FR2573261A1 - Method and device for regulating the speed of a DC motor, in particular a sewing machine motor - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réguler la vitesse d'un moteur à courant continu, notamment un moteur de machine à coudre. The present invention relates to a method and a device for regulating the speed of a DC motor, in particular a sewing machine motor.
A l'heure actuelle, les moteurs à courant continu sont très souvent alimentés par l'intermédiaire d'un élément de découpage à semiconducteur commandé par un système de régulation de courant, cette disposition permettant également de réaliser une régulation de vitesse. L'information de vitesse nécessaire à la régulation de vitesse proprement dite peut être prélevée sur une dynamo tachymétrique calée sur l'arbre du moteur, mais cet organe a l'in convénient d'être cher et encombrant. On cherche donc à l'éviter dans de très nombreuses applications.A cet effet, diverses techniques sont utilisées, mais elles conduisent, soit à des circuits compliqués et donc coûteux soit à une information de vitesse qui ne représente pas véritablement la vitesse réelle du moteur et ne permet donc pas d'obtenir une régulation efficace, notamment lorsqu'il s'ac'it d'un moteur soumis à des variations de couple importantes, comme c'est le cas par exemple des moteurs de machines à coudre. At present, DC motors are very often supplied via a semiconductor cutting element controlled by a current regulation system, this arrangement also making it possible to achieve speed regulation. The speed information necessary for the actual speed regulation can be taken from a tachometer dynamo fixed on the motor shaft, but this body has the disadvantage of being expensive and bulky. We therefore try to avoid it in very many applications. To this end, various techniques are used, but they lead either to complicated and therefore expensive circuits or to speed information which does not really represent the actual speed of the engine. and therefore does not make it possible to obtain effective regulation, in particular when a motor is subjected to significant variations in torque, as is the case for example with motors of sewing machines.
La présente invention a donc pour but principal de remédier à cet inconvénient et, pour ce faire, elle a pour objet un procédé de régulation de la vitesse d'un moteur à courant continu qui se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à comparer périodiquement une tension de référence représentant la vitesse souhaitée à la force électromotrice du moteur tournant sur inertie alors qu'il n'est plus alimenté en courant, la tension d'erreur ainsi obtenue commandant l'alimentation en courant du moteur par l'intermédiaire d'un système de régulation de courant utilisant un élément de découpage à semiconducteur
Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend un premier comparateur pour comparer la tension de référence représentant la vitesse souhaitée à la force électromotrice du moteur tournant sur inertie alors qu'il n'est plus ali menté en courant, la tension d'erreur ainsi obtenue étant appliquée, par l'intermédiaire d'un condensateur, à un second comparateur faisant partie du système de régulation de courant, et un moyen pour décharger périodiquement le condensateur afin de couper l'alimentation en courant du moteur et de réactualiser ainsi sa valeur de charge.The main object of the present invention is therefore to remedy this drawback and, to do this, it relates to a method for regulating the speed of a DC motor which is essentially characterized in that it consists in periodically comparing a reference voltage representing the desired speed at the electromotive force of the motor rotating on inertia when it is no longer supplied with current, the error voltage thus obtained controlling the current supply to the motor by means of a current regulation system using a semiconductor cutting element
In a particular embodiment, the device for implementing the method according to the invention comprises a first comparator for comparing the reference voltage representing the desired speed with the electromotive force of the engine running on inertia when it is not more supplied with current, the error voltage thus obtained being applied, via a capacitor, to a second comparator forming part of the current regulation system, and a means for periodically discharging the capacitor in order to cut the power supply to the motor and thus updating its load value.
On dispose ainsi d'une information de vitesse, constituée par la force électromotrice du moteur tournant sur inertie, qui représente bien la vitesse réelle dudit moteur. Ceci permet de réaliser une régulation de vitesse efficace quelles que soient les variations de couple, notamment aux faibles vitesses de rotation. Un tel dispositif est donc particulièrement utile dans le cas des moteurs de machines à coudre. There is thus speed information, constituted by the electromotive force of the engine rotating on inertia, which well represents the real speed of said engine. This makes it possible to achieve effective speed regulation whatever the torque variations, in particular at low rotational speeds. Such a device is therefore particularly useful in the case of sewing machine motors.
De préférence, le moyen pour décharger périodiquement le condensateur est constitué par un amplificateur différentiel dont la sortie est reliée audit condensateur et dont l'une des entrées est alimentée par une faible tension continue alors que son autre entrée est alimentée à partir du réseau par une tension redressée à double alternance, de manière que ledit amplificateur soit normalement bloqué et ne devienne conducteur que lorsque la tension du réseau passe à zéro, provoquant ainsi la mise en court-circuit du condensateur. Preferably, the means for periodically discharging the capacitor consists of a differential amplifier, the output of which is connected to said capacitor and one of the inputs of which is supplied by a low DC voltage while its other input is supplied from the network by a full-wave rectified voltage, so that said amplifier is normally blocked and becomes conductive only when the network voltage drops to zero, thus causing the capacitor to short-circuit.
Gracie à cette disposition, la valeur de charge du condensateur, qui représente en fait la tension d'erreur, se trouve automatiquement réactualisée tous les centièmes de seconde avec un réseau à 50 Hz. Thanks to this arrangement, the charge value of the capacitor, which in fact represents the error voltage, is automatically updated every hundredths of a second with a network at 50 Hz.
Une forme d'exécution de 1 'invention est décrite ci après à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma dsun circuit d'alimentation d'un moteur à courant continu, équipé d'un dispositif de régulation de vitesse conforme à l'invention
- la figure 2 est un diagramme représentant l'allure de la tension
U aux bornes du condensateur ; et
c
- la figure 3 est un diagramme représentant l'allure du courant I dans le moteur.An embodiment of the invention is described below by way of example, with reference to the accompanying drawing in which
- Figure 1 is a diagram of a supply circuit of a DC motor, equipped with a speed control device according to the invention
- Figure 2 is a diagram representing the shape of the voltage
U across the capacitor; and
vs
- Figure 3 is a diagram showing the shape of the current I in the motor.
Le circuit représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord un transformateur 1 dont le primaire est connecté au réseau alternatif et dont le secondaire est connecté à deux diodes de redressement 2,3 suivies d'un condensateur de filtrage 4, générant ainsi une tension continue permettant d'alimenter un moteur à courant continu 5 associé à une diode de récupération 6. L'alimentation en courant du moteur 5 s'effectue, de façon connue en soi, par l'intermédiaire d'un transistor de puissance 7 disposé en série et fonctionnant en "découpeur" ou "hacheur" d'une manière qui sera décrite plus en détail par la suite. The circuit shown in Figure 1 first includes a transformer 1 whose primary is connected to the AC network and whose secondary is connected to two rectifier diodes 2,3 followed by a filter capacitor 4, thus generating a voltage DC power supply to a DC motor 5 associated with a recovery diode 6. The power supply to the motor 5 is carried out, in a manner known per se, via a power transistor 7 arranged in series and operating as a "cutter" or "chopper" in a manner which will be described in more detail later.
Conformément à l'invention, le circuit d'alimentation du moteur 5 est équipé d'un dispositif de régulation de vitesse constitué essentiellement par un comparateur 8 associé à un condensateur 9. L'information de vitesse est prélevée aux bornes du moteur 5 au moyen d'un potentiomètre ajustable 10 et est appliquée sur i'entrée A du comparateur 8. Sur l'autre entrée B de ce comparateur est appliquée, au moyen d'un potentiomètre réglable 11 connecté en série avec une résistance fixe 12, une tension dite de référence représentant la vitesse souhaitée pour le moteur 5. Dans le cas d'un moteur de machine à coudre, le potentiomètre 11 sera constitué tout naturellement par la pédale de commande de la machine. According to the invention, the power supply circuit of the motor 5 is equipped with a speed regulation device essentially constituted by a comparator 8 associated with a capacitor 9. The speed information is taken from the terminals of the motor 5 by means an adjustable potentiometer 10 and is applied to the input A of the comparator 8. On the other input B of this comparator is applied, by means of an adjustable potentiometer 11 connected in series with a fixed resistor 12, a so-called voltage reference representing the desired speed for the motor 5. In the case of a sewing machine motor, the potentiometer 11 will be formed quite naturally by the control pedal of the machine.
La sortie du comparateur 8 charge le condensateur 9 proportionnellement à l'écart de tension entre les entrées A et B, par l'intermédiaire d'une résistance 13 en série avec une diode 14. La tension de charge du condensateur 9 est par ailleurs appliquée sur l'entrée B d'un second comparateur 15 faisant partie d'un système de régulation de courant à contre-réaction de type connu. The output of the comparator 8 charges the capacitor 9 in proportion to the voltage difference between the inputs A and B, via a resistor 13 in series with a diode 14. The charging voltage of the capacitor 9 is also applied on input B of a second comparator 15 forming part of a current type feedback control system of known type.
Le courant passant dans le moteur 5 est mesuré au moyen d'un shunt 16 connecté aux entrées A et B d'un amplificateur différentiel 17 dont la sortie alimente l'autre entrée A du comparateur 15 par l'intermédiaire de deux résistances en série 18, 19 associées à un condensateur 20. La sortie du comparateur 15 commande le fonctionnement d'un transistor 21 qui commande à son tour le fonctionnement du transistor de puissance 7 polarisé par les résistances 22 et 23. The current passing through the motor 5 is measured by means of a shunt 16 connected to the inputs A and B of a differential amplifier 17 whose output feeds the other input A of the comparator 15 via two resistors in series 18 , 19 associated with a capacitor 20. The output of the comparator 15 controls the operation of a transistor 21 which in turn controls the operation of the power transistor 7 biased by the resistors 22 and 23.
Le circuit selon l'invention est complété par un dispositif permettant de décharger périodiquement le condensateur 9 afin de réactualiser sa valeur de charge. Ce dispositif est essentiellement constitué par un amplificateur différentiel 24 dont la sortie est reliée au condensateur 9 par une résistance 25 en série avec une diode 26. L'entrée B de cet amplificateur est reliée au plus de l'alimentation par une diode 27, au moins de l'alimentation par une résistance 28 et à l'autre entrée A par une autre diode 29. L'entrée A est par ailleurs reliée au secondaire du transformateur 1 par l'intermédiaire de deux diodes de redressement 30, 31 et d'une résistance série 32, tandis qu' une résistance 33 est connectée entre lesdites diodes et le plus de l'alimentation. The circuit according to the invention is completed by a device making it possible to periodically discharge the capacitor 9 in order to update its charge value. This device is essentially constituted by a differential amplifier 24 whose output is connected to the capacitor 9 by a resistor 25 in series with a diode 26. The input B of this amplifier is connected at most to the power supply by a diode 27, to the less of the supply by a resistor 28 and to the other input A by another diode 29. The input A is moreover connected to the secondary of the transformer 1 by means of two rectifier diodes 30, 31 and a series resistor 32, while a resistor 33 is connected between said diodes and most of the power supply.
On va maintenant décrire'le fonctionnement du dircuit selon l'invention, en se référant plus particulièrement aux diagrammes des figures 2 et 3. We will now describe the operation of the circuit according to the invention, with particular reference to the diagrams in FIGS. 2 and 3.
L'amplificateur 24 n'est rendu conducteur que lorsque son entrée B est négative par rapport à son entrée A. Or, l'entrée B est alimentée en permanence avec une faible tension continue correspondant à la diode 27, tandis que l'entrée A est alimentée avec une tension redressée à double alternance par les diodes 30 et 31. L'entrée A est donc toujours plus négative que l'entrée
B, sauf au moment où la tension du réseau alternatif passe par zéro. L'amplificateur est alors conducteur et provoque la décharge du condensateur 9 par sa mise en court-circuit à travers 25 et 26, comme illustré en 34 sur la figure 2. Cet évènement se reproduit automatiquement à chaque centième de seconde avec un réseau à 50 Hz.The amplifier 24 is only made conductive when its input B is negative with respect to its input A. Now, the input B is continuously supplied with a low direct voltage corresponding to the diode 27, while the input A is supplied with a full-wave rectified voltage by diodes 30 and 31. Input A is therefore always more negative than input
B, except when the voltage of the AC network goes through zero. The amplifier is then conductive and causes the capacitor 9 to discharge by short-circuiting it through 25 and 26, as illustrated at 34 in FIG. 2. This event occurs automatically every hundredth of a second with a network at 50 Hz.
En pratique, le temps T1, compris entre t et t1, pendant lequel le condensateur 9 est mis en court-circuit, peut être réglé à volonté et sera par exemple égal à environ 0,5 milliseconde. Pendant cet intervalle de temps T1, le comparateur 15 se trouve bloqué par son entrée B et bloque à son tour le transistor de puissance 7 par l'intermédiaire de son transistor de commande 21. In practice, the time T1, between t and t1, during which the capacitor 9 is short-circuited, can be adjusted at will and will for example be equal to approximately 0.5 milliseconds. During this time interval T1, the comparator 15 is blocked by its input B and in turn blocks the power transistor 7 by means of its control transistor 21.
Par suite, le courant I dans le moteur 5 s'abaisse progressivement sous l'influence de la diode de récupération 6, comme illustré en 35 sur la figure 3, et finit par s'annuler complètement.Consequently, the current I in the motor 5 gradually decreases under the influence of the recovery diode 6, as illustrated at 35 in FIG. 3, and ends up canceling out completely.
Lorsque le moteur 5 n'est plus alimenté en courant, il continue à tourner sur son inertie et engendre alors à ses bornes une force électromotrice qui est une véritable tension tachymétrique, c'est-à-dire une tension qui représente la vitesse réelle du moteur à cet instant. Cette tension tachymétrique est prélevée au moyen du potentiomètre ajustable 10 et elle est comparée dans le comparateur 8 à la tension de référence affichée au moyen du potentiomètre réglable 11, tension de référence qui représente la vitesse souhaitée par l'utilisateur. When the motor 5 is no longer supplied with current, it continues to rotate on its inertia and then generates at its terminals an electromotive force which is a true tachometric voltage, that is to say a voltage which represents the real speed of the engine at this time. This tachometric voltage is taken by means of the adjustable potentiometer 10 and it is compared in the comparator 8 with the reference voltage displayed by means of the adjustable potentiometer 11, reference voltage which represents the speed desired by the user.
Si la vitesse mesurée est supérieure à la vitesse souhaitée, la tension sur l'entrée A est supérieure à la tension sur l'entrée B et le comparateur 8 reste bloqué, de sorte que le condensateur 9 reste également déchargé. If the measured speed is greater than the desired speed, the voltage on input A is greater than the voltage on input B and the comparator 8 remains blocked, so that the capacitor 9 also remains discharged.
Par suite, aucun courant n'est demandé dans le moteur et le transistor de puissance 7 reste bloqué par l'intermédiaire du comparateur 15.As a result, no current is requested in the motor and the power transistor 7 remains blocked by means of the comparator 15.
Si au contraire la vitesse mesurée est inférieure à la vitesse souhaitée, le comparateur 8 devient conducteur et charge le condensateur 9 à une valeur qui est proportionnelle à la tension d'écart ou d'erreur entre les deux vitesses. La tension U aux bornes du condensateur prend ainsi une valeur
c
U1, comme illustré en 36 sur la figure 2, et conserve cette valeur pendant le reste du cycle, jusqu'à ce que le condensateur soit déchargé par l'action de l'amplificateur 24 lors d'un nouveau passage par zéro de la tension du réseau.
Cet intervalle de temps T2, compris entre t2 et t1, pendant lequel le condensateur 9 reste chargé à sa valeur U1, sera égal à environ 9,5 millisecondes, puisque le cycle total a une durée de 10 millisecondes.If on the contrary the measured speed is lower than the desired speed, the comparator 8 becomes conductive and charges the capacitor 9 to a value which is proportional to the difference or error voltage between the two speeds. The voltage U across the capacitor thus takes a value
vs
U1, as illustrated at 36 in FIG. 2, and keeps this value during the rest of the cycle, until the capacitor is discharged by the action of the amplifier 24 during a new zero crossing of the voltage of the network.
This time interval T2, comprised between t2 and t1, during which the capacitor 9 remains charged at its value U1, will be equal to approximately 9.5 milliseconds, since the total cycle has a duration of 10 milliseconds.
La tension U1 aux bornes du condensateur 9 est appliquée sur l'en- trée B du comparateur 15 et commande alors l'alimentation en courant du moteur 5 par l'intermédiaire du système de régulation de courant. Au départ, le transistor de puissance 7 se trouve débloqué par le comparateur 15 et le courant I in'établit progressivement dans le moteur, comme illustré en 37 sur la figure 3. The voltage U1 across the capacitor 9 is applied to the input B of the comparator 15 and then controls the current supply to the motor 5 via the current regulation system. At the start, the power transistor 7 is unblocked by the comparator 15 and the current I gradually establishes in the motor, as illustrated at 37 in FIG. 3.
Lorsque ce courant I atteint une certaine valeur, mesurée par le shunt 16 associé à l'amplificateur 17, la tension sur l'entrée A du comparateur 15 devient supérieure à la tension U1 sur son entrée B. Par suite, le comparateur se bloque et bloque à son tour le transistor de puissance 7 par l'intermédiaire
de son transistor de commande 21. Le courant I baisse alors progressivement
dans le moteur, comme illustré en 38 sur la figure 3, jusqu'à ce que le courant mesuré par le shunt 16 devienne insuffisant, et le cycle recommence. On obtient ainsi une suite d'oscillations autour d'une valeur moyenne fonction de la vi
tesse souhaitée pour le moteur, la fréquence de ces oscillations étant déterminée par la valeur du condensateur 20 et des résistances 18, 19.When this current I reaches a certain value, measured by the shunt 16 associated with the amplifier 17, the voltage on the input A of the comparator 15 becomes greater than the voltage U1 on its input B. As a result, the comparator is blocked and in turn blocks the power transistor 7 via
of its control transistor 21. The current I then gradually decreases
in the motor, as illustrated at 38 in FIG. 3, until the current measured by the shunt 16 becomes insufficient, and the cycle begins again. We thus obtain a series of oscillations around an average value depending on the vi
desired size for the motor, the frequency of these oscillations being determined by the value of the capacitor 20 and of the resistors 18, 19.
A la fin du cycle de 10 millisecondes, le condensateur 9 est déchar
gé par l'action de l'amplificateur 24 rendu conducteur, comme illustré en 39
sur la figure 2, et provoque alors l'interruption du courant I dans le moteur, comme illustré en 40 sur la figure 3. Le cycle recommence ensuite avec une nouvelle valeur de charge pour le condensateur 9 qui sera fonction de la vitesse réelle atteinte par le moteur à cet instant.At the end of the 10 millisecond cycle, the capacitor 9 is discharged
managed by the action of the amplifier 24 made conductive, as illustrated in 39
in FIG. 2, and then causes the interruption of the current I in the motor, as illustrated at 40 in FIG. 3. The cycle then begins again with a new charge value for the capacitor 9 which will be a function of the actual speed reached by the engine at this time.
Le dispositif selon l'invention permet donc en définitive de réaliser une régulation de vitesse très efficace, indépendante des variations de couple, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas des moteurs d'entrainement de machines à coudre. The device according to the invention therefore ultimately enables very efficient speed regulation, independent of torque variations, which is particularly advantageous in the case of sewing machine drive motors.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8417170A FR2573261A1 (en) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | Method and device for regulating the speed of a DC motor, in particular a sewing machine motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8417170A FR2573261A1 (en) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | Method and device for regulating the speed of a DC motor, in particular a sewing machine motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2573261A1 true FR2573261A1 (en) | 1986-05-16 |
Family
ID=9309470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8417170A Pending FR2573261A1 (en) | 1984-11-12 | 1984-11-12 | Method and device for regulating the speed of a DC motor, in particular a sewing machine motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2573261A1 (en) |
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