FR2641141A1 - Process for varying speed for two-phase asynchronous squirrel-cage motor and device for implementing the process - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de variation de vitesse pour un moteur asynchrone diphasé à cage d'écureuil. The present invention relates to a speed variation method for a two-phase asynchronous squirrel cage motor.
L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. The invention also relates to a device for implementing the method.
Les moteurs asynchrones à cage d'écureuil sont très appréciés pour leur faible coût et leur robustesse du fait de l'absence de collecteurs et d'aimants. En revanche, lorsqu'il s'agit de faire varier leur vitesse, ils nécessitent un convertisseur beaucoup plus coûteux que celui des moteurs à courant continu et synchrones autopilotés. Asynchronous squirrel cage motors are very appreciated for their low cost and robustness due to the absence of collectors and magnets. On the other hand, when it comes to varying their speed, they require a much more expensive converter than that of DC motors and synchronous autopilot.
Les procédés actuels de variation de vitesse de moteur asynchrone & cage d'écureuil consistent
- soit à alimenter le moteur à fréquence fixe, en général la fréquence du réseau industriel, et à tension statorique variable au moyen, par exemple d'un gradateur,
- soit à régler simultanément tension et fréquence d'alimentation en conservant un rapport tension/fréquence constant.Current methods of asynchronous motor speed variation & squirrel cage consist
to supply the fixed frequency motor, generally the frequency of the industrial network, and with variable stator voltage by means of, for example, a dimmer,
- To simultaneously adjust voltage and frequency of supply maintaining a constant voltage / frequency ratio.
Le premier procédé présente deux inconvénients majeurs que sont l'impossibilité de dépasser la vitesse de synchronisme (avec un moteur comportant deux pôles et alimentés à une fréquence de 50 Hz, on ne peut dépasser 3000 tours/minute) et la diminution du couple maximal proportionnelle au carré de la tension d'alimentation. The first method has two major drawbacks that are the impossibility of exceeding the speed of synchronism (with a motor having two poles and powered at a frequency of 50 Hz, we can not exceed 3000 revolutions / minute) and the decrease of the maximum proportional torque squared of the supply voltage.
Le second procédé nécessite un circuit électronique d'alimentation complexe, tel qu'un onduleur autonome, mais permet de fonctionner à des fréquences élevées, supérieures à 50 Hz, fréquence du réseau industriel et donc & des vitesses élevées,supérieures à 3000 tours/minute. I1 utilise généralement pour le réglage de la tension et de la fréquence, la technique bien connue de modulation de largeur d'impulsions sinusoïdale, qui permet d'obtenir, à partir d'une source de tension continue, une tension découpée présentant un fondamental de tension à la fréquence désirée et des harmoniques non nuls à des fréquences beaucoup plus élevées. Les brevets français 2 599 196, européens 0009783 et 0086650 décrivent ainsi des systèmes d'alimentation de moteurs asynchrones mettant en oeuvre la technique de modulation de largeur d'impulsions. The second method requires a complex electronic supply circuit, such as a stand-alone inverter, but allows operation at high frequencies, above 50 Hz, frequency of the industrial network and therefore at high speeds, greater than 3000 revolutions / minute. . I1 generally uses for the adjustment of the voltage and the frequency, the well-known sinusoidal pulse width modulation technique, which makes it possible to obtain, from a DC voltage source, a cut voltage having a fundamental of voltage at the desired frequency and non-zero harmonics at much higher frequencies. French patents 2,599,196, Europeans 0009783 and 0086650 thus describe asynchronous motor supply systems using the pulse width modulation technique.
Des fréquences de découpage de l'ordre de plusieurs kHz sont généralement utilisées pour permettre un lissage suffisant du courant dans le moteur mais avec pour inconvénient de générer un bruit acoustique de niveau élevé dans un domaine particulièrement sensible à l'oreille L'idéal serait d'effectuer un découpage à fréquence ultrasonore avec l'inconvénient de rendre plus complexe le convertisseur d'alimentation.Switching frequencies of the order of several kHz are generally used to allow sufficient smoothing of the current in the motor but with the disadvantage of generating a high level of acoustic noise in a particularly sensitive area of the ear. perform an ultrasonic frequency cutting with the disadvantage of making more complex the power converter.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de variation de vitesse pour un moteur asynchrone diphasé à cage d'écureuil comportant deux premier et second enroulements statoriques en quadrature et présentant un rapport tension/fréquence nominal prédéterminé. The object of the invention is to overcome these drawbacks by proposing a speed variation method for a squirrel cage two-phase asynchronous motor comprising two first and second stator windings in quadrature and having a predetermined nominal voltage / frequency ratio.
Suivant l'invention, ce procédé comprend
- une étape de sélection d'une vitesse de synchronisme et donc d'une fréquence de synchronisme et d'une période électrique de synchronisme associées,
- une étape cyclique d'alimentation électrique dudit premier enroulement avec, sur une période électrique,
- une tension continue positive prédéterminée, pendant une durée de conduction prédéterminée,
- une tension nulle, pendant une durée de nonconduction égale à la différence entre une moitié de ladite période de synchronisme et ladite première durée de conduction prédéterminée,
- une tension continue négative de module égal à celui de ladite tension continue positive prédéterminée, pendant une durée de conduction égale à ladite durée de conduction prédéterminée,
- une tension nulle, pendant le reste de ladite période électrique, de durée égale à ladite durée de nonconduction,
- une étape cyclique d'alimentation électrique dudit second enroulement identique à ladite étape précédente, décalée temporellement d'un quart de ladite période électrique prédéteminée, l'ordre de succession initial desdites étapes cycliques d'alimentation électrique respectivement desdits premier et second enroulements déterminant le sens de rotation de ladite machine, ladite durée de conduction prédéterminée et ladite tension continue prédéterminée étant préalablement choisies de sorte que leur produit est sensiblement égal à une fraction prédéterminée dudit rapport tension/fréquence nominal prédéterminé.According to the invention, this process comprises
a step of selecting a synchronism speed and therefore a synchronism frequency and an associated electrical synchronism period,
a cyclic step of supplying power to said first winding with, over an electric period,
a predetermined positive DC voltage, during a predetermined conduction period,
a zero voltage, during a duration of nonconduction equal to the difference between one half of said synchronism period and said first predetermined conduction duration,
a module negative DC voltage equal to that of said predetermined positive DC voltage, during a conduction duration equal to said predetermined conduction duration,
a zero voltage, during the remainder of said electric period, of duration equal to said duration of nonconduction,
a cyclic power supply step of said second winding, identical to said preceding step, temporally offset by a quarter of said predefined electric period, the initial order of succession of said cyclic power supply steps respectively of said first and second windings determining the the direction of rotation of said machine, said predetermined conduction time and said predetermined DC voltage being previously selected so that their product is substantially equal to a predetermined fraction of said predetermined nominal voltage / frequency ratio.
Ainsi, avec le procédé conforme à l'invention, la variation de vitesse d'un moteur asynchrone diphasé à cage d'écureuil est obtenue sans les inconvénients précités. En effet, la vitesse de synchronisme devient paramètre de réglage et le rapport tension/fréquence nominal est maintenu au cours de la variation de vitesse, ce qui assure un fonctionnement électromagnétique correct du moteur. Thus, with the method according to the invention, the speed variation of a two-phase asynchronous squirrel cage motor is obtained without the aforementioned drawbacks. Indeed, the synchronism speed becomes setting parameter and the nominal voltage / frequency ratio is maintained during the speed variation, which ensures proper electromagnetic operation of the engine.
En outre, le découpage de tension est effectuée à une fréquence égale au double de la fréquence électrique mais de toute façon très inférieure aux fréquences usuellement pratiquées dans les procédés antérieurs, ce qui conduit à une conception moins complexe des convertisseurs et à des pertes moindres dans les composants de commutation. In addition, the voltage breakdown is performed at a frequency equal to twice the electrical frequency but in any case much lower than the frequencies usually used in the previous methods, which leads to a less complex design converters and less losses in switching components.
Dans une version préférée de l'invention, l'étape de sélection de la vitesse de synchronisme est réalisée à un instant quelconque lors des étapes cycliques d'alimentation. In a preferred version of the invention, the step of selecting the synchronism speed is performed at any time during the cyclic supply steps.
Le dispositif de variation de vitesse pour moteur asynchrone diphasé à cage d'écureuil comportant deux premier et second enroulements en quadrature et présentant un rapport tension/fréquence nominal prédéterminé, mettant en oeuvre le procédé conforme a l'invention, comprend
- des moyens d'alimentation continue pour délivrer en sortie une énergie électrique sous une tension continue prédéterminée,
- des moyens onduleurs pour alimenter respectivement lesdits premier et second enroulements avec une première et seconde formes d'ondes de tension, reliés d'une part auxdits moyens d'alimentation continue et d'autre part auxdits premier et second enroulements,
- des moyens de contrôle et de traitement pour traiter des informations et des ordres issus de capteurs de contrôle et de moyens de commande, et générer des signaux de commande à destination desdits moyens onduleurs,
- des moyens d'interface, reliés d'une part, auxdits moyens de contrôle et de traitement et, d'autre part, auxdits moyens onduleurs pour adapter et isoler galvaniquement lesdits signaux de commande issus desdits moyens de contrôle et de traitement auxdits moyens onduleurs et,
- des moyens pour sélectionner une vitesse de synchronisme, et donc une fréquence et une période électriques associées, reliés auxdits moyens de contrôle et de traitement.The speed variation device for squirrel-cage two-phase asynchronous motor having two first and second quadrature windings and having a predetermined nominal voltage / frequency ratio, implementing the method according to the invention, comprises
continuous supply means for outputting electrical energy at a predetermined DC voltage,
inverter means for respectively supplying said first and second windings with first and second voltage waveforms, connected on the one hand to said continuous supply means and on the other hand to said first and second windings,
control and processing means for processing information and commands from control sensors and control means, and generating control signals for said inverter means,
interface means, connected on the one hand to said control and processing means and, on the other hand, to said inverter means for adapting and galvanically isolating said control signals from said control and processing means to said inverter means and,
means for selecting a synchronism speed, and therefore a frequency and an associated electrical period, connected to said control and processing means.
Suivant l'invention, lesdits moyens onduleurs comprennent deux premier et second ponts complets, indépendants et associés respectivement auxdits premier et second enroulements, chacun desdit ponts complets alimentant un enroulement et étant du type comportant
- des premier et second bras comprenant respectivement des premiers et seconds moyens de commutation bidirectionnelle contrôlée supérieurs et respectivement des premiers et seconds moyens de commutation bidirectionnelle contrôlée inférieurs, lesdits premiers moyens de commutation supérieurs et inférieurs, d'une part, et lesdits seconds moyens de commutation supérieurs et inférieurs, d'autre part, étant reliés en série respectivement en des premier et second points de jonction, lesdits premier et second bras étant reliés en parallèle sur la sortie desdits moyens d'alimentation continue, et lesdits premier et second points de jonction étant respectivement reliés à des première et seconde bornes dudit enroulement et lesdits premier et second ponts mettent en oeuvre respectivement lesdits première et seconde étapes cycliques d'alimentation.According to the invention, said inverter means comprise two first and second complete bridges, independent and associated respectively with said first and second windings, each of said complete bridges feeding a winding and being of the type comprising
first and second arms respectively comprising first and second upper controlled bidirectional switching means and respectively lower first and second lower controlled switching means, said first upper and lower switching means, on the one hand, and said second means of switching, switching upper and lower, on the other hand, being connected in series respectively to first and second junction points, said first and second arms being connected in parallel to the output of said continuous supply means, and said first and second points of junction being respectively connected to first and second terminals of said winding and said first and second bridges respectively implement said first and second cyclic supply steps.
Ainsi, le dispositif de variation de vitesse mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention présente une structure de puissance très simple comportant deux onduleurs en pont complet indépendants associés respectivement aux deux enroulements du moteur alimenté. Thus, the speed variation device implementing the method according to the invention has a very simple power structure comprising two independent full bridge inverters associated respectively with the two windings of the powered motor.
Chaque onduleur est soumis à une étape cyclique d'alimentation distincte. La commande des moyens onduleurs s'avère particulièrement simplifiée par rapport à celles des dispositifs de variation de vitesse de l'art antérieur.Each inverter is subjected to a separate power cycle. The control of the inverter means is particularly simplified compared with those of the speed variation devices of the prior art.
Suivant une version préférée de l'invention, lesdits moyens de contrôle et de traitement sont agencés pour commander lesdits premier et second ponts complets via lesdits moyens d'interface de sorte que ladite première forme d'onde comporte des créneaux de tension bidirectionnels de durée prédéterminée, de fréquence égale à ladite fréquence de synchronisme, ladite seconde forme d'onde étant semblable à ladite première forme d'onde décalée temporellement d'un quart de ladite période électrique, l'ordre de succession desdites première et seconde formes d'onde déterminant le sens de rotation de la machine. According to a preferred version of the invention, said control and processing means are arranged to control said first and second complete bridges via said interface means so that said first waveform comprises bidirectional voltage slots of predetermined duration. , of frequency equal to said synchronism frequency, said second waveform being similar to said first waveform shifted temporally by a quarter of said electrical period, the order of succession of said first and second waveforms determining the direction of rotation of the machine.
La génération des signaux de commande des premier et second ponts complets est ainsi assurée par les moyens de contrôle et de traitement. Ceci est rendu possible par le fait que la fréquence de découpage de la tension est suffisamment faible pour permettre un traitement en temps réel par les moyens de contrôle et de traitement, à la différence des dispositifs de l'art antérieur pour lesquels l'emploi de fréquences de découpage élevées, supérieures à lkHz, rend difficile ou impossible le traitement direct par des moyens de contrôle et de traitement. The generation of control signals of the first and second complete bridges is thus provided by the control and processing means. This is made possible by the fact that the switching frequency of the voltage is sufficiently low to allow real-time processing by the control and processing means, unlike the devices of the prior art for which the use of high switching frequencies above 1 kHz makes direct treatment difficult or impossible by means of control and treatment.
Suivant une réalisation préférée de l'invention, lesdits moyens d'interface comprennent pour chacun desdits premier et second ponts complets,
- des moyens de protection contre une éventuelle conduction simultanée soit des premiers moyens de commutation inférieurs et supérieurs dudit premier bras, soit des seconds moyens de commutation inférieurs et supérieurs dudit second bras, reliés auxdits moyens de contrôle et de traitement,
- des moyens pour isoler lesdits moyens de contrôle et de traitement et lesdits moyens de protection desdits onduleurs et pour commander lesdits premiers et seconds moyens de commutation supérieurs et inférieurs à partir desdits signaux de commande issus desdits moyens de contrôle et de traitement.According to a preferred embodiment of the invention, said interface means comprise for each of said first and second complete bridges,
means of protection against a possible simultaneous conduction of either the first lower and upper switching means of said first arm, or second lower and upper switching means of said second arm, connected to said control and processing means,
- Means for isolating said control and processing means and said protection means of said inverters and for controlling said first and second upper and lower switching means from said control signals from said control and processing means.
Ainsi, tout risque de mise en court-circuit des moyens d'alimentation continue par conduction simultanée des moyens de commutation inférieurs et supérieurs correspondant est écarté. En outre, une isolation de la partie commande vis à vis de la partie puissance est assurée. Thus, any risk of short-circuiting the continuous supply means by simultaneous conduction of the corresponding lower and upper switching means is discarded. In addition, insulation of the control part with respect to the power section is ensured.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description ci-après. Other features and advantages of the invention will appear in the description below.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs
- la figure 1 est un schéma général de principe du dispositif variateur de vitesse conforme à l'invention,
- la figure 2 est un schéma simplifié d'un onduleur en pont de structure classique utilisé dans le dispositif conforme à l'invention,
- la figure 2a illustre un exemple de commutateur utilisé dans une réalisation effective de l'invention,
- la figure 3 est un chronogramme illustrant les commandes appliquées aux différents commutateurs de l'onduleur représenté en figure 2, selon la procédé conforme å l'invention, ainsi que la forme d'onde de tension appliquée à l'un des enroulements du moteur asynchrone diphasé.In the accompanying drawings, given by way of non-limiting examples
FIG. 1 is a general block diagram of the speed variator device according to the invention,
FIG. 2 is a simplified diagram of a bridge inverter of conventional structure used in the device according to the invention,
FIG. 2a illustrates an example of a switch used in an actual embodiment of the invention,
FIG. 3 is a timing diagram illustrating the commands applied to the various switches of the inverter shown in FIG. 2, according to the method according to the invention, as well as the voltage waveform applied to one of the windings of the motor; asynchronous two-phase.
- la figure 3a illustre un détail de la commande visant & assurer la sureté de fonctionnement des composants de l'onduleur représenté à la figure 2,
- la figure 4 est le chronogramme des formes d'onde de tension appliquées respectivement au premier et second enroulements en quadrature d'une machine asynchrone diphasée,
- la figure 5 représente les caractéristiques couple/vitesse respectives du moteur asynchrones et d'une charge donnée,
- la figure 6 est un schéma électrique du module d'alimentation de puissance continue équipant le dispositif conforme à l'invention,
- la figure 7a est un schéma électrique d'un des modules interfaces d'isolation et de commande des commutateurs inférieurs des bras des onduleurs du dispositif conforme à l'invention,
- la figure 7b est un schéma électrique d'un des modules interfaces d'isolation et de commande des commutateurs supérieurs des bras des onduleurs du dispositif conforme à l'invention,
- la figure 8 est un schéma électrique d'une partie du module de protection de bras de pont équipant le dispositif conforme à l'invention.FIG. 3a illustrates a detail of the control aimed at ensuring the reliability of operation of the components of the inverter represented in FIG. 2,
FIG. 4 is the timing diagram of the voltage waveforms applied respectively to the first and second quadrature windings of a two-phase asynchronous machine,
FIG. 5 represents the respective torque / speed characteristics of the asynchronous motor and of a given load,
FIG. 6 is an electrical diagram of the continuous power supply module fitted to the device according to the invention,
FIG. 7a is an electrical diagram of one of the interface modules for isolating and controlling the lower switches of the inverter arms of the device according to the invention,
FIG. 7b is an electrical diagram of one of the interface modules for isolating and controlling the upper switches of the inverter arms of the device according to the invention,
- Figure 8 is a circuit diagram of a portion of the bridge arm protection module fitted to the device according to the invention.
Le dispositif de variation de vitesse 1 conforme à l'invention comprend globalement, en référence à la figure 1:
- une partie "puissance" 4 de mise en forme de l'énergie fournie par le réseau 5 et d'alimentation d'un moteur asynchrone diphasé 2, et
- une partie "commande" 3 qui assure le traitement d'informations analogiques et numériques et délivre des signaux de commande à la partie "puissance" 4.The speed variation device 1 according to the invention generally comprises, with reference to FIG.
a "power" part 4 for shaping the energy supplied by the network 5 and supplying a two-phase asynchronous motor 2, and
a "control" part 3 which processes analog and digital information and delivers control signals to the "power" part 4.
La partie "puissance" 4 comprend un système d'alimentation en tension continue 6 comportant classiquement un redresseur, un filtre, un relais de mise sous tension et des protections contre les surtensions. Il est relié, en entrée, au réseau électrique secteur 5 via un fusible 44 et, en sortie, à deux onduleurs en pont 7, 8 indépendants reliés en parallèle par les lignes 9, 10. The "power" part 4 comprises a DC voltage supply system 6 conventionally comprising a rectifier, a filter, a power-on relay and overvoltage protections. It is connected, as input, to the mains 5 via a fuse 44 and, at the output, to two independent bridge inverters 7, 8 connected in parallel by the lines 9, 10.
Chaque onduleur 7, 8 alimente une phase 24, 25 du moteur asynchrone 2, via respectivement les paires de conducteurs 29, 30 et 27, 28. Chaque enroulement 24i 25 voit passer un courant I1, Iz sous une tension ui, U2. Each inverter 7, 8 supplies a phase 24, 25 of the asynchronous motor 2, respectively via the pairs of conductors 29, 30 and 27, 28. Each winding 24i 25 passes a current I1, Iz under a voltage ui, U2.
Le moteur asynchrone 2 entraîne une charge résistante 200, par exemple une turbine d'aspiration, à la vitesse n. Asynchronous motor 2 drives a resistive load 200, for example a suction turbine, at speed n.
La partie "commande" 3 comprend des moyens de contrôle et de traitement 13, par exemple un système numérique organisé autour d'un microprocesseur 8 bits du type INTEL 8085 et de ses périphériques selon une structure connue. Une mémoire morte contient le programme mettant en oeuvre le procédé. Les moyens de contrôle et de traitement 13 reçoivent des informations
- d'un détecteur de courant 31 placé via les conducteurs 32, 33 dans le circuit électrique d'un appareil extérieur (non représenté) associé au moteur diphasé 2, pour déterminer l'instant de démarrage et la mise en service du dispositif de variation de vitesse,
- d'un convertisseur analogique/numérique 14 dont l'entrée analogique est reliée à un potentiomètre 15, pour sélectionner une vitesse de synchronisme,
- d'un bouton-poussoir 16 de mise en marche, pour une mise en service locale du dispositif de variation de vitesse,
- d'un détecteur 17 de surchauffe assurant la protection thermique du moteur asynchrone 2.The "control" part 3 comprises control and processing means 13, for example a digital system organized around an 8-bit microprocessor of the INTEL 8085 type and its peripherals according to a known structure. A read-only memory contains the program implementing the method. The control and processing means 13 receive information
a current detector 31 placed via the conductors 32, 33 in the electrical circuit of an external device (not shown) associated with the two-phase motor 2, to determine the starting time and the putting into service of the variation device of speed,
an analog / digital converter 14 whose analog input is connected to a potentiometer 15, in order to select a synchronism speed,
- A push button 16 for starting, for a local commissioning of the speed variation device,
an overheating detector 17 providing thermal protection for the asynchronous motor 2.
Ils sont en outre alimentés via une ligne 19 par un convertisseur de tension continue.régulée 23 dont l'entrée alternative est reliée aux lignes 5 du réseau électrique. They are also fed via a line 19 by a DC voltage regulator 23 whose alternative input is connected to the lines 5 of the electrical network.
Les moyens de contrôle et de traitement 13 délivrent, en fonction des informations traitées, des signaux de commande qui transitent en premier lieu par des moyens de protection 12 adaptés à la protection contre la conduction simultanée des commutateurs d'un même bras dans les onduleurs 7, 8, puis sont mis en forme et isolés dans une interface d'isolation et de commande 11 relié directement à chacun des commutateurs composant les deux onduleurs 7, 8. The control and processing means 13 deliver, as a function of the information processed, control signals which pass firstly by protection means 12 adapted to the protection against the simultaneous conduction of the switches of the same arm in the inverters 7 , 8, then are shaped and isolated in an isolation and control interface 11 connected directly to each of the switches making up the two inverters 7, 8.
Les moyens de protection 12 et l'interface d'isolation et de commande 11 sont aussi alimentés par le convertisseur de tension continue régulée 23 respectivement via les conducteurs 21 et 22. The protection means 12 and the isolation and control interface 11 are also powered by the regulated DC voltage converter 23 respectively via the conductors 21 and 22.
Les moyens de contrôle et de traitement 13 délivrent en outre un signal indiquant une situation de disjonction thermique, alimentant par exemple, une diode électroluminescente 18 et un signal de commande du relais du système d'alimentation 6 via la ligne 20. The control and processing means 13 furthermore deliver a signal indicating a thermal disjunction situation, supplying, for example, a light-emitting diode 18 and a control signal of the relay of the supply system 6 via the line 20.
Chaque onduleur 7, 8 est de préférence réalisé suivant la technique classique du pont en H ou pont complet illustrée par la figure 2. Ce pont est constitué de quatre commutateurs à conduction bidirectionnelle contrôlée K1, K2, K3, K4 organisés en deux bras B1, B2 comportant chacun deux commutateurs reliés en série, K1, K2 ; K4, K3 ; les deux bras B1, B2 sont reliés en parallèle sur une source de tension continue V. Each inverter 7, 8 is preferably made according to the conventional technique of the H bridge or complete bridge illustrated in Figure 2. This bridge consists of four controlled bidirectional conduction switches K1, K2, K3, K4 organized in two arms B1, B2 each having two switches connected in series, K1, K2; K4, K3; the two arms B1, B2 are connected in parallel to a DC voltage source V.
Les points de jonction As, Ao respectifs des commutateurs en série dans chaque bras B1, B2 sont reliés aux bornes de l'enroulement alimenté 24, 25. The respective junction points As, Ao of the switches in series in each arm B1, B2 are connected across the terminals of the energized winding 24, 25.
Chaque commutateur K1, K2, K3, K4 comprend un commutateur monodirectionnel et une diode montés en antiparallèle. Dans une forme de réalisation effective de l'invention, les commutateurs K1, K2, K3, K4 sont des transistors MOS 200 munis de leurs diodes internes 201 (voir figure 2a). Each switch K1, K2, K3, K4 comprises a monodirectional switch and a diode mounted in antiparallel. In an effective embodiment of the invention, the switches K1, K2, K3, K4 are MOS transistors 200 provided with their internal diodes 201 (see Figure 2a).
Les moyens de contrôle et de traitement 13 délivrent, selon le procédé conforme à l'invention, des signaux de commande des commutateurs K1-K4 adaptés de sorte que chaque l'enroulement 24, 25 du moteur asynchrone soit soumis à une forme d'onde de tension de type créneau bidirectionnel. The control and processing means 13 deliver, according to the method according to the invention, control signals of the switches K1-K4 adapted so that each winding 24, 25 of the asynchronous motor is subjected to a waveform bidirectional slot type voltage.
La figure 3 représente les chronogrammes simplifiés des commandes logiques appliquées respectivement aux commutateurs K1, K2, K3 et K4, ainsi que la forme d'onde u correspondante. FIG. 3 represents the simplified timing diagrams of the logic commands applied respectively to the switches K1, K2, K3 and K4, as well as the corresponding u waveform.
Ainsi, la grille du commutateur R1 est soumise à des créneaux de tension périodiques de rapport cyclique 1/2 sur une première démi-période électrique, 0, T/2], le commutateur K1 est passant tandis que durant l'autre demipériode, il est maintenu bloqué. Le commutateur K2 est commandé en mode complémentaire de-celui du commutateur K1. Thus, the gate of the switch R1 is subjected to cyclic half-cycle periodic voltage slots on a first half electric period, 0, T / 2], the switch K1 is passing while during the other half, it is kept blocked. The switch K2 is controlled in complementary mode to that of the switch K1.
Le commutateur K3 est soumis à des créneaux de tension périodiques de rapport cyclique S décalés d'une durée td par rapport aux créneaux auxquels K1 est soumis, tandis que le commutateur K4 est soumis à des créneaux complémentaires de ceux auxquels le commutateur K3 est soumis. The switch K3 is subjected to cyclic duty cycle periodic voltage slots S offset by a duration td with respect to the slots to which K1 is subjected, while the switch K4 is subjected to slots complementary to those to which the switch K3 is subjected.
Si le début d'un créneau K1 est pris comme instant de référence t = 0, pendant un laps de temps td, les commutateurs K1 et K4 sont passants tandis que les commutateurs K2 et K3 sont bloqués. L'enroulement de charge 24, 25 est soumis à une tension u nulle. A l'instant t = td, le commutateur K3 devient passant tandis que le commutateur
K4 se bloque, et l'enroulement de charge est alors soumis à la tension continue U aux chutes de tension dans les commutateurs K1, K3 près. Cette application de tension positive a lieu pendant une durée tx égale à T/2 - td. A l'instant t = T/2, les signaux de commande délivré par les moyens de contrôle et de traitement 13 sont tels que le commutateur K1 devient bloqué tandis que le commutateur K2 devient passant.La tension appliquée à l'enroulement de charge est de nouveau nulle jusqu'à l'instant t = T/2 + td auquel le commutateur K4 devient passant et le commutateur
K3 se bloque. L'enroulement de charge est alors soumis à une tension continue négative -U pendant une durée tx.If the beginning of a slot K1 is taken as reference time t = 0, for a period of time td, the switches K1 and K4 are on while the switches K2 and K3 are blocked. The load winding 24, 25 is subjected to a voltage u zero. At time t = td, the switch K3 turns on while the switch
K4 locks up, and the load winding is then subjected to DC voltage U at voltage drops in switches K1, K3 near. This positive voltage application takes place for a duration tx equal to T / 2 - td. At time t = T / 2, the control signals delivered by the control and processing means 13 are such that the switch K1 becomes blocked while the switch K2 becomes on. The voltage applied to the load winding is again zero until the instant t = T / 2 + td at which the switch K4 turns on and the switch
K3 hangs. The charge winding is then subjected to a negative DC voltage -U for a time tx.
On obtient ainsi la forme d'onde de tension périodique u appliquée à l'enroulement de charge, telle que représentée à la figure 3. This gives the periodic voltage waveform u applied to the load winding, as shown in FIG.
Pour arrêter le moteur, la procédure de commande des interrupteurs consiste à mettre en conduction soit tous les commutateurs supérieurs, soit tous les commutateurs inférieurs. To shut down the motor, the switch control procedure is to turn on either all upper switches or all lower switches.
Il est connu qu'une commutation simultanée de deux commutateurs d'un même bras entraîne des risques importants de destruction de ce bras. Pour éviter ces problèmes, il est prévu un temps mort to avant chaque mise en conduction d'un commutateur, comme l'illustre la figure 3a, dans le cas de la paire de commutateurs K1, k2, du bras BI de l'onduleur 7, 8 de la figure 2. It is known that simultaneous switching of two switches of the same arm entails significant risks of destruction of this arm. To avoid these problems, a dead time is provided before each switching on of a switch, as shown in FIG. 3a, in the case of the pair of switches K1, k2, of the arm BI of the inverter. , 8 of Figure 2.
Ce qui vient d'être décrit pour un onduleur concerne aussi l'autre onduleur du dispositif de variation de vitesse conforme à l'invention, chaque onduleur 7, 8 étant soumis à des formes d'onde identiques ut, uz mais décalées temporellement d'un quart de période électrique, en référence à la figure 4. What has just been described for one inverter also relates to the other inverter of the speed variation device according to the invention, each inverter 7, 8 being subjected to identical waveforms ut, uz but temporally offset by a quarter of an electric period, with reference to FIG.
Ce décalage temporel correspond à l'agencement en quadrature des deux enroulements 24, 25 du moteur asynchrone diphasé utilisé pour la variation de vitesse. This time offset corresponds to the quadrature arrangement of the two windings 24, 25 of the two-phase asynchronous motor used for the variation of speed.
L'ordre de succession des deux forme d'ondes ui uz détermine le sens de rotation du moteur 2. Ainsi, dans le cas illustré à la figure 4, l'onde de tension un est en avance sur l'onde ui d'un angle électrique égal à n/4. Le sens de rotation du champ tournant créé dans l'entrefer du moteur 2, sera alors, en référence à la figure 1, le sens trigonométrique inverse. Une inversion du signe de déphasage des ondes de tension conduirait à un changement de sens de rotation. The order of succession of the two waveforms ui uz determines the direction of rotation of the motor 2. Thus, in the case illustrated in FIG. 4, the voltage wave one is in advance on the wave ui of a electric angle equal to n / 4. The direction of rotation of the rotating field created in the gap of the motor 2, will then, with reference to FIG. 1, the inverse trigonometrical direction. An inversion of the phase shift sign of the voltage waves would lead to a change of direction of rotation.
Le moteur asynchrone 2 employé est de préférence un moteur à rotor un cage d'écureuil de conception bien connue de l'art antérieur. The asynchronous motor 2 employed is preferably a rotor motor, a squirrel cage of a design well known in the art.
L'amplitude de la composante fondamentale ou premier harmonique des ondes de tension appliquée est
U1M =4U.sin (2tx.. ) (1)
T 2
T
avec tx = ~~~ - td (2)
2
Lorsque td = 0, l'onde de tension ui , u2 est une onde de créneaux bidirectionnels et l'amplitude du premier harmonique est Utn = 4U
n
Lorsque td = n/2 valeur maximale, la tension appliquée aux enroulements 24, 25 est nulle. Le réglage du décalage td et donc de la durée de créneau tx permet de faire varier l'amplitude du premier harmonique et de l'onde de tension us, U2. Or, par principe, un moteur asynchrone fonctionne de façon optimale lorsque le rapport tension/fréquence, homogène à un flux, est maintenu constant à une valeur prédéterminée qui dépend essentiellement des caractéristiques constructives électromagnétiques du moteur considéré.The amplitude of the fundamental or first harmonic component of the applied voltage waves is
U1M = 4U.sin (2tx ..) (1)
T 2
T
with tx = ~~~ - td (2)
2
When td = 0, the voltage wave ui, u2 is a bidirectional slot wave and the amplitude of the first harmonic is Utn = 4U
not
When td = n / 2 maximum value, the voltage applied to the windings 24, 25 is zero. The adjustment of the offset td and therefore of the slot duration tx makes it possible to vary the amplitude of the first harmonic and of the voltage wave us, U2. However, in principle, an asynchronous motor operates optimally when the voltage / frequency ratio, homogeneous to a flux, is kept constant at a predetermined value which depends essentially on the electromagnetic constructive characteristics of the engine in question.
Par ailleurs, seul le premier harmonique contribue à la conversion d'énergie électromécanique, les autres harmoniques étant générateurs de pertes, de bruit accoustique. Moreover, only the first harmonic contributes to the conversion of electromechanical energy, the other harmonics being generators of losses, of acoustic noise.
Dans le cas précis d'un moteur alimenté par des formes d'onde non sinusoïdales telles que celles utilisées dans le procédé conforme à l'invention, c'est le rapport
U1M - amplitude du ler harmonique qui conditionne le bon fonctionnement
f fréquence électromagnétique du moteur.In the specific case of a motor powered by non-sinusoidal waveforms such as those used in the process according to the invention, it is the ratio
U1M - amplitude of the first harmonic which conditions the good functioning
f electromagnetic frequency of the motor.
Si on considère l'approximation suivante sin x (3)
# II
L on obtient : U1M e ## 2tx T = V.2tx (4)
u.
If we consider the following approximation sin x (3)
# II
We obtain: U1M e ## 2tx T = V.2tx (4)
u.
f T #r
<tb> f <SEP> <SEP>
<tb> est le rapport tension nominal du moteur considéré,
fréquence il faut satisfaire la condition
<tb> is the nominal voltage ratio of the considered motor,
Frequency must satisfy the condition
<tb> U1M <SEP> = <SEP> U.2.tx <SEP> = <SEP> -- <SEP> cte <SEP> (5)
<tb> <SEP> f <SEP> f0 <SEP>
<tb>
Il faut d'ailleurs noter que la quantité Utx correspond précisément à la variation de flux dans un enroulement soumis à une tension +v pendant un temps tx.<tb> U1M <SEP> = <SEP> U.2.tx <SEP> = <SEP> - <SEP><SEP> (5)
<tb><SEP> f <SEP> f0 <SEP>
<Tb>
It should also be noted that the quantity Utx corresponds precisely to the variation of flux in a winding subjected to a voltage + v for a time tx.
Il suffit donc de maintenir au cours de la variation de vitesse U et tx constants et d'agir uniquement sur la période électrique T, le flux dans chaque enroulement présentant alors une forme d'onde trapézoïdale lorsque les tensions d'alimentation ul , uz sont telles que représentées a la figure 4. It is therefore sufficient to maintain during the constant speed variation U and tx and to act only on the electrical period T, the flux in each winding then having a trapezoidal waveform when the supply voltages u1, uz are as shown in Figure 4.
Si fmax est la fréquence maximale, alors on choisira
tx = ~~~~~~~~~ (6).If fmax is the maximum frequency, then we will choose
tx = ~~~~~~~~~ (6).
2fmax
Avec un rapport tension/fréquence constant, les caractéristiques couple/vitesse du moteur dépendent de la période électrique choisie T et donc de la vitesse de synchronisme associée N avec N = 60/Tp (tours/minute), où P est le nombre de paires de pôles du bobinage statorique du moteur.2fmax
With a constant voltage / frequency ratio, the torque / speed characteristics of the motor depend on the selected electrical period T and therefore on the associated synchronous speed N with N = 60 / Tp (revolutions / minute), where P is the number of pairs of poles of the stator winding of the motor.
La figure 5 illustre cette dépendance : les courbes 40, 41 correspondent respectivement aux vitesses de synchronisme No et N1, pour un même rapport tension/fréquence. Si la courbe 42 représente la caractéristique de couple de la charge 200, les points de fonctionnement 43' et 43 correspondent respectivement aux choix des vitesses de synchronisme No et N1. Dans le cas du point de fonctionnement 43, il correspond au couple maximal que peut fournir le moteur et à la frontière de stabilité de fonctionnement, la zone de vitesse située à gauche du point de fonctionnement 43 étant instable. FIG. 5 illustrates this dependence: the curves 40, 41 correspond respectively to the synchronism speeds No and N1, for the same voltage / frequency ratio. If the curve 42 represents the torque characteristic of the load 200, the operating points 43 'and 43 respectively correspond to the choices of the synchronism speeds No and N1. In the case of the operating point 43, it corresponds to the maximum torque that can provide the engine and the operating stability boundary, the speed zone to the left of the operating point 43 being unstable.
Le système d'alimentation continue 6 comporte selon des techniques bien connues un pont redresseur à diodes 46 dont l'entrée est reliée aux bornes Al, A2 du réseau via un fusible 44 et à une varistance 45, montée en parallèle sur ladite entrée, une cellule de filtrage comprenant une résistance 48 et un condensateur 47 montés tous deux en parallèle sur la sortie du pont redresseur 46, un interrupteur à relais 52 commandé par la bobine 49 relié aux moyens de contrôle et de traitement 13 par les conducteurs 20, en référence à la figure 1, dont un premier contact est relié à la cellule de filtrage 47, 48 et l'autre contact a une varistance 50 montée en parallèle avec un condensateur 51. La sortie de tension continue du système 6 correspond précisément à la borne de jonction du condensateur 51 et de la varistance 50. The DC power supply system 6 comprises, according to well-known techniques, a diode rectifier bridge 46 whose input is connected to the network terminals A1, A2 via a fuse 44 and to a varistor 45, connected in parallel with said input, a filtering cell comprising a resistor 48 and a capacitor 47 mounted both in parallel on the output of the rectifier bridge 46, a relay switch 52 controlled by the coil 49 connected to the control and processing means 13 by the conductors 20, with reference in Figure 1, a first contact is connected to the filter cell 47, 48 and the other contact has a varistor 50 connected in parallel with a capacitor 51. The DC voltage output of the system 6 corresponds precisely to the terminal of junction of the capacitor 51 and the varistor 50.
La commande du relais 49, 52 par les moyens de contrôle et de traitement 13 permet de n'appliquer la tension U aux onduleurs 7, 8 que lorsqu'un ordre de démarrage a été détecté. The control of the relay 49, 52 by the control and processing means 13 makes it possible to apply the voltage U to the inverters 7, 8 only when a start command has been detected.
Dans la forme de réalisation effective de l'invention, les commutateurs des onduleurs 7, 8 sont des transistors MOS canal N. In the actual embodiment of the invention, the switches of the inverters 7, 8 are N-channel MOS transistors.
Pour chaque onduleur, les transistors MOS inférieurs K2, K3 ont leurs sources communes. Il est ainsi possible de les commander avec la même référence d'alimentation. La figure 7a représente le schéma électrique du circuit de commande de grille lia des transistors inférieurs. For each inverter, the lower MOS transistors K2, K3 have their common sources. It is thus possible to order them with the same power reference. Figure 7a shows the circuit diagram of the gate control circuit 11a of the lower transistors.
Un circuit astable 76 génère un signal périodique de plusieurs centaines de kilohertz qui est appliqué sur la base d'un transistor npn 74 dont l'émetteur est relié à la masse du circuit et dont le collecteur est relié à une extrémité d'un enroulement 71 d'un transformateur d'impulsion 69, l'autre extrémité dudit enroulement 71 étant reliée à une source de tension continue du circuit. Une diode 72 et une diode Zener 73 en série sont montées en parallèle sur ledit enroulement. An astable circuit 76 generates a periodic signal of several hundred kilohertz which is applied on the basis of a npn transistor 74 whose emitter is connected to the circuit ground and whose collector is connected to one end of a winding 71 a pulse transformer 69, the other end of said winding 71 being connected to a DC voltage source of the circuit. A diode 72 and a Zener diode 73 in series are connected in parallel with said winding.
Un second enroulement 70 du transformateur d'impulsion 69 est relié à un condensateur 67 via une diode 68. La jonction entre la cathode de la diode 68 et une borne du condensateur 67 est reliée au collecteur d'un photo transistor npn 60 dont l'émetteur est relié à la grille du transistor MOS K2, K3 et dont la base est reliée à la deuxième borne du condensateur via une résistance 61. Le phototransistor 60 est une partie d'un opto-coupleur dont la partie émettrice est une photodiode 62 dont l'anode est reliée à la source de tension continue du circuit via une résistance 63 et dont la cathode-est reliée au collecteur d'un transistor 65 de sortie d'un circuit intégré 64. Un signal de commande 66 issu des moyens de contrôle et de traitement est appliqué en entrée du circuit intégré 64.Un signal de niveau haut en entrée du circuit intégré 64 a pour effet de rendre conducteur le phototransistor 60 et d'appliquer sur la grille G du transistor MOS K2, K3 une tension continue délivrée par le convertisseur d'énergie à découpage constitué par le transistor 74, le transformateur d'impulsions 69, la diode 68 et le condensateur 67 et les composants associés, selon une technique bien connue. A second winding 70 of the pulse transformer 69 is connected to a capacitor 67 via a diode 68. The junction between the cathode of the diode 68 and a terminal of the capacitor 67 is connected to the collector of a transistor photo npn 60 whose transmitter is connected to the gate of the MOS transistor K2, K3 and whose base is connected to the second terminal of the capacitor via a resistor 61. The phototransistor 60 is a part of an opto-coupler whose emitting part is a photodiode 62 whose the anode is connected to the DC voltage source of the circuit via a resistor 63 and whose cathode is connected to the collector of an output transistor 65 of an integrated circuit 64. A control signal 66 coming from the control means and processing is applied to the input of the integrated circuit 64.An input high level signal of the integrated circuit 64 has the effect of making the phototransistor 60 conductive and of applying to the gate G of the MOS transistor K2, K3 a voltage co It is provided by the switching power converter constituted by the transistor 74, the pulse transformer 69, the diode 68 and the capacitor 67 and the associated components, according to a well-known technique.
Les transistors MOS supérieurs, tels que K1, K4, en référence à la figure 2, sont équipés de circuits de commande llb dont le schéma est donné à la figure 7b. Les sources des transistors K1, K4 n'étant pas communes, le circuit de commande de grille diffère de celui utilisé pour les transistors inférieurs K2, K3. The upper MOS transistors, such as K1, K4, with reference to FIG. 2, are equipped with control circuits 11b whose diagram is given in FIG. 7b. Since the sources of transistors K1, K4 are not common, the gate control circuit differs from that used for the lower transistors K2, K3.
Une porte logique 85 effectue un ET logique entre un signal délivré par un astable 86 et un signal de commande 87.Le résultat de cette opération logique est appliqué sur la base d'un transistor npn 83 via une résistance 84. A logic gate 85 performs a logic AND between a signal delivered by an astable 86 and a control signal 87. The result of this logic operation is applied on the basis of a npn 83 transistor via a resistor 84.
L'émetteur du transistor 83 est relié à la masse tandis que son collecteur est relié d'une part à une extrémité d'un enroulement 81 d'un transformateur d'impulsion 79 et d'autre part à la cathode d'une diode Zener 82 dont l'anode est reliée à la masse. L'autre extrémité de l'enroulement 81 du transformateur 79 est reliée à la source de tension continue du circuit. Le second enroulement 80 du transformateur 79 a une première extrémité reliée à l'anode d'une diode 78 et une seconde extrémité reliée à la source du transistor MOS K1, K4 commandé. La cathode de la diode 78 est reliée à la grille du transistor MOS K1, K4. Une résistance 77 est placée entre la grille et la source dudit transistor MOS.The emitter of the transistor 83 is connected to ground while its collector is connected firstly to one end of a winding 81 of a pulse transformer 79 and secondly to the cathode of a Zener diode 82 whose anode is connected to the mass. The other end of the winding 81 of the transformer 79 is connected to the DC voltage source of the circuit. The second winding 80 of the transformer 79 has a first end connected to the anode of a diode 78 and a second end connected to the source of the MOS transistor K1, K4 controlled. The cathode of the diode 78 is connected to the gate of the MOS transistor K1, K4. A resistor 77 is placed between the gate and the source of said MOS transistor.
Un niveau haut appliqué en entrée 87 de la porte logique 85 permet le découpage de la tension continue par le transistor 74 et un transfert d'énergie vers la grille du transistor MOS via le transformateur d'impulsions 69. A high level applied at the input 87 of the logic gate 85 enables the DC voltage to be cut off by the transistor 74 and a transfer of energy to the gate of the MOS transistor via the pulse transformer 69.
La capacité d'entrée du transistor MOS et la résistance 77 assure le filtrage de la tension de commande de grille. The input capacitance of the MOS transistor and the resistor 77 provides filtering of the gate control voltage.
Les moyens de contrôle et de traitement 13 délivrent quatre ordres de commande à partir desquels le module de protection 12 génère huit signaux de commande à destination des huit commutateurs du dispositif variateur de vitesse. The control and processing means 13 deliver four control commands from which the protection module 12 generates eight control signals to the eight switches of the speed controller device.
Chaque signal délivré par les moyens de contrôle et de traitement 13 est appliqué en entrée d'un module de protection 12a, tel que représenté à la figure 8. Une première cellule résistance/condensateur/diode 92, 90, 91 délivre alors un signal retardé à destination de la porte logique 85 des circuits de commande des transistors MOS supérieurs tandis qu'une seconde cellule 95, 96, 94 délivre à partir du signal de commande inversé par une porte logique inverseuse 93, un signal complémentaire retardé tel que représenté sur la figure 3a. Each signal delivered by the control and processing means 13 is applied at the input of a protection module 12a, as shown in FIG. 8. A first resistance / capacitor / diode cell 92, 90, 91 then delivers a delayed signal. to the logic gate 85 of the control circuits of the upper MOS transistors while a second cell 95, 96, 94 outputs from the inverted control signal by an inverting logic gate 93 a delayed complementary signal as shown in FIG. Figure 3a.
On va maintenant expliquer la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. We will now explain the implementation of the method according to the invention.
A partir des caractéristiques nominales du moteur asynchrone et de la tension continue V délivré par le système d'alimentation continue 6, on détermine préalablement la fréquence maximale théorique fmax. From the nominal characteristics of the asynchronous motor and the DC voltage V delivered by the continuous supply system 6, the theoretical maximum frequency f max is determined beforehand.
Sachant que fn et Un sont respectivement les fréquences et tension efficace nominales du moteur en régime sinusoïdal, le rapport tension crête nominal est égal à Un.J2
fréquence
en régime sinusoïdal. Knowing that fn and Un are respectively the nominal frequencies and rated voltage of the motor in sinusoidal mode, the nominal peak voltage ratio is equal to Un.J2
frequency
in sinusoidal mode.
I1 correspond à un flux nominal crète vc UN V2
VE
2r f où n est le nombre de spires de l'enroulement et k le coefficient de
bobinage.I1 corresponds to a nominal flux crete vc UN V2
VE
2r f where n is the number of turns of the winding and k the coefficient of
winding.
Dans le cas limite du fonctionnement à fréquence maximale
tx = 1 (6)
2fmax
A partir des relations (1) et (6), le flux crête est A = UlM = 4 U.tx (8)
k.n . 2 fmax 2 k.n
Alors, en combinant les relations (7) et (8) 4 . U.tx = 1 . Un (9) s2 Ji Tr fn
Tr U.t, Un . Un ~~~~~~~~ et U.tx = 0,56 Un
42 fn fn (10)
La relation (10) qui vient d'être établie précise la valeur du produit
U.tx permettant un fonctionnement optimal du moteur, qui est ainsi une fraction prédéterminée du rapport tension/fréquence nominal du moteur.In the limit case of operation at maximum frequency
tx = 1 (6)
2fmax
From the relations (1) and (6), the peak flux is A = ULM = 4 U.tx (8)
kn. 2 fmax 2 kn
So, by combining relations (7) and (8) 4. U.tx = 1. One (9) s2 Ji Tr fn
Tr Ut, Un. A ~~~~~~~~ and U.tx = 0.56 A
42 fn fn (10)
The relation (10) that has just been established specifies the value of the product
U.tx allowing optimal operation of the engine, which is thus a predetermined fraction of the nominal voltage / frequency ratio of the engine.
A titre d'exemple, si la tension et la fréquence nominales du moteur considéré sont respectivement 180v et 50
Hz, et si le système d'alimentation continue délivre une tension continue de 290V, la fréquence nominale est alors égale à environ 75 Hz et donc largement supérieure à la fréquence nominale de 50 Hz. Il est en fait possible d'utiliser des fréquences électriques encore supérieures en désoptimisant le fonctionnement du moteur, c'est-à-dire, en considérant un rapport tension/fréquence inférieur au rapport nominal. Dans ce cas, le moteur est alimenté en pleine onde et son couple maximal décroît quand la fréquence augmente.For example, if the rated voltage and frequency of the engine are 180v and 50 respectively
Hz, and if the DC supply system supplies a DC voltage of 290V, the nominal frequency is then about 75 Hz and therefore much higher than the nominal frequency of 50 Hz. It is actually possible to use electrical frequencies even higher by deoptimizing the operation of the motor, that is to say, considering a voltage / frequency ratio lower than the nominal ratio. In this case, the motor is powered in full wave and its maximum torque decreases when the frequency increases.
A partir de la fréquence électrique maximale, on peut déduire la durée de conduction minimale
tx = ~~~~~~~~~
2fmax
La durée de conduction tx et la tension U étant imposées, l'unique paramètre de réglage est la période électrique d'alimentation T ou encore la vitesse de synchronisme N du moteur.From the maximum electrical frequency, the minimum conduction time can be deduced
tx = ~~~~~~~~~
2fmax
Since the conduction time tx and the voltage U are imposed, the only adjustment parameter is the electrical supply period T or the synchronism speed N of the motor.
Cette consigne est selectionnée par action sur le potentiomètre 15, en référence à la figure 1. Le convertisseur A/N 14 convertit l'information analogique en information numérique lue par les moyens de contrôle et de traitement 13. This setpoint is selected by action on the potentiometer 15, with reference to FIG. 1. The A / D converter 14 converts the analog information into digital information read by the control and processing means 13.
Le processus d'alimentation du moteur n'est amorcé que lorsqu'un ordre de début est détecté par les moyens de contrôle et de traitement 13. The motor supply process is initiated only when a start order is detected by the control and processing means 13.
Dans une forme de réalisation pratique de l'invention, cet ordre est généré par un dispositif de détection de courant 31 dans un circuit électrique d'un appareil extérieur (non représenté) auquel est associé le dispositif de variation de vitesse conforme à l'invention. In a practical embodiment of the invention, this order is generated by a current detection device 31 in an electrical circuit of an external device (not shown) with which the speed variation device according to the invention is associated. .
Après détection de l'ordre de démarrage, les moyens de contrôle et de traitement 13 génèrent alors des signaux de commande adaptés pour produire les formes d'ondes décrites à la figure 4 avec une période électrique correspondant à celle sélectionnée à partir du potentiomètre 15, et activent via la ligne 20, le relais de commande du système d'alimentation continue 6.After detection of the start order, the control and processing means 13 then generate control signals adapted to produce the waveforms described in FIG. 4 with an electric period corresponding to that selected from the potentiometer 15. and activate via line 20, the control relay of the continuous supply system 6.
Il est prévu un détecteur de surchauffe 17 du moteur 2, qui génère en cas de situation anormale, un signal de détection à destination des moyens de contrôle et de traitement 13 qui réagissent à ce signal en interrompant la génération des signaux de commande et en émettant un signal lumineux de détection de surchauffe au moyen d'une diode électroluminescente 16. An overheating detector 17 of the motor 2 is provided, which generates, in the event of an abnormal situation, a detection signal intended for the control and processing means 13 which react with this signal by interrupting the generation of the control signals and emitting an overheating detection light signal by means of a light-emitting diode 16.
La vitesse du moteur dépend à la fois de la caractéristique couple/vitesse 40 et de la caractéristique de charge 42 du dispositif entraîné 200, en référence à la figure 5. Le produit U.tx étant, selon le procédé, maintenu constant car U et tx sont constants, le paramètre de réglage est la vitesse de synchronisme, au moyen du potentiomètre 15. The speed of the motor depends both on the torque / speed characteristic 40 and the load characteristic 42 of the driven device 200, with reference to FIG. 5. The product U.tx being, according to the method, kept constant because U and tx are constant, the setting parameter is the synchronism speed, using the potentiometer 15.
On dispose ainsi d'un variateur de vitesse pour moteur asynchrone diphasé particulièrement simple, peu coûteux par rapport aux réalisations de l'art antérieur, et de commande aisée. Ce variateur a été développé pour des systèmes d'aspiration industrielle de poussière pour des plans de travail de prothésistes dentaires d'une part, et pour l'industrie pharmaceutique en vue de récupérer des particules toxiques ou précieuses. Il peut d'ailleurs être particulièrement intéressant dans tous les systèmes de petite puissance, de l'ordre de quelques centaines de watts pour lesquels il est avantageux d'augmenter la vitesse au delà de la vitesse maximale de synchronisme.Il est en outre possible d'utiliser le variateur conforme à l'invention à basse vitesse, à condition de compenser les chutes de tension efficace en augmentant la valeur de la durée de conduction tx, au dessous d'une certaine fréquence.There is thus a speed variator for two-phase asynchronous motor particularly simple, inexpensive compared to the achievements of the prior art, and easy control. This drive has been developed for industrial dust extraction systems for worktops of dental technicians on the one hand, and for the pharmaceutical industry to recover toxic or valuable particles. It can also be particularly interesting in all systems of small power, of the order of a few hundred watts for which it is advantageous to increase the speed beyond the maximum speed of synchronism.It is also possible to using the converter according to the invention at low speed, provided to compensate the voltage drops effective by increasing the value of the conduction time tx, below a certain frequency.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples described and shown and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
On peut ainsi employer d'autres types de commutateurs à conduction bidirectionnelle contrôlée comportant par exemple des transistors bipolaires ou des
IGBT (transistors bipolaires à grille isolée).It is thus possible to use other types of controlled bidirectional conduction switches comprising, for example, bipolar transistors or
IGBT (insulated gate bipolar transistors).
Les ordres de démarrage et de fréquence d'alimentation peuvent être issus d'autres système extérieurs, tels qu'un microordinateur, par exemple, ce qui peut permettre l'intégration du variateur dans un système plus complexe de régulation. The start and power frequency commands can be derived from other external systems, such as a microcomputer, for example, which may allow integration of the drive into a more complex control system.
En outre, la partie numérique du dispositif peut être logée directement dans un microordinateur tandis que la partie "puissance" peut être intégrée et située directement à proximité du moteur ou même faisant partie intégrante de ce moteur. In addition, the digital part of the device can be housed directly in a microcomputer while the "power" part can be integrated and located directly in the vicinity of the engine or even an integral part of this engine.
De plus, il est possible d'adjoindre, si nécessaire, un contrôle rudimentaire du courant dans le moteur en prévoyant une simple détection de courant maximal à la sortie du système de tension continue. In addition, it is possible to add, if necessary, a rudimentary control of the current in the motor by providing a simple maximum current detection at the output of the DC voltage system.
Claims (11)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8817062A FR2641141A1 (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Process for varying speed for two-phase asynchronous squirrel-cage motor and device for implementing the process |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8817062A FR2641141A1 (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Process for varying speed for two-phase asynchronous squirrel-cage motor and device for implementing the process |
Publications (2)
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| FR2641141A1 true FR2641141A1 (en) | 1990-06-29 |
| FR2641141B1 FR2641141B1 (en) | 1995-04-28 |
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Country Status (1)
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| FR (1) | FR2641141A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4095150A (en) * | 1976-07-12 | 1978-06-13 | Karlheinz Senckel | Two-phase asynchronous motor |
| GB2122434A (en) * | 1982-05-28 | 1984-01-11 | Michael John Flowerday | Electric motor control |
| DE3500711A1 (en) * | 1985-01-11 | 1986-07-17 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Current-regulating circuit having a bridge circuit |
-
1988
- 1988-12-23 FR FR8817062A patent/FR2641141A1/en active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4095150A (en) * | 1976-07-12 | 1978-06-13 | Karlheinz Senckel | Two-phase asynchronous motor |
| GB2122434A (en) * | 1982-05-28 | 1984-01-11 | Michael John Flowerday | Electric motor control |
| DE3500711A1 (en) * | 1985-01-11 | 1986-07-17 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Current-regulating circuit having a bridge circuit |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RADIO AND ELECTRONIC ENGINEER * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2641141B1 (en) | 1995-04-28 |
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