau en position "marche" l'interrupteur à bascule de l'outil avant le

point A ou après le point G (toutes les marques effacées), le désenga-

gement de l'interrupteur à bascule n'aura pas d'effet sur les marques ou sur le registre de modèle thermique. Si l'on opère dans la zone II

(marque No. 1 établie et marques No. 2 et No. 3 effacées), le désen-

gagement de l'interrupteur à bascule se traduit par le fait que la marque No. 1 est effacée et que 100 unités hexadécimales sont soustraites du registre de modèle thermique. Dans la zone II, la réduction graduelle de vitesse pourrait ne pas être interprétée par l'opérateur comme un avertissement de surcharge et par conséquent l'avertissement est interrompu et le registre de surcharge est ajusté

à une valeur légèrement inférieure à la limite de surcharge.

Tandis que la description ci-dessus constitue la

réalisation préférée de la présente invention, on admettra que l'in-

vention est susceptible de modification, variante et changement sans s'écarter de l'objet proprement dit ou d'une juste interprétation

des revendications jointes.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé pour fournir un avertissement selon lequel on a atteint une condition opératoire donnée dans un outil électrique, caractérisé par les étapes consistant à: détecter la condition opératoire donnée (marque No. 1); réduire graduellement la puissance (Zone II) fournie audit outil jusqu'à ce que l'on atteigne un niveau prédéterminé de puissance réduite (6); et augmenter et diminuer cycliquement, de valeurs

prédéterminées, la puissance (Zone IV) fournie audit outil.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la condition opératoire donnée est une condition de surcharge.

3 ) Procédé selon la revendication 1 ou la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que ladite étape de détection de la condition opératoire donnée comporte la détection de la vitesse opératoire de l'outil. 4 ) Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3,

caractérisé en ce que ladite étape de détection de la condition opéra-

toire donnée comporte la surveillance de la puissance fournie à l'outil.

5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection de la condition opératoire donnée est exécutée en: mémorisant une valeur de modèle thermique indicative de la condition opératoire de l'outil; détectant la vitesse opératoire de l'outil; surveillant la puissance fournie à l'outil; modifiant périodiquement la valeur du modèle thermique en accord avec la vitesse opératoire détectée et la puissance fournie; et testant périodiquement la valeur du modèle thermique

pour déterminer sa relation avec une valeur limite prédéterminée corres-

pondant à la condition opératoire donnée.

6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: mémoriser une valeur de modèle thermique indicative de la condition opératoire de l'outil; modifier périodiquement la valeur de modèle thermique en accord avec les conditions opératoires réelles de l'outil; et tester la valeur du modèle thermique pour déterminer s'il a atteint une valeur limite prédéterminée correspondant à la

condition opératoire donnée.

7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la modification de la valeur du modèle thermique lorsque l'on atteint ledit niveau prédéterminé de puissance

réduite.

8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le fait de répondre à une réduction de la charge exercée sur l'outil en mettant fin à l'accroissement et la diminution cycliques de la puissance

fournie.

9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le fait de mettre fin à l'accroissement et à la diminution cycliques de la puissance fournie en réponse à un signal demise à zéro provoqué par

l'utilisateur de l'outil.

) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'outil comporte un interrupteur à bascule-manoeuvrable manuellement et en ce que l'on provoque ledit signal de mise à zéro

en relâchant l'interrupteur à bascule.

11 ) Procédé selon la revendication 9 ou la reven-

dication 10, caractérisé en ce que l'outil fonctionne sous charge et l'on provoque le signal de mise à zéro en dégageant l'outil de la charge.