FR2783982A1 - Reseau de dephasage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un réseau de déphasage.Le réseau est caractérisé en ce qu'il comprend, pour la commande d'un moteur, une première phase (52) de moteur ayant une première bobine de phase (46) et une première résistance (58) reliées en série, une seconde phase (54) de moteur ayant une seconde bobine de phase (48) et une seconde résistance (60) reliées en série, et un condensateur (56) relié entre les première et seconde phases du moteur.L'invention trouve application notamment pour les moteurs à inductances à deux phases.
Description
La présente invention concerne un circuit de commande pour un moteur à
inductances et, en particulier, un circuit de commande qui fonctionne en un réseau de déphasage et permet à un moteur de tourner plus doucement en produisant des formes d'onde de courant et de tension dans les phases respectives du moteur qui sont plus lisses, plus égales et moins sujettes à une distorsion harmonique. Un circuit de commande conventionnel 10 pour une utilisation en un réseau de déphasage dans un moteur à
inductances à deux phases est représenté à la figure 2A.
Le circuit 10 comprend une résistance 12 et un condensateur 14 reliés en série entre deux phases 16, 18 du moteur. Chacune des phases 16, 18 du moteur comprend une bobine de phase 20, 22 du moteur, respectivement. Un dispositif de commutation directionnel 24 est utilisé pour commander la séquence d'excitation des bobines de phase 20, 2. Les figures 3A à 6A illustrent les diverses formes d'onde de courant et de tension présentes dans les phases 16, 18 du moteur pendant le fonctionnement d'un moteur comportant le circuit 10. En particulier, les figures 3A et 5A illustrent respectivement des formes d'onde de courant et de tension présentes dans les phases 16, 18 du moteur pendant un fonctionnement normal du moteur. Les figures 4A et 6A illustrent respectivement des formes d'onde de courant et de tension présentes dans les phases 16, 18 du moteur lorsqu'une rupture dans le couple du moteur est en train de se produire. Les formes d'onde de courant et de tension pour la phase 16 du circuit 10 sont représentées en trait fort tandis que les formes d'onde de courant et de tension pour la phase 18 du circuit 10 sont représentées en pointillés. Il doit être noté que les figures 3A à 6A illustrent l'excitation des phases 16, 18 dans la séquence 16 -> 18 (c'est-à-dire, avec les formes d'onde de courant et de tension de la
phase 18 décalée en phase par rapport à la phase 16).
Comme illustré aux figures 3A à 6A, les formes d'onde de courant et de tension dans chaque phase individuelle 16, 18 du circuit 10 sont sujettes à des variations relativement grandes en grandeur. En outre, la grandeur du courant et de la tension dans la phase 16 varie significativement à partir de la grandeur du courant et
de la tension, respectivement, dans la phase 18.
Finalement, la tension dans les phases 16, 18 est sujette par moments à une quantité relativement grande de distorsion harmonique comme représenté en figure 6A. Ces déficiences résultent en impulsions de couple dans un moteur comprenant le circuit 10, amenant de la sorte la vitesse du moteur à moduler et le moteur à tourner de
façon irrégulière.
Il existe ainsi un besoin pour un circuit de commande pour un moteur qui minimisera ou éliminera une
ou plus des déficiences ci-dessus mentionnées.
La présente invention propose un circuit de commande pour une utilisation en un réseau de déphasage
dans un moteur tel qu'un moteur à inductances.
Un but de la présente invention est de réaliser un circuit de commande pour un moteur qui réduira la modulation de vitesse dans le moteur et permettra de la
sorte un fonctionnement plus doux du moteur.
Des buts en rapport de la présente invention sont de réaliser un circuit de commande pour un moteur qui produira des formes d'onde de courant et de tension dans les phases du moteur qui sont plus douces, plus égales et moins sujettes à une distorsion harmonique en comparaison aux formes d'onde de courant et de tension produites par
des circuits de commande conventionnels.
Un circuit de commande pour un moteur selon la présente invention comprend une première phase de moteur ayant une première résistance reliée en série avec une première bobine de phase du moteur. Le circuit comprend en outre une seconde phase du moteur ayant une seconde résistance reliée en série avec une seconde bobine de phase du moteur. Finalement, le circuit comprend un condensateur relié entre les première et seconde phases
du moteur.
Un circuit de commande selon la présente invention lisse les formes d'onde de courant et de tension dans les bobines de phase du moteur en réduisant les caractéristiques non linéaires du moteur. Tout d'abord, le circuit de commande réduit la tension de fonctionnement maximum du moteur, empêchant de la sorte à la structure magnétique du moteur de saturer. En second lieu, l'ajout de dispositifs d'impédance linéaires tels que des résistances en série avec chaque bobine de phase rend le moteur plus linéaire que le moteur seul. Un circuit de commande selon la présente invention égalise également la grandeur du courant dans les bobines des phases du moteur -- produisant de la sorte un moteur à fonctionnement plus doux -- en égalisant l'impédance de circuit entre les phases du moteur. Dans un réseau de déphasage conventionnel tel que le circuit 10 de la figure 2A, l'impédance entre les phases 16, 18 diffère de
l'impédance d'une résistance 12 et d'un condensateur 14.
Dans le circuit de commande de l'invention, la différence en impédance entre les phases est limitée à l'impédance du condensateur (parce que les deux phases comprennent
une résistance).
Le circuit de commande de l'invention a plusieurs avantages additionnels en comparaison aux circuits de commande conventionnels. Tout d'abord, le circuit de l'invention résulte en une tension de fonctionnement plus faible pour le moteur, permettant de la sorte l'utilisation de fils de divers diamètres dans les phases du moteur. L'utilisation de fil de diamètre plus grand peut être avantageuse car un fil de diamètre plus grand est plus facile à enrouler et à terminer. En second lieu, le circuit de l'invention permet au moteur de tourner plus froid pour une tension d'alimentation donnée en comparaison aux circuits conventionnels. Finalement, le circuit de l'invention permet à un moteur de démarrer à des charges ayant une inertie plus grande en comparaison
aux circuits conventionnels.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement dans la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un moteur à inductances; - la figure 2A est un schéma schématique d'un circuit de commande conventionnel pour une utilisation en un réseau de déphasage; - la figure 2B est un schéma schématique d'un circuit de commande pour une utilisation en un réseau de déphasage selon la présente invention; - la figure 3A est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de courant dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2A pendant le fonctionnement normal; - la figure 3B est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de courant dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2B pendant le fonctionnement normal; - la figure 4A est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de courant dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2A pendant une rupture de couple; - la figure 4B est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de courant dans les phases moteur respectives d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2B pendant une rupture de couple; - la figure 5A est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de tension dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2A pendant un fonctionnement normal; la figure 5B est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de tension dans les phases respectives du moteur d'un moteur incorporant le circuit de la figure 2B pendant un fonctionnement normal; la figure 6A est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes d'onde de tension dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit de la figure 2A pendant une rupture de couple; et la figure 6B est un diagramme de formes d'onde illustrant les formes de tension dans les phases respectives du moteur d'un moteur comprenant le circuit
de la figure 2B pendant une rupture de couple.
En se référant maintenant aux figures, dans lesquelles des chiffres de référence identiques sont utilisés pour identifier des composants identiques dans les diverses vues, la figure 1 illustre un moteur à inductances typique 26. Bien que le moteur illustré comprenne un moteur à inductances à deux phases, on comprendra que l'invention telle que décrite ici pourrait être appliquée à d'autres moteurs comme cela est connu dans l'art. Le moteur 26 comprend un ensemble à rotor 28 et un ensemble à stator 30, dont tous les deux peuvent
être centrés autour d'un axe 32.
L'ensemble à rotor 38 est prévu pour déplacer une
charge (non représentée) reliée à l'ensemble à rotor 28.
L'ensemble 28 comprend un arbre 34 et un rotor 36 disposé autour de l'arbre 34. L'arbre 34 est prévu pour engager soit la charge soit un autre moyen pour engager la charge. L'arbre 34 s'étend longitudinalement le long de l'axe 32 et peut être centré autour de l'axe 32. Le rotor 36 est prévu pour impartir une rotation à l'arbre 34 et est capable d'une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Le rotor 36 peut être constitué d'un certain nombre de laminés d'un matériau ayant une reluctance magnétique relativement faible, telle que du fer. Le rotor 36 peut être centré autour de l'axe 32 et peut comprendre une clavette (non représentée) configurée pour être insérée dans une rainure de clavette (non représentée) dans l'arbre 34. Le rotor 36 comprend un certain nombre de pôles 38 de rotor s'étendant radialement extérieurement configurés en une paire a-a' de pl81es de rotor diamétralement opposés. Chacun des pôles 38 est généralement rectangulaire en section et peut comprendre une ou plusieurs dents s'étendant radialement extérieurement comme cela est connu dans l'art. Ceux de l'art comprendront que le nombre de pôles
38 du rotor 36 peut varier.
L'ensemble à stator 30 est prévu pour produire un couple pour provoquer une rotation de l'ensemble à rotor 28. L'ensemble à stator 30 peut comprendre un certain nombre de laminés 40 qui sont formés à partir d'un matériau, tel que du fer, ayant une reluctance magnétique relativement faible. L'ensemble 30 comprend un certain nombre de pôles 42 s'étendant radialement intérieurement configurés en paires de pôles de stator diamétralement opposés A-A', B-B'. Chaque paire de pôles de stator 42 est prévue pour attirer une paire correspondante de pôles de rotor 38 de l'ensemble à rotor 28 et provoquer de la sorte une rotation de l'ensemble à rotor 28. Les pôles 42 sont généralement rectangulaires en coupe et peuvent comprendre une ou plusieurs dents s'étendant radialement intérieurement (non représentées) comme cela est connu dans l'art. Les pôles 42 peuvent s'étendre le long de la longueur axiale de l'ensemble à stator 30 et définissent un alésage 44 qui est adapté pour recevoir l'ensemble à rotor 28. Ceux de l'art comprendront que le nombre de
pôles de stator 42 peut varier.
Une rotation de l'ensemble à rotor 28 est produite en excitant les bobines de phase 46, 48 entourant chaque paire de pôles du stator. Les bobines de phase 46, 48 sont formées en reliant, en série ou en parallèle, des enroulements sur les pôles de stator diamétralement opposés 42. Comme l'une des bobines de phase 46, 48 commence à conduire du courant, la paire de pôles de rotor la plus proche est magnétiquement attirée vers la paire de pôles de stator autour de laquelle la bobine de
phase excitée est enroulée.
En se référant maintenant à la figure 2B, un circuit de commande 50 selon la présente invention est prévu. Le circuit 50 comprend une paire de phases de moteur 52, 54. Chaque phase de moteur 52, 54 comprend une bobine de phase 46, 48. Le circuit 50 comprend en outre un moyen, tel qu'un condensateur 56 et des résistances 58, 60, respectivement, pour contrôler un premier courant de phase dans la bobine de phase 46 et un second courant de phase dans la bobine de phase 48. Le circuit 50 peut en outre comprendre un moyen, tel qu'un dispositif de commutation directionnel 62, pour sélectivement exciter des bobines de phase 46, 48 dans un certain nombre de séquences de phase pour changer de la sorte la direction
du moteur 26.
Le condensateur 56 est prévu pour produire un déphasage dans la tension et le courant appliqués à l'une des bobines de phase 46, 48 par une source d'alimentation de phase unique 64. Le condensateur 56 est conventionnel dans l'art. Le condensateur 56 est relié entre les phases du moteur 52, 54, ayant une première plaque 66 reliée à un noeud 68 et une seconde plaque 70 reliée à un noeud 72. Les résistances 58, 60 sont prévues pour réduire la modulation de vitesse dans le moteur 26 en lissant les formes d'onde de courant et de tension dans les phases du moteur 52, 54, égalisant la vitesse et les grandeurs de courant dans les phases respectives du moteur 52, 54, et réduisant la distorsion harmonique des formes d'onde de tension dans les phases 52, 54 du moteur. La résistance 58 est reliée en série avec la bobine de phase 46, ayant une première extrémité reliée à la plaque 66 du condensateur 56 et au noeud 70 et une seconde extrémité reliée à la bobine de phase 46. La résistance 60 est reliée en série avec la bobine de phase 48, ayant une première extrémité reliée à la plaque 70 du condensateur 56 au noeud 72 et une seconde extrémité reliée à la
bobine de phase 48.
Le dispositif de commutation directionnel 62 est prévu pour permettre l'excitation des bobines de phase 46, 48 en séquences multiples de sorte que l'ensemble à rotor 28 peut être amené à tourner soit dans la direction des aiguilles d'une montre soit dans la direction contraire des aiguilles d'une montre. Le dispositif de
commutation 62 est conventionnel dans l'art.
En se référant maintenant aux figures 3A à 6A et 3B à 6B, l'effet opérationnel d'un circuit de commande 50 selon la présente invention sera décrit. Les figures 3A à 6A illustrent des formes d'onde de courant et de tension dans un moteur comprenant un circuit de commande conventionnel 10. Les formes d'onde de courant et de tension dans la phase 16 du moteur sont représentées en trait fort tandis que les formes d'onde de courant et de tension dans la phase 18 du moteur sont représentées en pointillés. Les figures 3B à 6B illustrent des formes d'onde de courant et de tension dans un moteur 26 comprenant le circuit de l'invention 50. Les formes d'onde de courant et de tension dans la phase 52 du moteur sont représentées en trait fort tandis que les formes d'onde de courant et de tension dans la phase 54 du moteur sont représentées en pointillés. Bien que les formes d'onde assument une séquence d'excitation de 16 -> 18 dans le circuit 10 et 52 -> 54 dans le circuit 50, on
doit comprendre que la séquence d'excitation peut varier.
Comme représenté à la figure 3A, pendant le fonctionnement normal d'un moteur comprenant le circuit de commande conventionnel 10, les courants dans les bobines de phase 20, 22 atteignent des grandeurs de IA1 et IA2 ampères, respectivement. La différence en grandeurs de courants de crête entre les phases 16, 18 est de ce fait A(IIA1-IA21). En se référant maintenant à la figure 3B, pendant le fonctionnement normal d'un moteur 26 comprenant un circuit de commande 50 selon la présente invention, les courants dans les bobines de phase 46, 48 atteignent des grandeurs respectivement de IB1 et IB2 ampères. IB1 et IB2 sont respectivement inférieures à IA1 et IA2. Par conséquent, les formes d'onde de courant dans les phases 52, 54 du circuit 50 sont plus lisses que les formes d'onde de courant dans les phases 16, 18 du circuit conventionnel 10. De façon plus importante, la différence en grandeurs de courants de crête entre les
phases 52, 54, A([IB1-IB21), est inférieure à A([IAl-IA21).
Puisque les grandeurs de courant de crête dans les phases 52, 54 sont plus égales, il y a moins de modulation de
vitesse dans le moteur 26.
Les mêmes résultats sont accomplis comme le moteur approche une rupture dans le couple moteur. En se référant à la figure 4A, dans un moteur comprenant un circuit de commande conventionnel 10, les courants dans les bobines de phase 20, 52 atteignent des grandeurs respectivement de IA3 et IA4 ampères. La différence en grandeurs du courant de crête entre les phases 16, 18 est de ce fait A(IA3-IA3-IA4). En se référant maintenant à la figure 4B, dans un moteur 26 incorporant un circuit de commande 50 selon la présente invention, les courants dans les bobines de phase 46, 48 atteignent des grandeurs respectivement de IB3 et IB4 ampères. IB3 et IB4 sont inférieures respectivement à IA3 et IA4. Par conséquent, les formes d'onde de courant dans les phases 52, 54 du circuit 50 sont plus lisses que les formes d'onde de courant dans les phases 16, 18 du circuit conventionnel 10. De façon plus importante, la différence en grandeurs de courant de crête entre les phases 52, 54, A(IIB3-IB41), est inférieure à A(]IA3-IA41). Puisque les grandeurs de courant de crête dans les phases 52, 54 sont plus égales, il ya à nouveau une modulation de vitesse moindre dans le
moteur 26.
En se référant maintenant aux figures 5A et 5B, pendant le fonctionnement normal de moteurs comprenant un circuit de commande conventionnel 10 (figure 5A) et un circuit de l'invention 50 (figure 5B), les formes d'onde de tension dans les phases 16, 18 du circuit 10 et les phases 52, 54 du circuit 50 sont sensiblement équivalentes. Cependant, comme le moteur approche une rupture de couple, les formes d'onde de tension diffèrent comme représenté aux figures 6A et 6B. En se référant à la figure 6A, dans un moteur comprenant un circuit de commande conventionnel 10, les tensions dans les phases 16, 18 atteignent des grandeurs respectivement de VA3 et VA4 volts. La différence en grandeurs des tensions de
crête entre les phases 16, 18 est de ce fait A(IVA3-VA41).
En se référant maintenant à la figure 6B, dans un moteur incorporant un circuit de commande 50 selon la présente invention, les tensions dans les phases 52, 54 atteignent des grandeurs respectivement de VB3 et VB4 volts. VB3 et VB4 sont inférieures respectivement à VA3 et VA4. Par conséquent, les formes d'onde de tension dans les phases 52, 54 du circuit 50 sont plus lisses que les formes d'onde de tension dans les phases 16, 18 du circuit conventionnel 10. De façon plus importante, la différence en grandeurs de tension de crête entre les phases 52, 54, A(IVB3-VB41), est inférieure à A( IVA3-VA4I) - Puisque les grandeurs de tension de crête dans les phases 52, 54 sont plus égales, il y a une modulation de vitesse à nouveau moindre dans le moteur 26. Finalement, les formes d'onde de tension dans les phases 52, 54 du circuit 50 ne souffrent pas du même niveau de distorsion harmonique comme les formes d'onde de tension dans les phases 16, 18
du circuit 10 comme illustré aux figures 6A et 6B.
Un circuit de commande 50 selon la présente invention fournit des formes d'onde de courant et de tension plus lisses et plus égales dans les phases 52, 54 du moteur, pour réduire de la sorte la modulation de vitesse dans le moteur 26. Le circuit 50 lisse les formes d'onde de courant et de tension en réduisant les caractéristiques non linéaires du moteur 26. Tout d'abord, le circuit de commande 50 réduit la tension de fonctionnement maximum du moteur 26, empêchant de la sorte à la structure magnétique du moteur 26 de saturer. En second lieu, l'ajout des résistances 58, 60 augmente l'impédance linéaire du moteur 26. Le circuit 50 égale la grandeur du courant dans les bobines de phases du moteur 46, 48 -produisant de la sorte un moteur 26 tournant plus doucement -- en égalisant l'impédance de circuit
entre les phases 52, 54 du moteur. Comme mentionné ci-
dessus, dans un réseau de déphasage conventionnel tel que le circuit 10 en figure 2A, l'impédance entre les phases 16, 18 diffère de l'impédance d'une résistance 12 et d'un condensateur 14. Dans le circuit 50, la différence en impédance entre les phases 52 et 54 est limitée à l'impédance du condensateur 56 (parce que les deux phases
52, 54 comprennent les résistances 58, 60).
Claims (12)
1. Circuit de commande pour un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une première phase (52) du moteur ayant une première bobine de phase (46) et une première résistance (58) reliées en série; une seconde phase (54) du moteur ayant une seconde bobine de phase (48) et une seconde résistance (60) reliées en série; et un condensateur (56) relié entre les première et
seconde phases (52, 54) du moteur (50).
2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde bobines de phase précitées sont sélectivement excitées par une source d'alimentation de phase unique (64) et un premier courant de phase dans la première bobine de phase (46) est déphasé par rapport à un second courant de phase dans la seconde bobine de
phase (48).
3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grandeur du premier courant de phase précité est sensiblement égale à la grandeur du second courant de
phase précité.
4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (62) pour sélectivement exciter les première et seconde bobines de phase précitées dans un certain nombre de séquences de phase.
5. Circuit de commande pour un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une première phase (52) du moteur (50) ayant une première bobine de phase (46); une seconde phase (54) du moteur ayant une seconde bobine de phase (48); et un moyen pour commander un premier courant de phase dans ladite première bobine de phase et un second courant de phase dans ladite seconde bobine de phase, o lesdites première et seconde bobines de phase sont sélectivement excitées par une source d'alimentation de phase unique (62) et ledit premier courant de phase est déphasé par
rapport audit second courant de phase.
6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande précité comprend: une première résistance (58) reliée en série avec la première bobine de phase précitée; une seconde résistance (60) reliée en série avec ladite seconde bobine de phase; et un condensateur (56) relié entre les première et
seconde phases du moteur.
7. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la grandeur du premier courant de phase précité est sensiblement égale à la grandeur du second courant de
phase précité.
8. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour sélectivement exciter les première et seconde bobines de phase
précitées dans une pluralité de séquences de phase.
9. Moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un stator (30) ayant des première et seconde paires de pôles de stator diamétralement opposées; et un circuit de commande (50) comprenant: une première phase (52) du moteur ayant une première résistance (58) reliée en série avec une première bobine de phase (46), ladite première bobine de phase étant disposée autour de ladite première paire de pôles du stator; une seconde phase (54) du moteur ayant une seconde résistance (60) reliée en série avec une seconde bobine de phase (48), ladite seconde bobine de phase étant disposée autour de ladite seconde paire de pôles de stator; et un condensateur (56) relié entre lesdites première
et seconde phases du moteur.
10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les première et seconde bobines de phase précitées sont sélectivement excitées par une source d'alimentation de phase unique (64) et un premier courant de phase dans la première bobine de phase est déphasé par rapport à un
second courant de phase dans la seconde bobine de phase.
11. Moteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la grandeur du premier courant de phase précité est sensiblement égale à la grandeur du second courant de
phase précité.
12. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (62) pour sélectivement exciter les première et seconde bobines de
phase dans un certain nombre de séquences de phase.
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