FR2646970A1

FR2646970A1 - Dispositif moteur-convertisseur electrique a impulsions

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Publication number: FR2646970A1
Application number: FR8906039A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1990-11-16

Abstract

L'invention concerne un dispositif destiné à faire fonctionner des convertisseurs de courant et des moteurs électriques simplifiés, à vitesses élevées, sans collecteur sur le rotor; tout en conservant les alimentations traditionnelles et en utilisant la charge périodique d'un condensateur stockeur 5. Les enroulements moteur 1 à 4 dont le nombre peut aller de un à huit, sont alimentés d'une manière discontinue; c'est à dire par impulsions suivies de périodes de relaxations. Les impulsions sont amorcées : soit par un commutateur fixe où les balais 7 sont seuls mobiles; soit par des transistors, des thyristors ou des triacs dont l'ouverture est contrôlée par des capteurs à Effet Hall. L'énergie de self-induction des bobinages est renvoyée, soit aux enroulements sous tension, soit au réseau d'alimentation. La combinaison des enroulements, lorsqu'il y en a plusieurs, permet d'obtenir le champ tournant pulsatoire.

Description

Les moteurs eiectriques tassiques sont oes moteurs a induction ou des moteurs a coilecteur.lls sont alimentes en cou
rant continu.en courant alternatif ou en courant alternatir redressé.Les moteurs a induction ont comme derauts d'avoir une vitesse limitée par ta rréquence du courant alternatif d'alors mentation et un faible couple de démarrage.lorsque les bobinages du rotor sont une cage d'écureuil faiblement résistante.

Les moteurs collecteur ont comme défauts la complication des bobinages aboutissant au collecteur. le cout élevé de la tabri- cation et une usure relativement rapide du collecteur et des baiais.Tous ces moteurs ont également comme défaut d'absorber une intensité trop grande au demarrage,lorsque,pour des puissances importantes, les enroulements moteur ont une raible résistance ohmique.Au moment du démarrage, la force contre-éiectromotrice est également faible ou nulle et il est nécessaire d'insérer. entre l'alimentation et le moteur,un rhéostat lourd et encombrant.

Le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention et dans ses différentes versions.permet de remédier à ces défauts.ll utilise du courant alternatif.du courant alternatif redressé ou du courant continu. Il utiiise également.en plus. la charge répétitive d'un condensateur stockeur.

Ce qui ie caractérise surtout, c'est que l'alimentation indi videlle des enroulements moteur ou convertisseur,dont le nombre n'exode pas huit,quelle que soit la quantité de piles moteurs ou de bobinages en série.est faite d'une manière discontinue:c'est a dire que dans chaque enroulement. aprés passage d'une impulsion,il y a une période de relaxation::mXme si pour l'ensemble des enroulements, les impulsions se succèdent d'une manière quasi continue.L'epuisement de l'énergie de selfinduction dans chaque enroulement,au moment de la coupure de l'alimentation,est obtenue,en courant continu ou courant alternatif redressé, par la charge d'un condensateur préalablement dechargé.En courant alternatif non redressé. l'énergie de self-induction est renvoyée.au reseau,au fur et a mesure de la baisse de la tension d'al imentation.L' inversion de la tension d'alimentation, lors du changement d'alternance,produit le blocage des dispositifs commutateurs qui contraient le passage des impulsions dans les enroulements.

Ces dispositifs commutateurs qui contrôlent le passage et le temps de passage des impulsions dans les enroulements,sont,soit des thyristors, soit des triacs,soit des transistors: en courant alternatif non redresse.Avec alimentation en courant alternatif redressé ou en courant continu. sont utilisés: soit des commutateurs mécaniques trés simples, seuls ou avec adjonction de transistors,soit des transistors et des capteurs a Effet Hall.

Les commutateurs mécaniques sont constitués de deux.trois, quatre ou six lames.en métal bon conducteur de l'électricité et d'un anneau,en métal également bon conducteur de l'électricité.

Ces lames et l'anneau sont montés sur un support isolant fixe.

Les lames conductrices sont reliées aux enroulements moteur,
L'anneau est relié a une arrivée de courant.La figure 1 représente un tel commutateur.Un balai frotte sur les lames conductrices et un autre balai. relie au precédnt.rrotte sur l'anneau. Les zones hachures représentent les balais.Ces baiais sont également rixés sur un support isolant qui.lui.est mobiie et solidaire du rotor.Deux autres variantes de ce commutateur sont constituées par plusieurs couronnes de lames concentriques tixees sur le meme support isolant ou sur plusieurs supports isolants inoependants.Dans la deuxième variante du moteurconvertisseur electrique a impulsion selon I' invention. une deuxieme couronne de lames conductrices est mise a la place de l'anneau conducteur et le remplace.Cette disposition correspond a un montage série de deux paires d'enroulements bobinés en inverse.Sur la figure 2 qui illustre cette deuxieme variante.

les balais(7),sont sur la meme ligne,et reliés entre eux comme sur la figure 1, mais ils peuvent ètre de meme dimension:alors que sur la figure 1,l'un des balais est beaucoup plus iarge que 1 'autre.Lorsqu' il y a un total de six lames conductrices. dans la troisième variante.cela peut etre trois lames sur une couronne et trois lames sur l'autre,avec un anneau conducteur et trois balais:ce qui correspond à un montage en parallèle des six enroulements moteur.ou deux lames sur trois couronnes et à nouveau un anneau conducteur et quatre balais:ce qui correspond à un montage de trois paires d'enroulements reliées en série.paire par paire.avec des sens d'enroulements opposés dans chaque paire.

Le dispositif moteur convertisseur électrique a impulsions selon l'invention utilise comme rotor:soit un rotor a cage de moteur à induction classique.soit,pour la version bipolaire. un seul aimant permanent ou une masse ferro-magnétique anisotrope
Cette masse ferro-magnetique est constituée.soit de ferrite soit de tales magnétiques assemblées a plat.Cette masse peut être bobinée pour recevoir du courant par induction ou directement de l'alimentation:elle peut aussi ne pas etre bobinée.

Elle est anisotrope parce qu'elle a comme l'aimant permanent de la tigure 3, presque la forme d'un parallélépipède rectangle, dont deux faces opposées seraient convexes.La figure 3 représente.par une coupe perpendiculaire a l'axe, un moteur a impulsions selon l'invention.avec quatre enroulements sur le stator et un rotor à aimant permanent.Les lettres N et S désignent les polarités.

A part les rotors à cage des moteurs a induction classiques et ceux équipés d'aimants permanents dont la forme peut varier, les rotors a masse ferro-magnetique anisotrope,ne remplissent pas entièrement l'espace circulaire central a l'intérieur des tôles du stator.Leur section,perpendiculairement à 1 'axe,est rectangulaire.Ainsi ces rotors aplatis storienteront,du fait de leur anisotropie magnétique, pour que le champ magnétique, issu du bobinage sous tension, les traverse dans le sens de leur plus grande longeur.Le processus sera le même quel que soit le type de stator:que ce soit un stator avec fer comme sur la figure 3 ou un stator sans fer comme sur la figure 4 ou il n'y a plus que des bobines creuses imbriquées.

Les dispositirs commutateurs non mécaniques,c'est a dire électroniques comme les transistors, les thyristors ou les triacs.qui sont employés dans certaines variantes du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention
doivent eux memes etre mis en conduction par un courant élec-
trique de raible puissance.Le passage du raible courant elec-
trique de commande de base des transistors bipotaires,par exempie.et des lichettes des thyristors et oes triacs.est controle.dans le dispositif moteur convertisseur a impulsions
selon I' invention,de trois manières ditférentes::soit par un petit commutateur mécanique de petites dimensions.mais blable à celui qui vient d'être décrit.soit par des capteurs a Effet Hallgsoit par des montages électroniques classiques à déclenchement synchronisable et dont le plus connu est le transistor uni jonction.

Dans les versions entièrement statiques du dispositif moteurconvertisseur électrique a impulsions selon l'invention, il n'y a plus ni commutateur mécanique, ni capteurs a Effet Hall.mais seulement des montages classiques d'oscillateurs électroniques pour les références de fréquences, le découpage de ces fré- quences,et pour verrouiller la charge et la décharge des condensateurs stookeurs.

Lorsque les capteurs a Effet Hall remplacent les lames du commutateur mécanique, un aimant pilote remplace les balais. Il y a autant de capteurs a Etfet Hall que de lames sur le commutateur mécanique.Et de la meme manière que pour les lames des commutateurs,autant d'enroulements que de capteurs à Effet Hall
Les capteurs à Effet Hallt16)sont fixes,le ou les aimants pi-lotes(17)sont mobiles et solidaires du rotor.C'est ce que représente la figure 5 avec quatre capteurs(16) régulièrement répartis autour de l'axe(10).Sur cette figure 5 les aimants sont représentes par la zone hachurée,La largeur de la plage aimantee qui influence le capteur a Effet Hall doit etre suffisamment grande pour qu'il y ait constamment,au cours de la rotation du moteur,et au moment du démarrage,au moins un capteur a Effet Hall influence.C'est cette même nécessitéqui règle la largeur du balai sur les figures 1 et 2. La largeur du balai(7)ou des aimants pilotes(17)est réglée aussi par la nécessité d'avoir des impulsions électriques de sens inverse qui se succèdent régulièrement et continûment,non dans les memes enrdulements,mais dans les memes encoches et dans les memes régions du stator.

En courant continu ou en courant alternatif redressé.ce qui caractérise les variantes du moteur-convertisseur électrique a impulsions selon 1' invention,c'est la manière commune d'épuiser l'énergie de self-induction accumulée dans les enroulements.

Dans ces premières variantes. les branchements des enroulements du stator sont représentés a la figure 6.Les enroulements sta toriquesvL),(2),x3)ett41.sont les enroulements du moteur repré senté a. la figure 3.Ils sont alimentés par un point commun.

Après ce point commun et entre deux sorties successives d'enroulements, il y a un condensateurt5).Les sorties d'enroulements aboutissent å des contacts(6) qui sont les lames du commutateur de la figure 1.Le point commun de ces contacts est le balai(7 > de la meme figure 1.Lorsque le balai(7)recouvre seulement une lame, contacts (6)fermes de la figure 6. deux condensateurs(5) sont chargés.Lorsque le balai (7)recouvre deux lames(6)comme représenté a la figure i et a la figure 7,les contacts(6)qui se trouvent aux extrémités des enroulements(2) et (3) sont termes: le condensateur(5) qui se trouve entre les enroulements' 2) et 3), s'est déchargé dés que la lame(6) corresponcant au contact en bout ae l'enroulement(3) a ete recouerte a son tour par le balai(7).Lorsque le balai(7) quittera la lame(6iqui correspond à l'extrémité de I 'enrou- lement(2).L'énergie de sel f-induction accumulée dans t 'enrou- lement(2)ne se dissipera pas dans l'espace isolant créé par le balai(7)qui quitte une lamet6).mais dans le condensateur(5)qui se trouve entre les enroulements(2) et(3 > ,et qui.étant déchargé se comporte comme un court-circuit entre l'extrémité de l'enrou- lement(2) et le moins de lsalimantation.C'est ce que montre la tigure d ou le sens des courants de charge et de décharge des condensateurs est figuré par des lignes en pointillé avec tleches.Ainsi l'énergie de self-induction.qui tend a maintenir la circulation du courant dans l'enroulement(2),va produire une tension qui s'ajoutera a la tension d'alimentation pour charger le condensateur qui se trouve entre les enroulements(2) et(3) dans le sens des lignes en pointillé avec fleches.Le temps de charge du condensateur(5) permet au balai(7) de s'éloigner un peu de la lame(6).arin que l'espace entre eux devienne suffi- samment important pour que des étincelles ne se produisent pas ou pour qu'elles soient trés faibles puisque la presque totalité de l'énergie de self-induction a été employée à charger le condensateur '5)qui se trouve entre les enroulements (2) et (3).Mais ce condensateur(5) se trouve alors en surtension par rapport a la tension d'alimentation et il va se décnarger dans les enroulements (2) et(3) jusqu'a égalisation de sa tension avec la tension d'alimentation.Le processus qui vient d'etre décrit reste le meme lorsque le nombre d'enroulements augmente ou diminue. Il peut n'y avoir qu'un ou deux enroulements.Lorsqu'il n' y a que deux enroulements, ils peuvent etre bobinés dans le meme sens et le mouvement rendu alternatif
La figure 9 représente un électro-aimant à deux enroulements(i) et (2 > décalés.ll n'y a plus qu'un seul condensateur(SJ et un noyau mobilet8X.Lorsqu'il n'y a qu'un enroulement, il n'y a aussi qu'un condensateur(5; mais toujours deux lamest6v.et il est nécessaire de disposer une resistance en parallèle sur l'enroulement unique;conneotêe au lieu et place d'un deuxième enroulement, pour permettre au condensateur(5) de fonctionner conformément au schéma de la figure 8.S'il y a trois enroulements,comme sur le moteur représenté a la figure 10,le fonctionnement est aussi le meme,mais au lieu d'avoir deux enroulements qui passent dans chaque encoche,il n'y en a plus qu'un seul par encoche.car le rotor(9) est une masse magnétique anisotrope qui va se positionner en face de la région du stator la plus aimantée: :de manière que le flux maximum traverse les toles du rotor(9) dans le sens de leur plus grande longeur et quel que soit le sens de ce flux.La coupe de l'axe(10) des rotors(9) est représentée par un cercle hachuré.Avec le moteur représenté à la figure 3. et dont le rotor est constitué par un aimant.il y avait deux enroulements par encoche,(i) et e3) d'une part et e2) et (4)dans d'autres encoches décalées de 90'.

car.au rur et a mesure de la rotation du balai(7),lorsque
l'aimant du rotor a effectué un demi-tour.Ie sens du flux magnétique doit ètre inversé.Ainsi les enroulements < 1) et(3), qui sont dans les memes encoches,sont bobinés en sens inverse
l'un par rapport à l'autre pour produire cette inversion de rlux.L'explication serait la meme si dans L'exemple de la figure 10. les trois enroulements étaient doubles et si le rotor était un aimant permanent.Ce qu'il ne faut pas,c'est que.

lorsque tous les enroulements(1).2) (3) ets4J,ont un point commun. le balaiv7spuisse mettre en parallèle des enroulements qui produiraient dans la meme région du stator(9),des flux magnétiques de sens opposes.C'est pourquoi la succession des commutations sur la figure 1,est: 1-2,2-3,3-4 et 4-i.Lorsqu'il n'y a pas de point commun pour tous les enroulements comme dans l'exemple de la figure 2,deux enroulements bobinés en sens inverse peuvent connectés en parallele,puisqu'il y a toujours a ce moment la un enroulement seul,en série avec les enroulements de sens opposées qui viennent d'être réunis en parallèle.Dans le cas de trois enroulements et dans l'exemple illustre par la figure 10.ces enroulements sont toujours bobinés dans le même sens,car le rotor est une masse magnétique anisotrope,il est sans importance que le flux s'inverse ou non dans le temps; puisque le rotor sera entraîné vers les régions du stator(11) où le flux magnétique,quelle que soit sa direction, sera le plus dense.Ainsi sur la figure 9,le noyaut8),se positionne dans la région de plus grande densité de flux.Lorsque les deux enroulements sont sous tension, le noyau est au milieu.

Dans l'exemple illustré par la figure 10,si le rotor est un aimant et qu'il tourne au synchronisme, l'alimentation des trois enroulements du stator peut être faite en courants triphasés de fréquence correspondante.

Lorsque le dispositif moteur-convertisseur electrique a impulsions selon l'invention est utilisé pour produire au courant alternatif,en utilisant ces premières variantes,qui ne peuvent être statique, les balais(7)peuvent être entrains par un moteur auxiliaire selon l'invention ou un autre type de moteur.Les enroulements(1),(2),(3) et(4),ne sont plus fixés dans des encoches de stators,mais placés sur des tdles de transformateurs
En disposant deux enroulements bobinés en sens inverse sur chaque circuit magnétique de transformateur.on obtient,pour un montage semblable à celui de la figure i ou 2, des courants diphasés.Avec un montage a six enroulements,des courants triphasés.

Lorsque des transistors sont utilisés dans ces premières variantes du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsioniselon l'invention,ils sont connectés au lieu et place des contacts (6) sur les figures 7,8 et 9,et de la même manière que sur la figure 6 ou les lignes en pointillé avec flèches indiquent la position de raccordement des quatre transistors qui peuvent Outre de tous types connus,mais qui,dans cet exemple sont des transistors bipolaires(14).Les diodest15)en série avec ces transistors,sont destinées v protéger le transistor,quel qu'en soit le type,des courants de décharge des condensateurs.

La commande de base de ces transistors peut être faite par une alimentation continue séparée,et par l'intermédiaire d'un petit commutateur mécanique semblable à celui des figures 1 ou 2 ou par l'intermédiaire de capteurs à Effet Hall.La figure Il il lustre, succintement,ces divers modes de commande d'ouverture et de fermeture des transistors.Sur cette figure, la réfé rencett8) désigne la source auxiliaire du courant de commande.

Le courant de commande est amplifié a la sortie des capteurs a
Erret Hallt16spar des transistors auxiliairesti9),avant de penétrer dans la base des transistors de puissance(14).Un des contacts(6v du commutateur mécanique qui peut remplacer les capteurs a Effet Hall,est représenté et des lignes en pointillé avec flèches indiquent les endroits de raccordement.en parallèle sur un capteur à Effet Hall(16).

Dans une quatrième variante du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention,l'alimen- tation de puissance est faite en courant alternatir non redressé et il n'y a qu'un enroulement(1),méme si dans un moteur classique,avec stator ferro-magnétique, il est en deux parties, quatre pour un moteur quadripolaire et davantage pour un nombre de pales encore plus grand.Donc pour un moteur bipolaire,les deux parties de chaque enroulement sont placées dans des encoches diamétralement opposées par rapport a l'axe.

C'est ce qui est symbolisé par le point milieu au milieu des enroulements sur les figures 1,2,6,7,8, et les autres figures de la description qui représentent des enroulements devant etre disposés sur ce type de moteur.

Sur la figure 12 qui représente cette quatrième variante,l'enroulement(l)est en série avec un thyristor(20) ,En parallele,au départ du bobinage,il y a une diode auxiliaire(21),une résistance (22) et un capteur a Effet Hall(16).Une diode zener(23)sert a proteger le capteur a Effet Halltl6)lorsque le thyristore20),pour une raison quelconque ne se déclenche pas et que la tension du courant alternatif d'alimentation augmente beaucoup.La résistance(22) sert a limiter la valeur du courant qui parcourt la diode zener(23) dans les memes conditions.

Sur toutes les figures, les memes composants sont représentés par les mêmes références ,sauf si leurs dimensions varient beaucoup;par exemple:composants de puissance et composants auxiliaires.

Le fonctionnement d'un moteur a impulsions réalisé avec les composants de la figure 12,nécessite le positionnement de l'aimant pilote(l7)et du capteur à Effet Hall1(16) en fonction du type de rotor.Si c'est un rotor a aimant permanent,ou a masse magnétique anisotrope, le démarrage dans le sens souhaite, à la mise sous tension, sera obtenu par un aimant auxiliaire de positionnementt24).Cet aimant auxiliaire qui est fixé sur le statorel1)positionne,å l'arrêt par attraction magnétique, le rotor(9) vers la zone ou il sera attire,dans le sens souhaité, lorsque Itenroulement(l)sera sous tension.C'est ce que montre la figure 13.Dans cette position, l'aimant pilote(l7),influence le capteur à Effet Hall(16)et le thyristor(20) est rendu conducteur des que la tension d'alimentation atteint une dizaine de volts.dans le sens favorable.Le thyristor(20) cessera de conduire lorsque, le courant alternatif ayant changé de sens, la tension inverse équilibrera la tension résiduelle aux bornes de l'enroulement(1).Cette tension résiåuelle.de meme sens que la tension de l'alternance précédente du courant alternatif d'alimentation.tendait a maintenir,dans l'enrou
lement(sv.lintensite qu'avait le courant alternatif au moment du passage a zéro de la tension d'alimentation.Si le thvristor(20) s'amorce dés que le capteur a Effet Hall(16) est
intluenoé.il restera sûrement amorcé plus d'un centième de seconde.Cette impulsion électrique,provoquée par le declen- chement du thyristor(20)1n'est utile et motrice,au maximum.

iosque le rotor est un aimant,qu'un demi-tour.Ensuite le rotor continue de tourner par inertie, Jusqu'a une nouvelle arrivée de
l'aimant pilote(17) a proximité du capteur à Effet Hall. Avec un rotor 9 masse magnétique anisotrope,l'impulsion utile né dure qu'un quart de tour,deux fois par tour.Pour permettre au rotor de tourner plus vite.dans une cinquième variante du moteur-convertisseur électrique a impulsion selon l'invention,
le thyristort20) n'est déclenché que lorsque la tension d'alimentation atteindra pratiquement son maximum et pourra traverser une diode zener(23Xen série avec le capteur a Effet Hall
C'est ce que montre la figure 14.Mais la durée de conduction du thyristor est encore trop grande pour les applications a grande vitesse,et pour pouvoir diminuer a la demande le temps de conduction du thyristor(20 > ,la sixième variante du moteurconvertisseur électrique a impulsion selon l'invention,utilise
les montages électroniques classiques de déclenchement synchro nisés avec la fréquence du courant alternatif d'alimentation.

L'un de ces montages,avec transistor unijonction(26)est représenté a la figure 15.Sur cette figure, le thyristor auxiliaire(25)sert å amplifier le courant de vallée du transistor unijonction(26),tandis que le potentiometre(27)sert a retarder le moment du déclenchement et donc a régler la durée de l'impulsion.

Pour renforcer la puissance du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention.une septième variante de ce dispositif utilise une partie de chaque alternance du courant alternatif d'alimentation, malgré le fait qu'il n'y a toujours qu'un capteur å Effet Hall(16) et par l'intermédiaire d'un deuxième nroulement(2),qui est placé dans les mêmes encoches du stator,et d'un deuxième thyristor(20)qui est place en série avec ce deuxième enroulement(2).Ce deuxième enroulement est bobiné en sens inverse.ainsi que montré sur la figure 16.Ces deux thyristors(203sont déclenchés chacun par une alternance différente du courant alternatif d'alimentation et au moy-n,par exemple,de petits transformateurs d'impulsion dont les secondaires induits(13) sont représentés sur la figure 16 qui illustre cette variante.

D'autre part, lorsque le rotor est une masse magnétique anisotrope et que le sens de parcours du courant est sans importance,il n'est pas nécessaire de maintenir deux enroulements,et on aboutit a la huitième variante du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions qui utilise toujours une partie de chaque alternance du courant d'alimentation.mais avec un seul bobinage(1). ì I n'est même plus nécessaire d'avoir deux thyristors qui sont remplacés par un triac.C'est ce qu'illustre la rieure 17. Sur cette rigure lr.

sont aussi représentés.en equralence.deux thyristors qui peuvent etre branchés au lieu et place du triac,lorsque le rotor est un aimant et que l'on ajoute un deuxième capteur a Erret Hal l,diamétralement opposé au premier.Ainsi avec un seul aimant pilotetl7) au lieu de deux.chaque capteur å Etfet Hall declenchera son thyristor au moment opportun pour que l'aimant du rotort9 > reçoive,au maximum, une impulsion motrice deux fois par tour.D'une manière équivalente il est également possible d'utiliser,avec deux aimants pilotes(l7),un seul capteur å
Effet Hall qui commande en parallèle deux systèmes déclencheurs pour thyristors,alimentes chacun par une alternance du courant alternatif d'alimentation.

Pour affranchir complètement le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention, des aimants de positionnement du rotort24Jqui deviennent inefficaces lorsque le rotor est freine et reste treiné a l'arrêt,et ne peut donc pas répondre à la sollicitation de cet aimant auxiliaire; il est nécessaire de disposer de plus de deux capteurs a Effet
Hall,et de plus de deux enroulements.ll faut avoir des enroulements moteurs décalés les uns par rapport aux autres autour du rotor,comme dans les premières variantes;et des capteurs a
Effet Hall répartis régulièrement autour du rotor comme indiqué sur la figure S.La neuvième variante du moteur convertisseur électrique à impulsions utilise donc quatre impulseurs et quatres paires d'enroulements.Ces quatres paires d'enroulements sont disposées dans des encoches de moteur comme montré sur la figure 3 et connectés entre eux comme montre sur la figure 18.

Un seul des enroulements de chaque paire est représenté sur la figure 3.Sur la figure 18,un seul des enroulements de chaque paire est également montré, pour ne pas surcharger le dessin, et parce que on peut n'utiliser qu'une partie d'une seule alternance par période.Un capteur a Effet Hall étant toujours influencé,quelle que soit la position du rotor, le fonctionnement de cette neuvième variante est le meme que celui de la première variante ,illustrée par la figure 1.Mais dans cette neuvième variante, le rotor peut être indifféremment un aimant ou une masse magnétique anisotrope bobinée ou non. aux extrémités de chaque enroulement, il y a un thyristor lorsque le rotor est un aimant.Lorsque le rotor est une masse ferromagnétique anisotrope,il n'y a plus que quatre enroulements au lieu de huit et il y a un triac en série avec chacun de ces quatres enroulements.

Dans le cas de moteur a trois enroulements,comme celui représente a la figure 10.il y a trois capteurs à Effet Hall régulièrement répartis autour de l'axe(10x,et,comme le sens du flux importe peu, ce sont des triacs qui sont en série avec les enroulements.La figure 19 illustre ce montage de la neuvième variante avec trois enroulements.

La dixième variante concerne l'augmentation de vitesse des moteurs asynchrones monophasée.Elle est illustrée par la figure 2C.L'enroulement(1Xest l'enroulement principal du moteur asynchrone monophasé avec rotor à cage.L'enroulement(29) est l'enroulement auxiliaire de démarrage.Un condensateur accordé est place en parallèle sur l'enroulement principat
Un deuxième condensateur peut etre placé aussi sur l'enrou-
lement auxiliaire(29).Lorsque la vitesse approche du s-,flcrro- nisme, les contacts a rupturex30sdeshuntent le triac en serie avec chaque enroulement.Les condensateurs(5ssfacilitent la production d'oscillations électriques amorties,dont la fréquence est en rapport avec la durée des impulsions électriques perio dignement envoyées dans ces enroulements par les dispositifs à déclenchements synchronises qui controlent l'ouverture des triacs.Le fait d'envoyer des impulsions plus brèves que la durée des alternances précédentes de la tension d'alimentation, provoque,dans les conducteurs du rotor,une circulation de courants induits,meme si le rotor a dépassé la vitesse de synchronisme.ll est même possible de démarrer directement un tel moteur si@durée des impulsions est une fraction impaire (un tiers,un cinquième par exemplee,de la durée des alternances du courant alternatif d'alimentation, et si les impulsions de déclenchement du triac de l'enroulement auxiliaire;;.9s sont synchronisées avec la fréquence du courant,déphasé de 90',qui circule dans cet enroulement(29).La production d'oscillations å fréquence multipliée est encore améliorée en remplaçant chaque triac par une paire de transistors montés"tête-b#che".

La figure 21 représente un-montage inverse du précédent,dans lequel l'enroulement(1Xest un enroulement de moteur a impulsions qui,lorsque la vitesse de synchronisme est atteinte,est décon- necté par un contact a rupture(30),alors qu'un contact a fermeturee34;met enservice 1'enroulement(29 > qui,dans cet exemple. n'est pas un enroulement de démarrage,mais l'enrou- lement de marche normale au synchronisme. Le rotor,dans ce montage inverse,n'étant pas un rotor a cage,mais un aimant permanent.

Les figures 22,23 et 24 illustrent la onzième variante du dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention, avec une alimentation alternative triphasée;dans son application moteur et dans son application statique.Les figures 22 et 23 concernent l'application convertisseur statique.La figure 22 représente un transformateur sur les tôles(12) duquel sont bobinés trois enroulements primaires(l).

(2) et(3) et(3) de wOme nombre de spires,en série cnacun avec un triac et raccordés à l'arrivée alternative triphasée par un branchement en triangle.Un enroulement secondaire(13) recueille des courants induits monophasés a une fréquence triple de la fréquence des courants triphasés inducteurs;si les triacs(28) sont débloqués aux deux tiers de la durée de chaque alternance.

La figure 23 représente schimatiquement le fonctionnement électrique du dispositif.Les tOles(12)du transformateur seront alternativement magnétisées et démagnétisées à une fréquence trois fois plus grande que la fréquence du courant d'alimentation triphase.Pour tenir compte du phénomène de sel f- induction, les thyristors ou les triacs ne sont débloques pratiquement qu'aprés les cinq sixième de la durée de chaque alternance:Les zones hachurées de la figure 23 représentent les alternances induites par rapport aux alternances triphasees du courant d'alimentation.Il est possible de faire fonctionner
un moteur a induction triphasé à tréquence triple. en reliant
chacun des trois enroulements a un triac ou a une paire de
thfristors:mais après démarrage du moteur à la fréquence 50 HZ.

Far exemple.Pour cela des contacts a fermeture shuntent les
triacs ou les thyristors au moment du démarrage.ll faut aussi abouter un condesateur(S > aux bornes des enroulements seuls.Maxs
il est également possible d'utiliser un stator de moteur å
induction monophasé dont les enroulements principaux et auxiliaires sont fait de trois fils isolés en parallèle.Ces enroulements qui ont chacun un triac en série.ont aussi,en ce qui concerne les enroulements placés dans encoches de l'enrou
lement auxiliaire,un condensateur en série.C'est ce qu'illustre
la figure 24.Ces enroulements forment deux triangles raccordés à l'alimentation triphasbe.Un triangle constitué par les enrou
lements(1),(2),(3)et un autre triangle constitué par les enrou
lements(31),(32),(33).De cette maniere,des courants alternatifs monophasés.å fréquence triple. sont directement produits par
les enroulements.avec cette particularité que le courant mono phasé produit Far les enroulements(31),(32)et(33) est déphasé de 90'parrapport au courant monophasé produit par les enrou
lements(i). (2)et(3).Ainsi le moteur peut démarrer directement avec un champ tournant de valeur suffisante.

Le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions selon l'invention permet,en n'envoyant dans un enroulement moteur,par l'intermédiaire des montages précédemment décrits, qu'une petite partie d'une ou des deux alternances d'un courant alternatif,de jouer le roule d'un transformateur abaisseur de tension.ll permet d'adapter à un enroulement,dont le nombre de spires est faible, la tension exacte qui lui est nécessaire par le simple jeu d'un potentiometre(27)(figure 1S).En réduisant. de cette même manière, la durée de l'impulsion, le dispositif selon l'invention joue également le rle d'un multiplicateur de fréquence.En effet si une telle impulsion de trés petite durée est envoyée dans un cicuit résonant et si la demi période de la fréquence de résonance du circuit est égale a la durée de l'impulsion,ce circuit se mettra a osciller.

D'autre part au démarrage, lorsque le rotor est un aimant,
la force contre-électromotrice,presente aux bornes des enroulements du moteur-convertisseur,est faible.Si la résistance ohmique de cet enroulement est également faibletmoteurs puissants),il sera nécessaire de prévoir un encombrant rhéostat à commande manuelle ou asservie.Cet inconvénient existe aussi sur les moteurs a induction où la résistance de la cage du rotor est faible.Le dispositif moteur-convertisseur électrique à impulsions selon l'invention,permet de remédier a ces défauts dans une douzième variante qui concerne toutes les précédentes, et qui consiste å placer,quelle que soit l'alimentation continue ou alternative, un condensateur stockeur aux bornes de
l'un quelconque des montages prbcEdentiLa figure 25 illustre cette douzième variante,avec un condensateur stockeur(35) placé aux bornes de la variante huit,c'est à dire aux bornes d'un ensemble constitué par un enroulement(1)et un triac(28)en série
Le tout alimenté en courant alternatif non redressé.Le condensateur stockeur(35) peut être lui-meme en série avec::soit un triac. soit un ou deux thyristors montés "tete-beche". soit un transistor.Sur cette figure 25,la charge du condensateur stockeur(35)s'effectue à travers un triac(28) qui sera amorcé soit au debut de chaque alternace,soit lorsque la tension d'alimentation atteint une certaine valeur qui doit normalement etre supérieure a la valeur de la tension résiduelle pour laquelle le triac(28)qui est en série avec ltenroulement(ls sera déclenché.Ce retard peut être obtenu par un dispositif électronique qelconque et même très simplement, comme indiqué sur la figure 25,par une diode zener(23 > .Le triac(28) qui est en série avec le condensateur(35) se bloque des que la tension d'alimentation atteint son maximum le condensateur(35 ne peut plus absorber de charges.La self de "choc" ou de "lissage"(37 > évite qu'une intensite trop importante circule trop rapidement dans l'enroulement(1 > lorsque le triac(28) en série avec cet enroulement est déclenché et que l'énergie de capacité:: CV-,se transforme en 1 Ll.En effet le condensateure353 est
2 charge a la tension maximale d'alimentation alors que l1enroulement(1)est prévu pour une tension beaucoup plus faible.Tension d'autant plus faible qu'au moment du démarrage, la force contre-électromotrice est nul le.Un contact a rupture(30)permet d'éliminer.si nécessaire, le condensateur stockeur35).une fois le démarrage terminé.Cette élimination est nécessaire,en particulier, lorsque le condensateur stockeur est formé de condensateurs électrochimiques.Avec alimentation en courant continu, le condensateur stockeur(35) peut être en série avec un thyristor ou un transistor et la fréquence de répétition de la charge est assurée par un montage électronique couplé a un oscillateur pilote.La résistance(22 > aux bornes du condensateur stockeur35) décharge lentement ce condensateur lorsque l'alimentation est coupée.

Le changement de sens de rotation des dispositifs moteurs électriques a impulsions selon I' invention,peut être obtenu soit par inversion ces polarités de l'alimentation,soit par inversion du branchement d'une partie des enroulements du moteur et déplacement des aimants de position('4slorsqu'ils existent.

Claims

REVENDICATIONS

aboutissant à des lames de commutateur ou å des transistors.

deux a deux avec des nombres de spires identiques et

déchargé ;plusieurs paires d'enroulements bobinés en parallèle

redressé, par la charge d'un condensateurt5)préalahlement

avec alimentation en courant continu ou en courant alternatif

fermeture du circuit et de la fin de l'impulsion. étant réalisée

l'épuisement de l'énergie de self-induction, au moment de la

commutateur mécanique,soit par ouverture d'un transistor:

soit par passage d'un balai(7 > sur la lame conductrice(6)dtun

enroulement inducteur,étant obtenu:

impulsions du courant électrique d'alimentation,dans chaque

l'un des enroulements et tantôt l'autre;;le démarrage des

et ensuite, pendant des temps sensiblement égaux,tantbt

électrique traverse,un court moment,les deux enroulements

alternatif redressé ou un courant continu, ce courant

chaque paire, lorsque l'alimentation électrique est un courant

est faite d'une cantre discontinue;c'est-s-dire que dans

moteur ou sur les mêmes tales de transformateur;

avec deux fils en parallUle,dans des encoches communes de

individuelle des enroulements inducteurs,bobines par paires,

convertisseurs électriques,caractérisB en ce que l'alimentation

l)Dispositif pour faire fonctionner des moteurs et des

alternatif monophasé a 150 Hz étant plus simplement obtenue.

série,est de deux ou de trois: la conversion en courant

suivant que le nombre de paires d'enroulements.disFosees en

en générateur de courants alternatifs diphasés ou tr lrhasès,

sont alimentées en série pour le fonctionnement en moteur ou

en plus, d'oscillateurs a semi-conducteurs;;

alternatif redressé ou de courant continu,par l'intermédiaire,

l'alimentation électrique est faite a partir de courant

électroniques classiques a déclenchement synchronisé,et, lorsque

impulsiens,par l'intermédiaire de dispositifs auxiliaires

alimenter les variantes du dispositif moteur-convertisseur b

un courant alternatif ou continu,pouvant,par contre, toujours

de sens;un condensateur stockeur(35s,periodiquement charge par

tation et inversion de cette tension quand l'alternance change

alternatif non redressé::par diminution de la tension d'alimen

lorsque l'alimentation électrique est faite à partir de courant

l'épuisement de l'énergie de self-induction étant obtenue;

mais sans condensateur de commutation(5)entre les enroulements;

encoches d'un moteur ou sur les mêmes tales d'un transformateur

concentrique de trois enroulements identiques dans les memes

a partir de courants alternatifs triphasés à 5 Hz.par bobinage
2)Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait

qu'avec une alimentation a courant alternatif redressé ou à

courant continu,avant de couper l'arrivée de courant dans un

enroulement, I 'enroulement(1)par exemple.un deuxième enroulement

l'enroulement(2)par exemple, est mis sous tension.deux enrou

lements ayant toujours le même nombre de spires. étant

momentanément mis sous tension; a la fois pour faciliter le

déplacement régulier du rotor et pour décharger le condensateur(5)qui se trouve entre ces deux enroulements;de manière que ce condensateur(5) puisse absorber l'énergie de self-induction de l'enroulement qui va e+re coupé: I 'enroulement( i > dans l'exemple;
3)Dispositif selon les revendications 1 et Z. caractérisé par le fait que le courant électrique d'alimentation. produit.en traversant un court instant les enroulements bobines en parallèle,mais avec des sens d'enroulement inverses.des champs magnétiques de sens opposés::sans que l'intensité du courant inducteur en soit notablement augmentée. à cause de la présence.en série avec cette première paire.de l'autre ou des autres paires de bobinages dont un seul enroulement est parcouru par le courant d'alimentation lorsque deux enroulement d'une paire sont sous tension;; 4 > Dispositlf selon les revendications 1.2 et 3. caracterisé en ce que, lorsque le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsion est un moteur alimenté en courant alternait redresse ou en courant continu et que des transistors( iq > . sont places aux extrémités des enroulements, la commande de ces transistos est faite par l'intermédiaire de capteurs a Eftet Hall.

qui sont tixes et régulièrement espacés de manière que l'aimant pilote(17)influence,périodiquement, lors de son deplacement.

deux capteurs correspondants à une paire d'enroulements en parallèle et un seul des capteurs des autres paires.le nombre total des capteurs a Effet Hall etant égal au nombre des enroulements; 5)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que.

lorsque le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions est un moteur rotatif.avec alimentation en courant alternatif non redressé et que le nombre des enroulements est de deux, le positionnement correct du rotor par rapport aux enroulements du stator,avant dèmarrage,est obtenu par un aimant de positionnement(24)fixé sur le stator pour amener le rotor.

après L'arrêt et par attraction magnétique. dans une position.

favorable au démarrage dans le sens voulu.et coineidant avec une zone où l'un des capteurs t Effet Hall peut etre influencé: 6)Dispositif selon les revendications i et S caractérisé en ce que, lorsque le dispositif moteur-convertisseur électrique a impulsions est un moteur rotatif ou un convertisseur statique.

avec alimentation en courant alternatif non redresse. deux enroulements identiques positionnés en parallèle n'ont pas de condensateursE5) entre eux,ne sont jamais sous tension en m4me temps;parce que tous les enroulements sont connectés en paral- lele::l'alimentation successive de chaque enroulement étant faite après le démarrage de chaque alternance par un dispositif électronique classique t déclenchement synchronisé pour permettre l'épuisement de l'énergie de self-induction dans l'enroulement précédemment sous tension et le blocaee du thyristor(20)ou du triac(28) qui est en série avec chaque enroulement; 7)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor des moteurs du dispositif moteur-convertisseur å impulsions est;soit un aimant permanent, soit une masse magnétique anisotrope bobinée ou non bobinée, soit un rotor a "cage d'écureuil" de acteur a induction classique: 8)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque le dispositif moteur-convertisseur électrique o impulsion est un moteur ou un convertisseur statique avec alimentation en courant alternatif redressé ou en courant continu,il n'y a pas de capteurs a Effet Hall:un condensateur stockeur(35)est intercalé entre l'alimentation et le dispositif convertisseur.et la commande d'ouverture et de fermeture des transistors( 14), qui sont gn série avec les enroulemGnts.est faite par l'intermédiaire de dispositifs électroniques auxiliaires et d'oscillateurs a semi-conducteurs classiques: