Brevet FR2004060A1 — publié le 19691121

t .... - L'invention est relative à un dispositif de commande pour moteur à courant alternatif, en particulier à courant triphasé, alimenté par un onduleur auquel est appliquée une tension continue soumise à l'action d'un régulateur de tension et qui fonction-5 ne à une fréquence soumise à l'action d'un régulateur de fréquence, la tension et la fréquence dépendant l'une de l'autre et la tension de mesure ou réelle pour la commande de la régulation é-tant prélevée à la sortie du régulateur de tension. De tels dispositifs de commande servent, en premier lieu, à 10 commander la vitesse de rotation du moteur. Si, en effet, on fait varier la fréquence, la vitesse de rotation du moteur varie. Mais la réactance du moteur croît aussi avec la fréquence, de sorte que, pour maintenir à peu près constantes les conditions de flux magnétique, il faut accroître la tension en même temps que la fré-15 quence. Il est usuel, dans ce cas, d'utiliser une relation linéaire entre la fréquence et la tension. On connaît des dispositifs de ce genre dans lesquels on règle la fréquence désirée et où la tension est réglée en fonction de celle-ci. Mais ils présentent quelques inconvénients. En régi-20 me normal, il se produit, tout au moins avec les moteurs asynchrones, un certain glissement en fonction de la charge. Notamment lorsqu'on fixe une vitesse de rotation faible, la variation de la vitesse de rotation effective, qui est provoquée par les variations de charge, est relativement grande. En outre, aux 25 basses fréquences qui sont nécessaires pour obtenir de faibles vitesses de rotation et pour le démarrage dans certsiines circonstances, il se produit des régimes de fonctionnement dans lesquels la tension dépendant de la fréquence ne suffit plus à faire passer dans le moteur un courant suffisant à sa magnétisation, du 30 fait que les résistances ohmiques constantes sont trop grandes par rapport aux inductances variables avec la fréquence ; mais si la magnétisation décroît, le glissement croît ainsi que la variation de la vitesse de rotation qui dépend de la charge. Dans tous les cas, il faut tenir compte de ce que le moteur uti-35 lisé ne peut être dimensionné que pour un point de fonctionnement bien déterminé, par exemple 50 Hz, 220 V, de sorte que ces inconvénients ne peuvent être éliminés par des modifications de construction du moteur. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de comman-40 de permettant d'utiliser un moteur à courant alternatif usuel du 69 07304 2 2004060 commerce, de manière à éliminer, tout au moins partiellement»les inconvénients exposés relativement à la magnétisation et/ou à --a vitesse de rotation. Pour cela, l'invention prévoit de déduire de la tension ûs 5 mesure ou réelle une valeur de tension tirée du courant de l?or:-duleur et d'utiliser cette tension ainsi corrigée comme grandeur de commande ou de réglage® Dans ces conditions, on obtient une correction d'une ou plusieurs grandeurs variables telle que la magnétisation et/ou 1 10 tesse de rotation soient à volonté maintenues constantes, tou*. moins approximativement. Dans un premier exemple préféré de réalisation, la tension corrigée est comparée à la valeur de consigne du régulateur de tension et la tension réelle se trouve fixée en fonction de cgû 15 te comparaison. La valeur de consigne est donc comparée avec une tension artificiellement diminuée. Il en résulte que la tension réelle est à tout moment supérieure à la valeur de consigné qui est réglée an fonction de la fréquence ou en tant que grandeur de commande primaire. La tension, croissant avec le courant de 20 1'onduleur, entraine une compensation du glissement. En outr-, elle permet d® compenser une trop forte influence de la chute on-mique de tension, de sorte que la magnétisation demeure approximativement constante. 25 corrigée sert de grandeur de commande pour le régulateur de fréquence. La fréquence est ainsi une variable dépendant de la iGïs-sion et du courant de l'onduleur. Elle est maintenue artificiel -lement à une valeur inférieure à celle correspondant à une tension prédéterminée. En conséquence, l'inductance est réduite 30 par rapport à la résistance ohmique, de sorte que ce procédé iïi:. aussi contribue à maintenir un courant de magnétisation suffisant. Il est particulièrement avantageux d'utiliser simultanément ces deux procédés. Si on veille à ce qu'une première tension corrigée destinée au régulateur de tension soit inférieure à une se-35 conde tension corrigée destinée au régulateur de fréquence, on obtient des conditions optimales qui seront exposées avec plus " de précision ci-dessous. D'une manière judicieuse, la tension utilisée pour la corree-7§S| tion de la tension réelle est produite par une résistance de cgf>= 40 mande parcourue par un courant proportionnel au courant de l'on- Dans un second exemple préféré de réalisation, la tension BÂD ORÎQ1NAI 69 07304 3 2004060 duleur. Si on met en série avec la tension réelle la chute de tension aux bornes de la résistance de commande, changée de signe, on peut prélever directement la tension corrigée. On peut aussi produire, à l'aide de deux prises de la même résistance, 5 les deux tensions utilisées pour la correction. Pour éviter des pertes dans le circuit de l'onduleur, il est recommandé de faire passer le courant de l'onduleur dans une in-ductance-série dont les enroulements secondaires,alimentés en tension alternative, sont montés en série et d'alimenter en courant 10 continu la résistance de commande par l'intermédiaire d'un montage à redresseurs. Dans ces conditions, il est vrai, seule la composante active du courant de l'onduleur est transmise au circuit de commande ; mais on peut l'admettre du fait qu'en fonctionnement normal, le facteur de puissance cos ^ est relativement petit 15 Avec de telles dispositions, le régulateur de fréquence peut présenter une caractéristique tension/fréquence qui est linéaire, ce qui conduit à une conception extrêmement simple de cet appareil Dans un autre mode de réalisation préféré, le régulateur de tension comporte un montage limiteur de courant, qui, au dépasse-20 ment d'une valeur limite du courant, réduit la tension réelle en mettant hors circuit la régulation normale de tension. Un tel montage limiteur de courant empêche de surcharger l'onduleur et le moteur. Il en va de même pour le démarrage. Malgré cela, le dispositif de commande conforme à l'invention permet une montée en 25 régime impeccable avec une magnétisation suffisante, de sorte que le moteur peut aussi démarrer en charge. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le régulateur de tension est alimenté à tension continue constante et un interrupteur électronique laisse passer des impulsions de 30 fréquence de répétition constante, mais de largeurs différentes, la largeur d'impulsions et/ou la fréquence de répétition se trouvant diminuées au dépassement du courant limite. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple, non limitatif, de réalisation représenté par le 35 dessin annexé dans lequel : la fig. 1 est un schéma de principe du dispositif de commande conforme à l'invention j la fig. 2 est un diagramme courant/tension du régulateur de tension et 40 la fig. 3 un diagramme tension/fréquence du régulateur de 69 07304 4 2004060 fréquence. A des bornes 1 et 2 (fig. 1), auxquelles sont raccordés des conducteurs d'alimentation 3 et 4, est appliquée une tension continue constante U_ . Dans le conducteur d'alimentation 3 est mon~ 5 té un régulateur de tension 5 qui fournit une valeur réelle de tension Ui en fonction d'une valeur de consigne qui est donnée par la position d'une prise 6 sur une résistance de commande alimentée par une batterie 7. En outre, à l'aide d'un conducteur 8, on prélève la chute de tension aux bornes d'une résistance de me-10 sure R2 branchée dans le conducteur d'alimentation 3. Dès qu'est dépassée une valeur prédéterminée de la chute de tension, c'est-à-dire une valeur limite prédéterminée du courant de l'onduleur, l'action de la régulation normale de tension est einnihilée et la tension Ui réduite suffisamment pour qu'aucune surintensité dan-15 gereuse ne traverse l'onduleur. Le régulateur de tension 5 peut, par exemple, avoir la constitution décrite dans le brevet français P¥ 183.088 du 31 décembre. 1968 et qui se compose essentiellement d'un interrupteur électronique suivi d'un circuit de filtrage et d'un circuit de commande 20 d'impulsions. Pour la régulation de la tension, l'interrupteur é-lectronique est ouvert à fréquence de répétition constante mais est refermé après des intervalles de temps différents. Dès que la valeur limite du courant est dépassée, la fréquence de répétition est diminuée de sorte que la tension de sortie a une valeur rédui-25 te -en conséquence. La tension est appliquée,à travers une impédance de court-circuit 9, à un onduleur usuel qui se compose de six redresseurs commandés E^, Eg, E^, E^, E^, E^, et d'un circuit de blocage commun 10 et sur lequel sont prélevées les trois phases R, S 30 et T. Cet onduleur n'est représenté que schématiquement sur la fig. 1 où on n'a pas représenté de nombreux accessoires usuels tels que des diodes-shunts. Le circuit de blocage et les diodes commandées sont commandés par un appareil 11 qui est raccordé, de son côté,à un régulateur de fréquence 12. L'appareil de com-35 mande 11 fournit, au circuit de blocage, des impulsions de fréquence sextuple de celle donnée par le régulateur de fréquence 12 ; les diodes commandées E^ à Eg reçoivent des impulsions de commande aux instants où elles doivent être rendues conductrices. Régulateur de fréquence 12 et appareil de commande 11 peu-40 vent, par exemple, être constitués de la manière décrite dans le 69 07304 5 2004060 brevet français PV 183.086 du 31 décembre 1968. Dans le conducteur d'alimentation 4 est inséré l'enroulement primaire 13 d'une inductance-série 14, dont les deux enroulements secondaires 15 et 16 sont branchés en série ensemble et avec un 5 pont de redresseurs 17 sur une tension alternative constante Uw. Dans la diagonale du pont de redresseurs 17 est montée une résistance de commande R-. Celle-ci comporte une première prise 18 J t reliée à deux résistances R^ et R^ montées en série et formant un diviseur de tension ; au point 20 de connexion de ces deux résis-10 tances est prélevée la tension utilisée pour la comparaison avec la tension de consigne. Une seconde prise 19 est reliée en série à une résistance Rg et au régulateur de fréquence 12. A travers la résistance Rj passe un courant qui est proportionnel au courant actif passant à travers le conducteur d'alimentation 4. En 15 conséquence, il Sre produit des chutes - de tension^ U^ et A Ug entre le conducteur d'alimentation 4 et chacune des prises 18,19. Ceci signifie que le régulateur de tension 5 et le régulateur de fréquence 12 ne sont pas influencés par une tension proportionnelle à la valeur réelle de la tension mais par une 20 tension corrigée U^^ . La tension corrigée Ufcl correspondant au régulateur de tension 5 a la valeur : U. , •= U. - Au. kl î 1 et la tension corrigée U^ correspondant au régulatéur de tension 12 la valeur 25 Ufc2 = Ud - AU2 Le mode de fonctionnement de ce dispositif s'obtient en considérant les caractéristiques du régulateur de tension 5 et du régulateur de fréquence 12, représentées respectivement sur les figures 2 et 3. La vitesse de rotation désirée est fixée à l'ai-30 de de la prise 6 sur la résistance R^. La fréquence suit ce réglage du fait qu'elle dépend essentiellement de la valeur réelle U^ de la tension. Pour une valeur de consigne U^ donnée de la tension (figure 2),le régulateur de tension 5 tend à maintenir la tension de sortie à une valeur constante U^ (branche 35 de la courbe) jusqu'à ce que la valeur limite 1^ du contact I soit atteinte. Ensuite, la tension est réduite (branche K^ de la courbe) jusqu'à ce que l'on retrouve la valeur 1^ du courant. Le régulateur de fréquence 12 fait en sorte que la fréquence de sortie f soit proportionnelle à la tension qui lui est appliquée 40 (courbe K3). On peut ensuite distinguer les points de fonction 69 07304 e 2004060 nement suivants : a) On va supposer qu'à l'aide de la prise 6 sur la résistance R^, on a fixé une valeur de consigne déterminée de la tension. A cette valeur de consigne correspondent les coordonnées et 5 f^. Si on applique alors la tension U.. aux bornes 1, 2, le moteur, qui est encore au repos, absorbe un courant très fort. Celui-ci croit jusqu'à la valeur 1^. Sans compensation, le point de fonctionnement serait donné par les coordonnées 1^, Ug et f^ • Mais grâce à la résistance R^, il se produit une compensation. Celle-10 ci n'a aucune influence directe sur le régulateur de tension car celui-ci, à cet instant, n'est commandé que par le courant. Au contraire, la fréquence est abaissée à la valeur f^. De ce fait„ l'inductance du moteur décroît, tandis que sa résistance ohmique reste constante. Du fait que le courant est maintenu constant, 15 la tension nécessaire pour maintenir constant le courant s'abais-.se à la valeur Uj. Mais cette valeur, d'après la caractéristique K^, correspond à une augmentation de la fréquence à là valeur Ceci est équivalent à une compensation de la chute ohmique de tension ou, autrement dit, à un maintien de la magnétisation dis 20 moteur. Celui-ci a donc un couple de démarrage élevé. Le nouveau point de fonctionnement est alors donné par les coordonnées X^, et fj . La compensation peut être définie par le vecteur V b) A la montée en régime du moteur, son impédance augmente = 25 Tension et fréquence croissent à courant constant et le vecteur V se déplace le long de la ligne tracée en trait mixtes c) Lorsque fréquence et tension atteignent une valeur pour laquelle le courant tombe en dessous de la valeur limite, la régulation de tension entre en action. Du fait que le régulateur 30 de tension 5 tend à fixer la tension réelle tK â" une valeur fcellla que la tension corrigée Ukl corresponde à la valeur de consigna, IL croît de à U^. Mais comme cette tension plus élevée agit aussi sur le régulateur de fréquence 12, celui-ci produit une fréquence plus élevée, d'ailleurs non proportionnellement plus 35 élevée, mais en moindre mesure en raison de la contre-corapen -sation au moyen de la prise 19, de sorte qu'au lieu du point de fonctionnement (U^, on obtient le nouveau point de fonc tionnement (U4, Cette compensation peut être représentée par le vecteur V2« La différence constitue alors une compensa- 40 tion de glissement en fonction du courant actif. La différence 69 07304 i 2004060 U4 - sert en partie à la compensation du glissement (par sa fraction - U^) et en partie à la compensation de la chute de tension fpar sa fraction U4 - Les réglages des prises 18 et 19 doivent être adaptés à la 5 caractéristique du moteur. La prise 19 correspondant au régulateur de fréquence 12 est, au cours d'un essai de démarrage, a-justée de telle manière que le moteur monte en régime sous une charge donnée. La prise 18 correspondant au régulateur de tension est, au cours d'un essai de charge, ajustée à une valeur telle 10 que la vitesse à pleine charge du moteur corresponde à la vitesse nominale de rotation désirée. Avec un moteur asynchrone usuel du commerce, on a pu de cette manière maintenir constantes, avec une tolérance de -2%, toutes les vitesses de rotation fixées jusqu'à 10% en dessous de la vi-15 tesse maximale de rotation, à l'intérieur de la totalité de la gamme de charge, de zéro au couple à pleine charge. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses 20 diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 07304 B .2004060 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commande pour moteur à courant alternatif, en particulier à courant triphasé, alimenté par un onduleur auquel est appliquée une tension continue soumise à l'action d'un régulateur de tension et qui fonctionne à une fréquence soumise 5 à l'action d'un régulateur de fréquence, la tension et la fréquence dépendant l'une de l'autre et la tension de mesure ou réelle, pour la commande de la régulation, étant prélevée à la sortie du régulateur de tension, caractérisé en ce qu'une valeur de tension tirée du courant de l'onduleur est déduite de la tension 10 de mesure ou réelle et la tension ainsi corrigée est utilisée comme grandeur de commande ou de réglage. 2.- Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension corrigée est comparée à la valeur de consigne du régulateur de tension et la tension réelle se trouve 15 fixée en fonction de cette comparaison. 3.- Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension corrigée sert de grandeur de commande pour le régulateur de fréquence» 4.- Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 20 à 3, caractérisé en ce qu'une première tension corrigée destinée au régulateur de tension est inférieure à une seconde tension corrigée destinée au régulateur de fréquence. 5.- Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tension utilisée pour la correction 25 de la tension réelle est produite par une résistance de commande parcourue par un courant proportionnel au courant de l'onduleur. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux tensions utilisées pour la correction sont produites à l'aide de deux prises de la même résistance. 30 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le courant de l'onduleur traverse une inductance-série dont les enroulements secondaires, alimentés en tension alternative, sont montés en série et la résistance de commande est alimentée en courant continu par l'intermédiaire d'un montage à redresseurs. 35 8.- Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le régulateur de tension présente une caractéristique tension/fréquence linéaire. 9.- Dispositif dé commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le régulateur de tension comporte un 69 07304 9 2004060 montage limiteur de courant qui, au dépassement d'une valeur limite du courant, réduit la tension réelle en mettant hors circuit la régulation normale de tension. 10.- Dispositif de commande selon la revendication 9, carac-5 térisé en ce que le régulateur de tension est alimenté à tension continue constante et en ce qu'un interrupteur électronique laisse passer des impulsions de fréquence de répétition constante, mais de largeurs différentes, la largeur d'impulsions et/ou la fréquence de répétition se trouvant diminuées au dépassement du courant 10 limite.