Brevet FR2002664A1 — publié le 19691031

A V JL \J '■./ — La présente invention concerne la commande des outils et appareils portatifs, et plus particulièrement les dispositifs de contrôle de l'énergie qui sont suffisamment petits pour être montés à l'intérieur du boîtier d'un outil ou d'un appareil quelconque, 5 et commandés pendant l'utilisation de cet appareil. De tels dispositifs de contrôle de l'énergie sont complètement enfermés dans une matière isolante pour permettre leur insertion dans le boîtier de l'outil, le dispositif d'actionnement faisant saillie hors du boîtier, et pour permettre une jonction de ses bornes au mo-10 teur de l'outil, d'une part, et à la source de courant, d'autre part. On connaît à ce jour des systèmes de contrôle de l'énergie complètement montés à l'intérieur du boîtier de l'outil, ou sur ce boîtier lui-même. 15 Une forme antérieure de réalisation comprend un circuit à semiconducteurs pour le contrôle de l'énergie, pourvu d'une régulation automatique par contre-réaction de la tension de la charge. Ce circuit est monté sur un panneau qui constitue la plaque inférieure du boîtier d'une perceuse portative, et est commandé par un commu-20 tateur à déclenchement et une résistance variable ajustée au moyen d'un bouton rotatif actionné par le pouce, pour le contrôle de la vitesse. Toutefois, ce circuit est spécialement adapté à une perceuse d'un type particulier, n'est pas incorporé à l'outil et n'est pas susceptible d'un emploi généralisé. 25 Dans une autre forme antérieure de réalisation, les éléments d'un circuit de contrôle de l'énergie sont enfermés dans la base en matière isolante d'un commutateur à déclenchement et le commutateur ainsi que la résistance variable sont également montés à l'intérieur de cette base, de manière à constituer un dispositif 30 autonome pour la commande de la vitesse, susceptible d'un emploi général dans les perceuses électriques et appareils similaires. Toutefois, pour loger un tel circuit à l'intérieur de la base d'un commutateur à déclenchement du type usuel, on s'est trouvé contraint de restreindre au minimum ses composants. Il a fallu en 35 particulier éliminer la contre-réaction électrique, en raison des dimensions physiques importantes des composants de forte puissance que l'on estimait alors nécessaires pour transmettre l'énergie de réaction provenant du moteur. Comme conséquence de cette réduction du circuit à ses éléments absolument essentiels, cette 40 réalisation antérieure présente une caractéristique vitesse-couple 69 04180 200266 * très tombante, de sorte que la puissance disponible à ^extrémité inférieure de la gamme de vitesses est insuffisante pour permettre de manière efficace l'accomplissement de certaines tâches, telles que le serrage de vis ou opérations similaires. 5 Dans une autre forme antérieure de réalisation, on utilise pour monter le circuit de contrôle de l'énergie un boîtier distinct, dans lequel on enfiche la prise de courant de l'outil, ce boîtier comportant un bouton ou dispositif analogue pour le réglage de l'énergie. 10 Toutefois, aucune de ces réalisations antérieures ne présente la combinaison de caractéristiques qui sont désirables pour un dispositif de ce genre. En effet elles ne comportent pas de comparaison de la tension de réaction électrique à la tension de référence pour obtenir la tension de base pour la commande de l'a-15 morçage par rampe de tension et tension de base. Elles ne comportent pas à la fois la réaction électrique de la charge destinée à la régulation de vitesse, et la construction de l'ensemble sous forme d'une unité de faibles dimensions qui puisse être logée dans la base d'un commutateur classique à déclenchement. Elles ne pré-20 sentent pas à la fois une telle réaction, et l'universalité d'application à des outils ou appareils en général; et elles ne présentent pas à la fois une telle réaction, et une construction autonome avec commande à déclenchement utilisable pendant l'utilisation de l'outil. 25 La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteur, qui est réglable d'une manière continue, dans une gamme prédéterminée, en vue de contrôler l'énergie électrique délivrée à une charge. Ce dispositif comporte une commande de réaction électrique automatique et il est conçu de manière à présenter une dissi-30 pation d'énergie électrique suffisamment faible pour permettre l'emploi de composants électriques d'une puissance nominale assez faible, et par conséquent de dimensions assez réduites pour pouvoir être logés aisément dans la base d'un commutateur à poussoir de dimensions usuelles. Le dispositif assure de plus une perfor-35 mance améliorée. Un but de l'invention est de procurer un dispositif de commande de l'énergie destinée à une. charge.électrique. Un but plus spécifique de l'invention est-de procurer un dispositif perfectionné de commande de l'énergie du type à réaction 40 automatique pour une charge électrique. 69 04180 2 C 0 2 6 é ■ Un autre but spécifique de 1 invention est de procurer un dispositif de commande de l'énergie du type à réaction électrique pour un dispositif de charge conçu de manière à présenter une dissipation d'énergie suffisamment faible dans les composants, 5 pour permettre l'emploi de composants suffisamment petits pour que le système tout entier puisse être logé dans la base d'un commutateur à poussoir du type usuel. Un autre but spécifique de l'invention est de procurer un dispositif perfectionné de commande de la vitesse, avec réaction é-10 lectrique, pour un moteur électrique, dispositif qui assure un contrôle stable de la vitesse dans toute une gamme utile de vitesses à partir d'une vitesse nulle, y compris le démarrage à la vitesse zéro, sans saccades, et qui est entièrement enfermé dans une unité de dimensions minimales. 15 Un autre but spécifique de l'invention est de procurer un dispositif perfectionné de commande de la vitesse du type à réaction du signal de vitesse pour un moteur série, dans lequel le couplage harmonique entre inducteurs et induit est éliminé, la tendance au pompage est réduite, le gain peut être augmenté, et le démarrage 20 à la vitesse nulle est possible sans saccades. Selon 1'invention, le dispositif de commande et de régulation, qui permet un contrôle continu de l'énergie fournie par une source de courant alternatif à un dispositif de charge dans une gamme substantielle de valeurs de l'énergie à partir d'une énergie nulle, 25 comprend : - un semi-conducteur de commande ayant un circuit de courant primaire et un circuit secondaire de commande ayant une partie • commune avec le circuit primaire d'un côté de celui-ci, - des moyens pour connecter le circuit primaire et le disposi-30 tif de charge aux bornes de la source, la portion sensible du dispositif de charge étant connectée à ladite partie commune, - un dispositif de temporisation à délai variable alimenté par la. source et fournissant un signal d'amorçage au circuit de commande afin de rendre conducteur ledit semi-conducteur dans son 35 circuit primaire lorsque des demi-périodes positives de la tension de la source sont appliquées au circuit primaire, ce dispositif comprenant : - un condensateur de commande d'amorçage connecté aux bornes dudit circuit de commande, 40 - un générateur de tension de référence réglable, 69 04180 2";7f. - un dispositif comprenant un élément à conduction unidirectionnelle couplant ledit générateur de tension de référence à la jonction du condensateur de commande d'amorçage et du circuit de commande et à la portion sensible de la charge, formant un circuit de 5 réaction en boucle dans lequel la portion sensible de la charge engendre une tension proportionnelle au fonctionnement du dispositif de charge et dont la polarité, par rapport à la tension de référence, est telle qu'on obtient, par compensation une tension résultante pour charger le condensateur de commande d'amorçage à 10 un niveau de tension de base au début de chaque demi-période positive de la source de tension, - et des moyens pour contrôler une rampe de tension, connectés entre l'autre côté du circuit primaire et ladite jonction, de façon à commander la charge dudit condensateur, en réponse à chaque 15 demi-période positive de l'onde sinusoïdale de la source de tension, par une rampe de tension de caractéristique cosinusoîdale qui est superposée à la tension de base précitée, de manière à permettre une importante variation de la phase d'amorçage en réponse à une variation relativement faible de la tension de base. 20 D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté plusieurs réalisations préférées de l'invention. - la Fig. 1 est un schéma d'un dispositif de commande conforme à 25 l'invention, dans lequel la tension de référence est fournie par une batterie de tension réglable. - la Fig. 2 est un schéma d'un dispositif de commande conforme à l'invention, comprenant une première réalisation du circuit fournissant la tension de référence. 30 - la Fig. 3 est un schéma d'un dispositif de commande conforme à l'invention, comprenant une deuxième réalisation du circuit fournissant la tension de référence. - la Fig. 4 est un graphique représentant, sous forme de courbes, les caractéristiques de fonctionnement de l'invention comparées à 35 celles d'un dispositif antérieur. - les Fig. 5 à 7 représentent les variations de la tension aux bornes de l'élément de commande et du condensateur de commande de l'amorçage, pour trois conditions de fonctionnement du moteur. - la Fig. 8 est une vue perspective d'un dispositif de commande 40 de la vitesse à commutateur à déclenchement mettant en oeuvre 69 04180 5 2 U v/ Z. O '> l'invention. - la Fig. 9 est une section droite suivant IX-IX de la Fig. 8 représentant la structure du potentiomètre, ainsi que d'autres organes internes. 5 - la Fig. 10 est une section droite partielle suivant X-X de la Fig. 8, et montrant la construction du commutateur. - la Fig. 11 est une section droite suivant XI-XI de la Fig. 9, montrant une vue en plan de l'absorbeur de chaleur et des éléments à semi-conducteurs montés sur celui-ci. 10 - la Fig. 12 est une section droite suivant XII-XII de la Fig. 9, représentant une vue en plan de composants du circuit, comprenant deux résistances et un condensateur à l'intérieur de la base; et - la Fig. 13 est une section droite suivant XIII-XIII de la Fig. 9, montrant une vue en plan de composants du circuit compre- 15 nant deux résistances, une diode Zener, et des bornes de connexion, tels qu'ils apparaîtraient si l'on enlevait la planchette de montage. Si l'on se réfère à la Fig. 1, celle-ci représente un dispositif de commande de vitesse, alimenté par une source 2 de courant 20 alternatif, pour commander un moteur universel représenté par l'induit A. Ce dispositif comprend un élément semi-conducteur à amorçage commandé pour le contrôle de la puissance, tel qu'un thyristor SCR. Le circuit primaire de ce thyristor est connecté par ses 25 électrodes principales de conduction, telles que son anode et sa cathode, en série avec l'induit A du moteur, aux bornes de la source de courant 2, de telle manière que l'induit A se trouve branché entre la cathode et la source. Un dispositif de commande fournissant une n rampe " de tension qui est représenté sous la 30 forme d'une résistance RI de commande de gain variable, et d'un condensateur Cl de commande de l'amorçage, est connecté en série dans cet ordre entre l'anode et la cathode du thyristor, la jonction entre la résistance et le condensateur étant connectée à la porte du thyristor et la tension engendrée sur le condensateur 35 étant appliquée aux bornes du circuit secondaire, ou de commande du courant, du thyristor. Un thyristor sensible, ayant par exemple un courant maximal de porte de 200 microampères environ, est préférable pour l'application aux outils portatifs, afin de réduire l'encombrement et la 40 puissance nominale des composants du circuit. Kais l'invention 69 04180 6 21Û26. , n'est pas limitée à l'emploi d'un tel redresseur, d'autres types de thyristors étant utilisables dans le dispositif. Un générateur de tension de référence, représenté sous la forme d'une batterie 4 de tension réglable entourée d'un rectangle 5 6 en pointillé, est connecté par une diode unidirectionnelle ÏÏL entre la borne de la source de courant alternatif reliée à l'induit et la porte du thyristor. La borne positive de la batterie à tension réglable est connectée à la porte du thyristor à travers la diode D1 dans le sens direct ou de faible impédance, et la 10 borne négative de la batterie est connectée à la jonction de l'induit du moteur et de la source à courant alternatif. La force contre-électromotrice CEMF du moteur est représentée symboliquement par une batterie réunie par des lignes en pointillé aux bornes de l'induit du moteur, la borne positive de la bat-15 terie étant reliée à la cathode du thyristor, et la borne négative étant reliée à la source de courant alternatif. En fonctionnement, le dispositif de la Fig. 1 amorce le thyristor à chaque demi-onde positive de chaque période de la tension, en admettant que la tension de référence de la batterie 4 et la 20 résistance RI de contrôle du gain soient réglées de manière à élever la tension de la porte au niveau de la tension d'amorçage. A. chacune de ces demi-ondes positives, c'est-à-dire quand la borne supérieure de la source 2 est positive, une tension .d'amorçage est engendrée aux bornes du condensateur Cl, pour amorcer le thy-25 ristor. La tension d'amorçage se compose de deux parties, l'une fixe, mais réglable, dénommée tension " de base ", et l'autre croissant rapidement, dénommée • rampe de tension ", qui se superpose à la première. En ce qui concerne la tension de base, la batterie 4 30 provoque le passage d'un courant.dans la diode Dl, de manière à charger rapidement le condensateur Cl jusqu'à une tension fixe prédéterminée dépendant du réglage de la batterie 4. Durant la demi-période positive de la tension de la source 2, un courant traverse la résistance RI afin de. charger le condensateur Cl, ce 35 qui fournit la tension croissante ou " rampe de tension ", qui se superpose à la tension de base fixe engendrée par la batterie 4. De la sorte, la tension entre porte et cathode croît durant la demi-période positive, jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur d'amorçage du thyristor. Si cette tension d'amorçage n'est pas attein-40 te( lors de la demi-période négative qui suit, le condensateur est 69 04190 2002664 déchargé d'une quantité égale à la charge précédemment acquise, et l'on évite ainsi une accumulation de charge, de période à période. La principale cause du fonctionnement saccadé du moteur aux faibles vitesses se trouve ainsi éliminée. 5 Cette rampe de tension possède, par rapport à l'onde sinusoïdale de tension appliquée à l'anode du thyristor, une caractéristique cosinusoîdale. C'est-à-dire que, comme le passage du courant chargeant*le condensateur à travers la résistance RI dépend de la grandeur de l'onde sinusoïdale de tension de la source 2 10 durant la demi-période positive,* il apparaît clairement que la rampe de tension croîtra à une faible vitesse au début de la demi-période positive, croîtra à sa vitesse maximale au milieu de la demi-période, quand la tension de la source est maximale, et se stabilisera à son niveau maximal vers la fin de la demi-période 15 positive de la source de tension. Ainsi la rampe de tension sera équivalente à une onde sinusoïdale décalée en arrière de 90° par rapport à l'onde sinusoïdale de la source, c'est-à-dire qu'elle aura l'allure d'une ondê cosinusoîdale. Cette rampe de tension cosinusdïdale superposée à une tension 20 de base constante, mais réglable, âssure une relation linéaire entre l'entrée et la sortie, tandis que de faibles variations de la tension de base produisent d'importantes modifications de l'angle de phase de l'amorçage. La linéarité est assurée du fait que la tension de rampe cosinusoîdale quand elle est élevée ou abais-• 25 sée de quantités égales par la tension de base, produit de faibles modifications du décalage angulaire au centre ou au voisinage du centre de la demi-période positive de la source de tension où l'amplitude est grande, et des modifications proportionnellement plus grandes du décalage angulaire dans les parties initiale et 30 finale de la demi-période positive, là où l'amplitude est moindre. Quand le thyristor est amorcé, à chaque demi-période positive, un courant émanant de la source à courant alternatif traverse le thyristor et l'induit du moteur, de manière à démarrer le moteur. Dans cette figure, l'induit A est censé représenter le moteur tout 35 entier, y compris son enroulement inducteur. Le moteur peut être du type série tel qu'un moteur universel normalement utilisé dans les appareils et les outils d'une certaine puissance. En variante, l'enroulement série peut être inséré dans un des conducteurs reliés à la source. 40 Quand le moteur tourne, il engendre une force contre-électro- 69 04180 8 ■ motrice représentée par la batterie CEMF. Entre les impulsions de courant, c'est-à-dire quand 1'élément de commande n'est pas conducteur, l'énergie produisant cette force contre-électromotrice est empruntée au champ magnétique résiduel. Ce champ magnétique 5 résiduel demeure relativement constant durant cet intervalle de temps; par conséquent, la force contre-électromotrice est une fonction directe de la vitesse de rotation. Comme on le verra clairement, cette contre-tension CEMT présente une polarité qui est en opposition avec la polarité de la tension de référence. 10 En conséquence, la force contre-électromotrice vient en déduction de la tension de référence, de sorte que la tension résultante assurant la charge du condensateur Cl est la différence de ces deux tensions. H résulte de ce qui précède que la force contre-électromotrice constitue une tension de réaction négative qui 15 est utilisée pour régler la vitesse du moteur dans des conditions de charge variables. Si la charge entraînée par le moteur vient à augmenter, provoquant tin ralentissement du moteur, la force contre-électromotrice dont l'intensité est proportionnelle à la vitesse du moteur dé-20 croît de manière à provoquer un accroissement correspondant de la tension qui charge le condensateur Cl. H en résulte que le condensateur atteint plus tôt la tension d'amorçage, de sorte que l'angle d'amorçage se trouve avancé. Du fait de cette avance de la phase d'amorçage, une plus grande énergie est appliquée au 25 moteur, puisque le thyristor conduit toujours jusqu'à la fin de la demi-période positive de la source de tension. Cette augmentation d'énergie a pour effet d'accélérer le moteur. Si la charge entraînée par le moteur diminue, provoquant ainsi une accélération du moteur, la force contre-électromotrice qui 30 est proportionnelle à la vitesse du moteur, croît de manière à causer une diminution de la tension qui charge le condensateur CL. En conséquence, il faut maintenant davantage de temps pour charger le condensateur jusqu'à ce qu'il atteigne la valeur d'amorçage, de sorte que l'angle d'amorçage se trouve retardé. Ce retard 35 de l'angle d'amorçage a pour conséquence l'application d'une puissance moindre au moteur, et le ralentissement de ce dernier. Il résulte clairement de ce qui précède que le moteur est branché dans la boucle de réaction ou boucle de contrôle, c'est-à-dire dans le circuit fermé connecté aux bornes du condensateur 40 d'amorçage, et englobant le dispositif 4 fournissant la tension de 69 04180 y 1 c J 1. ki • référence, ainsi que la diode Dl. A l*intérieur de cette boucle de réaction, le moteur remplit une fonction régulatrice en renvoyant un signal de vitesse qui sert à modifier la tension de référence dans un sens qui tend à maintenir constante la vitesse du 5 moteur, même si la charge varie. Cette régulation est automatique, et le seul ajustement manuel nécessaire consiste à choisir la vitesse désirée pour le moteur en fixant la valeur de la tension de référence. Tandis que la Fig. 1 représente, d'une manière générale, le 10 générateur de tension de référence sous la forme d'une batterie de tension réglable, la Fig. 2 représente un circuit plus pratique. Dans cette figure les mêmes éléments qu'à la Fig. 1 portent le même repère. Dans le dispositif de la Fig. 2, la borne supérieure d'une 15 source 2 de courant alternatif est connectée, par le moyen d'un conducteur de ligne PLI et d'un commutateur 8, à l'anode du thyristor SCR, et la cathode de ce dernier est connectée à la borne inférieure de la source par l'intermédiaire de l'enroulement induit k et de l'enroulement inducteur F, puis du conducteur de li-20 gne FL2. Le commutateur 8 comporte un contact glissant 8a en pont, un contact fixe de forme allongée 8b, et .'une paire de contacts fixes 8c et 8d, également espacés à partir du contact fixe 8b. Quand on déplace le contact 8a dans la direction de la flèche, 25 il réunit tout d'abord les contacts 8b et 8c, et quand on continue à le déplacer, il réunit les contacts 8b et 8d. La borne supérieure de la source 2 à courant alternatif est reliée au contact fixe 8b, et le contact fixe 8c est connecté à l'anode du thyristor SCR, pour assurer les opérations d'amorçage et de cou-30 pure, tandis que le contact 8d est connecté à la cathode du thyristor pour le court-circuiter. Une résistance fixe RI*, de valeur choisie, qui constitue le dispositif de contrôle de la rampe de tension, et un condensateur Cl sont connectés en série dans cet ordre entre ltanode ét la ca-35 thode du thyristor et la jonction entre RI* et Cl est connectée à la porte du thyristor. Le générateur de tension de référence, inclus dans le rectangle 6' en traits interrompus, est connecté, à travers la diode Dl, dans le sens direct ou de faible impédance, à la jonction entre condensateur Cl et résistance RI*. 40 Le générateur de tension de référence, inclus dans le rectangle 69 04180 io 2C026 ' 1 6' de la Fig. 2, a été substitué à la batterie 4 incluse dans le rectangle 6 de la Fig. 1; il est conçu pour être alimenté par la même source 2 à courant alternatif qui alimente le moteur. Ce générateur de tension de référence comprend un diviseur de 5 tension et un dispositif permettant dAppliquer une tension de référence réglable de manière continue, provenant de ce diviseur, pour charger le condensateur Cl, en passant par la diode Dl. Ce diviseur de tension est connecté aux bornes de la source 2. D'une manière plus spécifique, ce diviseur de tension comprend un cer-10 tain nombre d'éléments connectés en série entre le contact fixe 8c et la borne inférieure de la source 2 à courant alternatif. Cette série d'éléments comprend une résistance fixe R2 de valeur ohmique relativement élevée, une résistance fixe R3, une résistance potentiométrique PR, et une diode unidirectionnelle D2 15 orientée dans le sens direct ou de faible impédance, tous ces éléments étant montés dans cet' ordre entre le contact 8c et la borne inférieure de la source 2 de courant. Un curseur en pont PS, a une extrémité reliée par un contact glissant à la résistance PR du potentiomètre, et l'autre extrémité en contact avec une lame de 20 contact CS connectée elle-même à travers la diode Dl à la borne supérieure du condensateur d'amorçage Cl. La ligne en traits interrompus entre le contact 8a et le curseur PS du potentiomètre représente une liaison mécanique décrite ci-après en référence aux Fig. 9 et 10, grâce à laquelle le contact 8a et le curseur 25 PS se déplacent ensemble dans la direction des flèches, quand on appuie sur un levier de commande. Une diode Zener ZD de blocage de tension est connectée, dans son sens d'avalanche d'électrons ou de " claquage entre la jonction de R2 et R3 et la jonction entre la résistance PR du potentiomètre et la diode D2, de maniè-30 re à se trouver aux bornes de l'ensemble constitué par la résistance R3 et la résistance PR du potentiomètre. Le dispositif de la Fig. 2 comprend aussi un dispositif permettant de décharger le condensateur Cl à chaque demi-période négative de la tension de la-source, c'est-à-dire durant l'inter-35 valle de temps où la borne inférieure de la source de courant alternatif est positive et la borne supérieure de cette source est négative, ou quand la tension du condensateur est supérieure à la tension de la source. Ce dispositif comprend un circuit diode-résistance composé d'une résistance R4 et d'une diode D3 connec-40 tées en série, l'ensemble étant connecté entre la porte et l'anode 69 04180 11 2002664 du thyristor, la diode D3 étant orientée dans son sens direct ou de faible impédance, en allant de la porte à 1*anode du thyristor. Ce dispositif procure ion parcours de décharge unidirectionel en parallèle avec la résistance KL', d'impédance moindre que cette 5 dernière, pour décharger le condensateur Cl dans la source de courant alternatif durant les demi-périodes négatives de la tension de la source. Alors que l'enroulement d'excitation F.du moteur a été représenté Fig. 2 comme étant connecté en série avec le bobinage de 10 l'induit A dans la boucle de réaction, il va de soi que cet enroulement d'excitation pourrait, en variante, être connecté à l'extérieur de la boucle de réaction, par exemple dans le conducteur de ligne PL2, entre la borne inférieure de la source 2 de courant alternatif et la jonction de la diode D2 avec cette source. 15 On va décrire maintenant le fonctionnement du dispositif représenté Fig. 2. Afin de relier la source d'énergie au moteur et de le démarrer, on déplace le contact en pont 8a dans la direction de la flèche, afin de relier ensemble les contacts fixes 8b et 8c. Cela ferme 20 un circuit de la borne supérieure de la source 2 à l'anode du thyristor, tandis que la cathode de ce dernier est connectée à la borne inférieure de la source 2, à travers l'induit A et l'enroulement d'excitation F. Les contacts 8a, 8b, et 8c du commutateur ferment également un 25 circuit de la borne supérieure de la source à sa borne inférieure en traversant les résistances fixes R2 et R3, la résistance PR du potentiomètre, et la diode D2, ce qui provoque le passage d'un courant dans ce circuit à chaque demi-période positive de la tension de la source, quand la même demi-période positive de la ten-30 sion de la source est également appliquée à l'anode du thyristor. La diode Zener ZD bloque la tension aux bornes des résistances R3 et PR à un niveau fixe. En admettant que la tension aux bornes de ces deux résistances due au passage dans ces résistances du courant mentionné plus haut soit supérieure à la tension de cla-35 quage de la diode Zener, celle-ci s'amorce, et bloque le potentiel à la jonction des résistances R2 et R3 à une valeur fixe égale à cette tension de claquage. Par conséquent, bien que la tension de la source varie comme une fonction sinusoïdale, la tension qui apparaît à la résistance du potentiomètre croît rapidement 40 jusqu'à une valeur constante dès le début de la demi-période 0^80 12 2oo2664 positive, pour assurer une charge stable, réglable de manière sélective, du condensateur d'amorçage. Si la tension à.la jonction des résistances R2 et R3 tendait à croître, une avalanche croissante de courant traverserait la diode Zener, de manière à 5 maintenir la tension constante. Le curseur PS du potentiomètre se déplace vers le haut, dans le sens de la flèche, en même temps que le contact 8a en pont glisse sur les contacts fixes 8b et 8c. Il en résulte qu'une partie croissante de la résistance PR se trouve insérée dans la bou-10 cle de réaction. La tension croissante prélevée sur la résistance PR provoque le passage d'ion courant de charge du, condensateur Cl qui traverse la lame de contact CS, la diode Dl, le condensateur Cl, et le moteur (induit A et enroulement d'excitation F). Ce courant charge rapidement à line valeur fixe le condensateur Cl à 15 chaque demi-période positive de la tension de la source. Cette valeur fixe peut être ajustée vers le haut ou vers le bas en déplaçant le curseur PS du potentiomètre vers le haut ou vers le bas respectivement. A la fin de chaque demi-période positive, quand la tension appliquée tend vers zéro et change de polarité pour 20 devenir une demi-période négative, le condensateur Cl ëe décharge, à travers la résistance R4 et la diode D3, dans la source d'éner*-gie. Un certain courant de décharge peut également traverser la résistance R'1, bien que la résistance R4 présente une valeur ohmique beaucoup plus faible, de sorte que la plus grande partie 25 du courant de décharge traverse la résistance R4. En conséquence, la tension du condensateur due au passage du courant provenant du circuit fournissant la tension de référence considéré séparément constitue une base présentant un front très raide, un sommet plat, et une extrémité rapidement tombante. 30 Une rampe de tension de forme cosinusoîdale est superposée à la tension de base, ce qui permet d'obtenir une importante variation de.l'angle d'amorçage en réponse à une faible variation de la tension de base, et d'assurer une relation linéaire entre les commandes d'entrée et de sortie. Cette rampe de tension est four-35 nie par le courant qui traverse la résistance RI' pour charger le condensateur Cl. La diode Dl s'oppose au retour du courant qui traverse la résistance RI' dans le circuit de la tension de référence, de sorte le condensateur Cl peut se charger à une tension plus élevée que la tension de base, en conformité avec la 40 rampe cosinusoîdale. Le gain, c'est-à-dire la pente de la rampe 69 04180 13 2002664 de tension, peut être ajusté par un choix judicieux de la valeur de la résistance KL', une augmentation de KL' entraînant un accroissement de gain et vice-versa. Quand la rampe de tension appliquée au condensateur Cl at-5 teint la valeur d'amorçage, le condensateur Cl se décharge dans la porte du thyristor SCR, ce qui rend ce dernier conducteur. Le courant provenant de la source de courant alternatif traverse alors les contacts 8a, 8b, et 8c du commutateur 8, l'anode et la cathode du thyristor, l'induit et l'enroulement inducteur du mo-10 teur pour faire démarrer ce dernier. Concourant circule depuis l'instant de l'amorçage jusqu'à la fin de chaque demi-période positive, le moteur recevant ainsi une succession d'impulsions de courant, k chaque demi-période négative, le circuit diode-résistance D3-R4 décharge le condensateur Cl, pour lui permettre de 15 recommencer à se charger, en partant du même niveau de tension, à chaque demi-période positive. Cela assure la stabilité de fonctionnement du fait que le moteur reçoit une impulsion de courant à chaque période de la tension de la source. Les demi-périodes négatives de tension ne fournissent pas d'é-20 nergie au moteur. La diode D2 s'oppose au passage de courant dans le circuit de la tension de référence, afin de réduire au minimum la dissipation d'énergie dans ce circuit, et le thyristor SCR ne conduit pas dans la direction inverse, et par conséquent s'oppose au passage de courant dans le circuit du moteur durant les pério-25 des où la polarité de la tension de la source est inversée. Le dispositif de la Fig. 2 permet de régler la vitesse, d'une manière continue, entre une vitesse nulle et la vitesse à laquelle le moteur tourne quand le thyristor conduit durant la totalité de la demi-période positive de tension. La vitesse à laquelle le 30 moteur tourne quand le thyristor SCR conduit pendant une demi-période complète dépend du type particulier du moteur, de ses engrenages, de sa charge etc., pour une perceuse électrique portative, mais à charge nulle cette vitesse est sensiblement supérieure à la moitié de la pleine vitesse. 35 Pour obtenir la pleine vitesse, on"poursuit le déplacement du contact 8a, de manière à réunir électriquement les contacts fixes 8b et 8d. Comme on le voit sur la Fig. 2, le générateur de tension de référence et le circuit du thyristor SCR sont alors déconnectés, et le moteur est relié directement aux bornes de la source 40 de courant alternatif. En d'autres termes, cette commutation a 69 04180 u ' 2002664 pour effet de court-circuiter le circuit de commande de la vitesse. La totalité de la tension alternative se trouve maintenant appliquée au moteur, afin de le faire tourner à sa pleine vitesse. k chaque demi-période négative, la diode D2 s'oppose au passa-5 ge du courant du conducteur de ligne PL2 dans le générateur de la tension de référence, ainsi que dans la diode Dl et le circuit porte-cathode du thyristor, qui est en parallèle sur le moteur, quand le contact 8a atteint le contact 8d. Le dispositif représenté Fig. 2 peut être facilement modifié 10 pour passer du système de commande à une alternance à un système de commande à deux alternances, c'est-à-dire à un système dans lequel le thyristor est amorcé non plus à chaque demi-période positive mais à chaque demi-période. On obtient ce résultat en connectant un pont redressant les deux alternances entre la sour-15 ce à courant alternatif et les deux conducteurs de lignes PLI et EL2. îîoyennant cette adjonction, une tension de polarité positive correspondant au redressement des deux alternances est appliquée au dispositif. La diode D2 peut être omise dans une telle modification. 20 k titre d'exemple, on peut adopter, pour les composants du circuit de la Fig. 2, les valeurs suivantes : SCR ( Electronic Control Corp. ( Dispositif spécial Dl, D3 (à semi-conducteurs D2 IN 4005 25 Rl' 1 mégohm, l/lO watt R2 10 kilohms, l/2 watt R3 2 kilohms, l/lê watt E4 100 kilohms,l/lO watt PR 500 ohms, l/8 watt 30 ZB 17 volts Cl 1,6 microfarad, 6 volts courant continu Source de courant . alternatif 115 volts alternatifs. Comme exemple d'un thyristor à porte sensible, on peut citer 35 un thyristor dont le courant maximal d'amorçage ne dépasse pas 200 microampères, contre 15 milliampères pour un thyristor. usuel de puissance nominale comparable. Alors que le dispositif de la Fig. 2 est approprié à tous les points de vue pour les applications décrites ci-dessus, la Fig. 3 40 représente un dispositif présentant encore d'autres perfectionne- 69 04180 15 2Cf}26t . ments. Ce dispositif est représenté en liaison avec un moteur à phase auxiliaire, et montre comment les enroulements d'excitation FI et F2 d'un tel moteur pourraient être connectés. Si l'on omet l'enroulement d'excitation Fl, on retombe sur le moteur sé-5 rie à un seul enroulement d'excitation représenté Fig. 2. Les mêmes repères qu'à la Fig. 2 sont utilisés à la Fig. 3 pour les mêmes éléments. Dans le dispositif de contrôle de puissance représenté à la Fig. 3, la borne supérieure de la source 2 de courant alternatif, 10 est reliée par le conducteur de ligne ELI, à l'enroulement d'excitation Fl, pour aboutir au contact fixe de forme allongée 8b du commutateur 8. Le contact fixe 8c de fermeture-ouverture est connecté à l'anode du thyristor SCR, tandis que la cathode de ce dernier est connectée à la borne inférieure de la source de courant 15 alternatif en traversant 1'enroulement induit A et l'enroulement d'excitation F2, et finalement le conducteur de ligne FL2. Le contact fixe de court-circuit, tel que 8d de la Fig. 2 n'est pas utilisé dans le schéma de la Fig. 3» parce que le générateur 6" de tension de référence est un circuit à courant alternatif, et 20 ne peut être découplé durant la demi-période négative, comme l'était, par la diode D2, le générateur 6' de tension de référence continue de la Fig. 2. Ce thyristor SCR est de préférence du type à porte sensible quand il est destiné à être utilisé dans de petits outils portatifs. Cela signifie que la jonction porte-catho-25 de de ce thyristor possède effectivement une impédance élevée, et fonctionne pour un courant faible, et qu'elle ëst par conséquent très sensible au courant. Une résistance RI' et un condensateur Cl sont connectés en série, dans cet ordre, entre l'anode du thyristor et sa cathode, 30 et la jonction de ces deux éléments est connectée à la porte. La résistance RI' est l'équivalent de la résistance RI de la Fig. 1, mais est représentée comme une résistance fixe plutôt que comme u,ne résistance variable. En effet, pour une application particulière, on peut déterminer le gain nécessaire en tenant compte des 35 caractéristiques du moteur et connecter une résistance fixe RI' de valeur appropriée, pour réaliser ce gain. On prévoit, comme dans la Fig. 2, et dans un but analogue, un circuit de décharge diode-résistance comprenant une résistance R4 et une diode 03 connectées en série entre la porte et l'anode du 40 thyristor, et en parallèle avec la résistance RI'. 69 04180 16 2. - J i- U \J ■H La diode HL connecte un générateur de tension de référence, inclus dans tin rectangle 6" en traits interrompus, à la porte du thyristor, et bloque le passage d'un courant quelconque dans la direction opposée, c'est-à-dire vers le générateur de la tension 5 de référence, afin de l'isoler du dispositif générateur de la rampe de tension. Le générateur modifié de la tension de référence représenté Fig. 3 comprend un diviseur de tension composé d'un élément de forte impédance, à faible dissipation d'énergie, tel qu'un con-10 densateur C2 de faible capacité, d'un élément réglable tel qu'un potentiomètre comprenant une résistance PR, un curseur PS et une lame de contact CS, et d'une résistance de réglage R5 de valeur fixe. Un circuit est établi du contact fixe 8c à la jonction entre induit à et enroulement d'excitation F2, en passant par le 15 condensateur C2 et la résistance PR du potentiomètre. La résistance de réglage R5 est connectée aux bornes de la résistance PR du potentiomètre. Cette résistance de réglage a pour but d'amener à la valeur requise la tension du diviseur, et peut servir à compenser les tolérances mécaniques ou électriques, ou les varia-20 tions susceptibles de se produire dans une production en série. Si on le désire, chaque unité peut être essayée et une résistance R5 de valeur prédéterminée peut être montée de manière à obtenir une performance comprise entre les limites requises. Les lignes en traits interrompus réunissant le contact mobile 8a en pont 25 au curseur PS représentent une liaison mécanique réalisée par un dispositif d'actionnement tel qu'un poussoir, décrite ci-après en liaison avec les Fig. 9 et 10. Cette liaison assure un déplacement simultané du contact mobile et du curseur dans la direction des flèches, de manière à actionner le dispositif de commande de 30 la vitesse tandis que l'outil contrôlé est en service. Les données d'identification des composants du circuit de la Fig. 3 peuvent être les suivantes î SCR ÇElectronic Control Corp. (Dispositif spécial à AL, D3 Csemi-conducteurs 35 RI' 560 kilphms, 1/4 watt R4 300 kilohms, 1/4 watt R5 1,8 kilohm, l/4 watt PR 1 kilohm, l/8 watt Cl 4,7 microfarads, 6 volts courant continu 69 04180 17 C2 Source de courant alternatif 115 volts alternatifs. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de la > Fig. 3. Le démarrage du moteur s'opère en déplaçant le contact mobile 8a, de manière à réunir les contacts 8b et 8c, et en déplaçant simultanément le curseur mobile PS suffisamment pour pro voquer l'amorçage du thyristor SCR, tandis que le contact 8a glisse sur 10 les contacts 8b et 8c. La fermeture des contacts de l'interrupteur a pour conséquence l'application à l'anode du thyristor des demi-périodes positives de la source de tension. La fermeture de l'interrupteur et le déplacement du curseur du potentiomètre provoquent aussi la production d'impulsions d'a-15 morçage et leur application à la porte du thyristor pour rendre ce dernier conducteur. Dans ce but, à chaque demi-période positive de la tension de la source, un courant traverse le conducteur de ligne PLI, l'enroulement d'excitation Fl, les contacts 8b, 8a et 8c de l'interrupteur, le condensateur C2, les résistances PR et 20 R5 en parallèle, l'enroulement d'excitation F2, et le conducteur de ligne PL2. La tension qui s'établit aux bornes de la partie inférieure de la résistance PR du potentiomètre provoque le passage d'un courant dans la lame de contact CS et la diode jûûL, pour charger rapidement le condensateur Cl, jusqu'à la tension de base. 25 Le condensateur Cl se charge rapidement jusqu'à la tension de base au début de chaque demi-période positive de la tension de la source. Dans ce but, il apparaît clairement que, durant la demi-période négative précédente de la tension de la source, le condensateur Cl se décharge dans la source de courant alternatif à tra-30 vers la résistance R4 et la diode D3. Quand la tension de la source devient positive, le condensateur Cl se charge soudainement en raison du décalage en avant de la tension dans le générateur de la tension de référence. Comme ce dernier circuit est capacitif, le courant qui le traverse est décalé en avant d'environ quatre-35 vingts dix degrés par rapport à la demi-période positive de la tension de la source. Comme ce courant décalé en avant engendre la tension de référence sur la fraction de la résistance du potentiomètre qui est parcourue par un courant, cette tension de référence est également décalée en avant de la tension de la source, 40 et de ce fait elle a atteint sa valeur de pointe à l'instant où 69 04180 18 7- V>Ap . L. J L. w " > débute la demi-période positive de la tension de la source. Il en résulte que cette tension de référence de pointe assure une charge rapide du condensateur Cl au niveau désiré de la tension de base, tout au début de la demi-période positive de la tension de 5 la source. La rampe de tension appliquée au condensateur Cl est fournie par le passage d'un courant de la source de courant alternatif à travers le conducteur de ligne PLI, l'enroulement d'excitation Fl, l'interrupteur 8, et la résistance RI'. Comme la demi-période po-10 sitive de l'onde sinusoïdale de la tension de la source provoque cette charge à la tension de rampe, celle-ci présente une caractéristique modifiée d'allure cosinusoîdale assurant une relation linéaire entre l'entrée et la sortié, ainsi qu'on l'a décrit précédemment. 15 Quand on déplace suffisamment le curseur du potentiomètre vers le haut, le thyristor s'amorce à chaque demi-période positive, et envoie des impulsions de courant au moteur. La force contre-électromotrice du moteur, qui est proportionnelle à la vitesse du moteur, a une polarité opposée à la polarité 20 de la tension sur la portion inférieure de la résistance PR du . potentiomètre, et se soustrait de celle-ci en constituant une réaction négative pour réguler la vitesse du moteur dans des conditions de charge variables. Comme la valeur de pointe de la tension de base est engendrée sur le condensateur Cl au début de la 25 demi-période positive, du fait du décalage en avant de la tension de référence, il existe une période stable de comparaison entre la tension de réaction et la tension de référence, qui améliore l'effet de la régulation. Cela est dû à l'emploi du condensateur C2 dans le générateur de la tension de référence. 30 Le condensateur C2 réduit aussi la dissipation d'énergie par rapport à la dissipation dans me résistance ou un composant similaire dans cette partie du diviseur de tension, étant donné qu'il constitue essentiellement line impédance réactive qui ne dissipe aucune énergie appréciable. Ainsi que cela ressort d'une comparai-35 son avec la Fig. 2, ce condensateur remplace plusieurs composants tels que la diode Zener ZD, la résistance R2, et la diode 02. La résistance de réglage R5 constitue un raffinement que l'on ajoute pour assurer l'uniformité de la production. Bien que cette variante n'utilise pas de court-circuit du thyristor, on n'en obtient 40 pas moins la pleine vitesse dans les applications où le moteur est 69 04180 19 o--™*,- J- V uZOO conçu pour tourner à pleine vitesse en étant alimenté par une seule alternance. Comme représenté Fig. 3» l'induit seul est de préférence inséré dans la boucle de réaction, et les enroulements d'excitation sont 5 montés dans les conducteurs de ligne. Quand on utilise un moteur pourvu d'un seul enroulement d'excitation série, ce dernier est de préférence connecté à la place de l'enroulement F2 dans la Fig. 3, afin d'éviter la nécessité de déconnecter 1'enroulement d'excitation de l'enroulement induit. 10 Sur la Fig. 3» la tension aux bornes du thyristor est désignée par VSCR, et la tension aux bornes du condensateur d'amorçage Cl est désignée par VC« Les Fig. 5, 6, et 7 représentent l'allure de ces tensions dans les conditions de fonctionnement, quand une charge est appliquée 15 au moteur et que la commande de la réaction fonctionne automatiquement pour tendre à maintenir la vitesse constante. La Fig. 5 représente l'allure de ces tensions à charge nulle, le moteur tournant à 250 tours/minute. La Fig. 6 représente l'allure de ces tensions quand on applique au moteur son couple résistant nominal 20 de 0,115 mètre-kilogramme et que la commande de la. réaction fonctionne pour maintenir la vitesse du moteur à 230 tours/minute. La Fig. 7 représente l'allure de ces tensions quand on applique au moteur un couple, beaucoup plus élevé, de 0,23 mètre-kilogramme et que la commande de la réaction fonctionne pour maintenir la vi-25 tesse du moteur à 210 tours/minute. Si l'on se réfère à la courbe VC de la Fig. 5, on voit que la pente P, qui se produit près du début de chaque demi-onde positive de la tension à l'anode du thyristor constitue le bord d'attaque de la tension de base à laquelle le condensateur Cl est chargé 30 par la tension résultante égale à la différence entre la tension de référence et la tension de réaction. Le genou de cette tension de base est représenté en X, et constitue la pointe de la tension de base. La rampe de tension est représentée par la pente R, et se superpose à la tension de base à sommet plat. 35 La pente de cette rampe de tension R demeure constante, une fois qu'elle est fixée par la valeur de la résistance EL' de la Fig. 3» et représente le gain du dispositif. Si l'on se réfère aux Fig. 6 et 7j on voit que la pente de la rampe de tension R demeure constante, tandis que la grandeur de la tension de base augmente. 40 Si l'on substitue à la résistance Ri' une résistance de plus faible 69 04180 20 2.:26c/ valeur ohmique, un courant plus important va passer, qui chargera plus vite le condensateur. Cela se traduira par une plus grande pente de la rampe de tension R. Si l'on substitue au contraire à la résistance KL' une résistance de valeur ohmique plus élevée, 5 un courant plus faible va passer, qui chargera plus lentement le condensateur, et se traduira par une pente plus faible de la rampe de tension R. Ces substitutions auraient pour effet respectivement de diminuer et d'accroître le gain. Quand la rampe de tension atteint la valeur d'amorçage ou de 10 déblocage de la porte du thyristor SCR, le condensateur Cl envoie un courant de décharge dans la porte pour débloquer le thyristor qui devient conducteur. Cette conduction fait tomber l'impédance anode-cathode à une valeur pratiquement nulle, de sorte que la tension entre électrodes principales du thyristor tombe à 15 zéro, ou aux environs de zéro, comme le montre la tension VSCR Fig. 5» La tension VSCR demeure alors nulle jusqu'à ce que le thyristor cesse de conduire, à la fin de la demi-période positive. En réalité, le thyristor conduit jusqu'à ce que le courant qui le traverse diminue jusqu'à zéro ou jusqu'à une valeur assez proche 20 de zéro pour le bloquer. A la Fig. 5, le thyristor continue à conduire au-delà de la fin de la demi-période positive, et ne se bloque que peu après le début de la demi-période négative suivante. Cela est dû à la nature inductive du circuit, due aux enroulements d'excitation du moteur; de ce fait le courant est décalé 25 en arrière par rapport à la tension, et continue à circuler au-delà de la fin de la demi-période positive. Après l'amorçage du thyristor, la tension aux bornes du condensateur Cl monte et descend, car le courant important qui traverse le circuit anodeècathode accroît la chute de tension entre porte 30 et cathode du thyristor. Après le début de la demi-période négative, la tension VC aux bornes du condensateur Cl diminue à mesure que le condensateur se décharge à travers la résistance R4 et la diode D3, comme représenté par la pente négative DS sur la Fig.5. Du fait de l'existence de ce circuit de décharge diode-résistance, 35 le condensateur se décharge toujours jusqu'au même niveau de tension à chaque période, de sorte que sa charge débute toujours la fois suivante au même niveau de tension. Cela élimine un excès de charge subsistant à la suite de la période précédente, et garantit que le condensateur se charge toujours, à travers la diode Dl, à 40 la tension de base convenable. On évite ainsi le fonctionnement 69 04180 21 2002664 saccadé du moteur aux faibles vitesses sous charge nulle, qui serait produit par une accumulation de charge de période en période. Quand une charge est appliquée au moteur, celui-ci tend à ralentir. Un tel ralentissement réduit sa force contre-électromotri-5 ce, de sorte qu'une tension moindre est soustraite de la tension de référence. Il en résulte une tension de base plus élevée. Comme le montre le point X des Fig. 6 et 7. La pente ascendante quand on approche du point Z, c'est-à-dire du bord d'attaque de la tension de base, est également plus raide, puisque le condensateur 10 se charge plus rapidement sous une tension résultante plus élevée. La pente de la rampe demeurant la même, un tel accroissement de la base a.pour effet d'avancer la phase d'amorçage, qui se déplace vers la gauche dans les Fig. 6 et 7. Comme le thyristor demeure conducteur pendant le reste de la demi-période positive, tin 15 supplément d'énergie est alors appliqué au moteur, ce qui tend à maintenir sa vitesse à une valeur proche de la précédente. Cela est représenté Fig. 6 par une chute de vitesse de 250 à 230 tours/ minute seulement, quand on applique au moteur un couple de 0,115 mètre-kilogramme. Et à la Fig. 7 la vitesse tombe seulement à 20 210 tours/minute quand on applique au moteur un couple de 0,23 mètre-kilogramme « H suffit de se référer à la Fig. 4, où l'on a porté le couple en abscisse et la vitesse en ordonnée, pour saisir l'amélioration de la régulation de vitesse que procure le dispositif à réaction 25 par rapport aux dispositifs sans réaction. Les courbes tracées en traits interrompus mettent en évidence la rapidité avec laquelle la vitesse diminue avec la charge pour un certain nombre de réglages différents à vide, dans le cas d'un dispositif de contrôle de phase sans réaction du signal de vitesse. Les courbes tra-30 cées en traits pleins montrent d'autre part l'amélioration réalisée au point de vue constance de la vitesse avec le dispositif conforme à l'invention, qui comporte une régulation avec réaction du signal de vitesse. Les valeurs en degrés de la Fig. 4, telles que 90°, 77°, 60°, 35 et 40° indiquent les angles de conduction auxquels étaient réglés à la fois le dispositif à contrôle de phase sans réaction et le dispositif à contrôle de phase avec réaction de la Fig. 3 avant qu'une charge soit appliquée au moteur au moyen d'un dynamomètre. En se référant à ces courbes, il convient de se rappeler que le 40 dispositif de contrôle de phase sans réaction conserve l'angle de 69 04180 zz 2002664 phase pour lequel il était initialement réglé, tandis que le dispositif à réaction conforme à l'invention accroît l'angle de conduction lorsque la charge est appliquée. Ainsi les angles de conduction représentés Fig, 4 sont valables pour les courbes en 5 traits interrompus sur toute leur longueur, et sont valables pour toutes les courbes en traits pleins à l'exception des deux courbes supérieures, seulement au point de départ à couple nul situé sur l'axe des ordonnées. Ces angles sont valables pour les deux courbes supérieures en traits pleins sur toute leur longueur , car, 10 dans ces deux cas, on ne dispose pas d'une régulation à réaction qui serait susceptible de modifier l'angle de conduction. Pâr angle de conduction il faut entendre la portion de chaque période durant laquelle le courant traverse le thyristor en direction du moteur. 15 Si l'on se réfère à la paire supérieure de courbes de la Fige 4 dont l'une est tracée en traits interrompus et l'autre en traits pleins, on voit qu'elles se rapportent au fonctionnement à pleine vitesse. L'angle de conduction est de 360 degrés, ce qui signifi® que l'interrupteur de court-circuit est fermé, de manière à appli-20 quer les deux alternances de courant alternatif au moteur, en passant par les contacts 8a, 8b, et 8d de la Fig. 2. Ainsi, les demc types de dispositif fonctionnent de la même manière, puisque aucu= ne régulation avec réaction n'intervient. Quand on applique la charge, la vitesse diminue de la même quantité, à partir de 25 1.000 tours/minute, avec les deui dispositifs, conformément aux courbes qui sont superposées l'une à l'autre. Les courbes de la deuxième paire sont également superposées l'une à l'autre, et montrent que, pour un angle de conduction de 180°, c'est-à-dire conduction durant la pleine demi-période posi-30 tive, et blocage durant la demi-période négative, la vitesse dimi° nue de la même manière avec les deux dispositifs, à partir de 825 tours/minute, conformément aux courbes, lorsque la charge est appliquée. L'angle de conduction demeure constant dans les deux dispositifs, puisque aucune régulation par réaction n'interviente 35 Si l'on se réfère maintenant à la troisième paire de courbes à partir du haut, la différence entre les deux dispositi fs est clairement apparente. Partant d'un réglage de vitesse à vide de 600 tours/minute pour un angle de conduction de 90°, la vitesse du moteur avec le dispositif sans réaction diminue rapidement 40 quand la charge croît, comme le montre la forte pente négative d© 69 04180 2002664 la ligne en traits interrompus, étant donné que l'angle de conduction demeure constant. Au contraire, le dispositif conforme à l'invention représenté Fig. 3 maintient la vitesse sensiblement constante, puisqu'à la charge nominale de 160 onces-inches (0,115 5 mètre-kilogramme) cette vitesse décroît feulement dans une faible proportion, comme le représente la ligne en traits pleins partant de 600 tours/minute. ÀuTdelà de la charge nominale, la vitesse diminue plus rapidement lorsque la courbe se rapproche de celle correspondant à un angle de conduction de 180° car la régulation 10 de vitesse par réaction est limitée. Gomme représenté par les trois paires restantes de courbes de la Fig. 4» le dispositif sans réaction a été essayé à partir des vitesses à vide de 400, 200, et 50 tours/minute correspondant à des angles de conduction de 77, 60, et 40 degrés respectivement, 15 et dans chaque cas la vitesse est tombée rapidement, en même temps que l'on augmentait la charge, comme représenté par les courbes en traits interrompus. Dans les deux derniers cas, en fait, le moteur a calé avant application du couple nominal, comme le montre l'intersection des lignes en traits interrompus - et de l'axe 20 des abscisses. Au contraire, le dispositif de régulation à réaction conforme à l'invention maintient la vitesse presque constante, avec seulement une légère diminution à partir de 400 tours/mi-nute jusqu'au couple nominal et au-delà, comme représenté par la courbe en traits pleins. La courbe vitesse-couple commençant au 25 point 200 tours/minute sur l'axe des ordonnées semble modifiée par une caractéristique de moteur qui la fait tombër plus rapide-. ment que les autres courbes en traits pleins jusqu'à un point situé juste au-delà du couple nominal, mais au-delà du couple nominal, la vitesse est maintenue sensiblement constante. La courbe 30 en trait plein partant du point correspondant à vide à 50 tours/ minute témoigne aussi d'une très bonne régulation de vitesse jusqu'au couple nominal, et bien au-delà. Comme cela ressort des courbes de la Fig. 4» le dispositif conforme à l'invention, tout en exigeant une très faible dissipa-35 tion d'énergie dans les composants, ce qui permet l'emploi de composants de très faible puissance présentant des dimensions physiques réduites, fonctionne néanmoins d'une manière supérieure en ce qui touche la régulation de vitesse. Une fois l'enroulement d'excitation éliminé de la boucle de 40 réaction, comme représenté Fig. 3» le couplage harmonique entre 69 04180 24 2002664 inducteurs et induit se trouve éliminé, la prédisposition au pompage est réduite, le gain peut être augmenté, et il devient possible d'appliquer la tension au moteur lorsqu'il est à vitesse nulle sans provoquer de saccades. Le couplage harmonique entre 5 inducteurs et induit est l'effet de transformateur entre inducteurs et induit que l'on rencontre dans les dispositifs où induit et enroulements inducteurs sont connectés dans la boucle de réaction. C'est lui qui provoque des variations brusques de vitesse du fait de modifications de phase dans les harmoniques résultant 10 d'une variation de vitesse du moteur. La prédisposition au pompage peut être caractérisée par une large variation dans le point de départ à vide. L'avantage qu'il y a à pouvoir accroître le gain est que, pour un gain élevé, la chute de vitesse est moindre aux fortes charges. La possibilité d'alimenter le moteur à vitesse 15 nulle sans provoquer de saccades procure naturellement des démarrages doux. Le problème de la décharge transitoire du condensateur due à la production d'une forte tension transitoire d'induit lors de la coupure est éliminé par l'emploi d'une diode dans la boucle de 20 réaction. En conséquence, la commande fonctionne sans heurts à toutes les vitesses. Le circuit de décharge diode-résistance, qui est requis si l'enroulement d'excitation se trouve dans la boucle de réaction, est rendu pratiquement facultatif quand 1'enroulement d'excita-25 tion est éliminé de la boucle de réaction, comme dans la Fig. 3* S'il est éliminé de cette boucle, la faible inductance de l'induit provoque une charge négligeable du condensateur à la coupure, contrairement à ce qui se passe quand l'enroulement inckicteur provoque une décharge dans la boucle. Toutefois, si cet enroulement 30 inducteur est exclu de la boucle, la réaction est légèrement réduite et le gain est limité du fait qu'il ne peut pas être ajusté à une valeur aussi élevée. En conséquence, il est préférable de conserver ce circuit de décharge diode-condensateur. 35 Si l'on se réfère maintenant aux Fig. 8 à 13 des dessins, on va décrire maintenant une réalisation pratique de l'invention, dans laquelle le dispositif de commande de la Fig. 2 est complètement logé dans une unité de commutateur à déclenchement• Comme représenté Fig. 8, ce dispositif à réaction de commande de la vitesse avec commutateur à déclenchement présente le même encombre-40 ment extérieur et la mime forme qu'un interrupteur à déclenchement 69 04180 25 2002664 usuel et qu'un commutateur à déclenchement pour commande de vitesse sans réaction actuellement disponibles dans le commerce, de manière que tous ces dispositifs soient interchangeables. La seule différence apparente est qu'il est pourvu de trois broches sor-5 tant de sa base, au lieu de deux, étant donné qu'il doit être connecté au moteur de l'outil portatif de façon à réaliser la réaction. Comme le représentent les Fig. 8, 9, et 10, le dispositif à réaction de commande de vitesse à commutateur à déclenchement est 10 muni d'une base isolante 10, d'un poussoir 12 en matière isolante susceptible d'un déplacement rectiligne, et d'un boîtier métallique 14 destiné à fixer le poussoir sur la base, et à supporter un bouton de verrouillage 14a du poussoir. Comme représenté Fig. 9 et 10, la base 10 a la forme d'une 15 boîte rectangulaire ouverte à son sommet, et dont le fond présente deux ouvertures 10a et 10b, adjacentes à chacune des parois terminales, et dont émergent trois conducteurs isolés 16, 18, et 20. Comme on le verra en comparant les Fig. 2, 3> et 9, les conducteurs 16, 18, et 20 sont destinés à connecter le dispositif de 20 commande de la vitesse au moteur et à la source de courant alternatif. flans ce but, le conducteur 16 est connecté à l'enroulement d'excitation Fl, si le moteur est pourvu d'une phase auxiliaire, ou bien au conducteur de ligne PLI, si le moteur ne possède qu'un seul enroulement d'excitation F2, ou si l'enroulement d'excita-25 tion Fl est connecté directement à l'enroulement F2. Le conducteur 18 est connecté à une prise disposée entre l'induit et l'enroulement d'excitation, ce dernier étant désigné par F à la Fig. 2 et par F2 dans le cas d'un moteur à phase auxiliaire comme celui de la Fig. 3> l'autre borne de l'enroulement d'excitation étant 30 reliée au conducteur de ligne PL2. Le conducteur 20 est connecté à une borne 22 du circuit de contrôle de la vitesse, reliée elle-même au moyen de fils nus Vfl. et T»v2, montés à l'intérieur de la base, à la cathode du thyristor SCR et au condensateur Cl, et connectée par un rivet, à travers la planchette de montage 24, au 35 contact 8d de court-circuit du commutateur. La connexion par rivet est représentée Fig. 10, et les deux connexions par fils sont représentées au mieux Fig. 2, 9, 11 et 12. La base, le poussoir et le bâti sont semblables à ceux décrits dans le brevet n°3 329 842 accordé aux Etats-Unis à H.W. BROV/K, et l'on peut, se reporter à 40 ce brevet pour une description et line illustration détaillées de 26 69 04180 2002664 ces organes. Le contact 8a en pont, soumis à l'action d'un ressort, du commutateur 8, et le curseur PS en. pont, soumis à l'action d'un ressort, du potentiomètre sont également respectivement semblables au contact en pont du commutateur et au contact en 5 pont de la résistance variable décrits dans le brevet BROWN mentionné ci-dessus. Si l'on se réfère à la Fig. 11, l'anode du thyristor SCR et la cathode de la diode D3 sont soudées à un absorbeur de chaleur 26, qui constitue une connexion électrique commune pour elles, ainsi 10 que pour une extrémité de la résistance R'1 par l'intermédiaire du fil nu w'3, Fig. 12, et une extrémité de la résistance R2 par l'intermédiaire du fil nu W4, Fig. 13. Cet absorbeur est également soudé à une borne 27, qui est rivée, à travers la planchette de montage, au contact 8c du commutateur, comme représenté Fig.10. 15 L'anode de la diode û3 est connectée par une lame conductrice à une petite section de circuit imprimé 28 montée de manière isolante sur 1'absorbeur de chaleur, et connectée par un fil nu W5 à une extrémité de la résistance R4, comme représenté Fig. 11 et 12. 20 Comme représenté Fig. 11, une autre petite section de carte 30 à circuit imprimé est montée de manière isolante sur 1'absorbeur de chaleur. La porte du thyristor est connectée par une lame conductrice à cette carte 30, qui est connectée à son tour par un fil nu W6 aux trois fils des résistances R'1, R4, et du 25 condensateur Cl, comme représenté Fig. 12. La carte 30 est en outre connectée par une lame conductrice à la cathode de la diode Dl, qui est soudée à une troisième petite section de carte à circuit imprimé 32, montée de manière isolante sur 1'absorbeur de chaleur. L'anode de la diode Dl est connectée électriquement à la 30 carte à circuit imprimé 32, et cette dernière est connectée par un fil nu W7 muni d'une gaine isolante INS, comme représenté Fig. 9, à vine borne 34« Cette borne est rivée, à travers la planchette de montage isolante 24, à une lame de contact CS. Une quatrième petite section de circuit imprimé 36 est montée de ma-35 nière isolante sur 1'absorbeur de chaleur, pour constituer un point de connexion pour le fil nu W1 mentionné ci-dessus; elle est connectée à son tour par une lame conductrice à la cathode du thyristor SCR, comme représenté Fig. 11. Comme représenté Fig. 13, l'autre extrémité de la résistance 40 R2 est connectée à un côté de la diode Zener et de la résistance 69 04180 27 2002664. R3, et l'autre extrémité de la résistance R3 est connectée par un fil nu W8 à une borne 38. Cette borne est rivée, à travers la planchette de montage, à une extrémité de la résistance PR du potentiomètre, dont l'autre extrémité est rivée, à travers la 5 planchette de montage, à une borne 40. Gomme représenté Fig. 9 et 13, la diode Zener est connectée, à son autre extrémité, à la borne 40, et la diode D2 est connectée, entre la borne 40 et le conducteur 18, ce dernier étant recouvert d'une gaine isolante destinée à en soulager les contraintes diélectriques. 10 Comme représenté Fig. 13, cinq bornes sont rivées à la surface inférieure de la planchette de montage, pour réaliser des connexions entre les composants situés en-dessous et le commutateur et le potentiomètre montés au-dessus. Ces bornes ont été représentées par de petits carrés sur le diagramme du dispositif de 15 la Fig. 2, afin d'en faciliter l'identification. H ressort clairement des Fig. 9 et 11 à 13 que les composants du dispositif conforme à l'invention, qui ont été dessinés à l'Échelle par rapport à la base, au poussoir, et au bâti se logent aisément dans la base, leurs conducteurs nus exigeant simplement 20 un minimum d'isolation. Cela est dû à la conception du dispositif et à la combinaison d'organes utilisés, qui réduit au minimum la dissipation d'énergie, permettant l'emploi de composants à très faible puissance nominale et par conséquent de faibles dimensions physiques. 25 Alors que le dispositif décrit ci-dessus permet effectivement d'atteindre les buts assignés, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée aux réalisations particulières préférées du dispositif de commande de la vitesse avec interrupteur à poussoir et réaction électrique décrit ci-dessus, mais qu'il est 30 susceptible de recevoir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention définie aux revendications. 69 04180 28 „ 2uû26è REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commande et de régulation permettant un contrôle continu de l'énergie fournie par une source de courant alternatif à un dispositif de charge dans une gamme substantielle 5 de valeurs de l'énergie à partir d'une énergie nulle, ce dispositif comprenant : - un élément semi-conducteur de commande ayant un circuit de courant primaire et un circuit secondaire de commande ayant une partie commune avec le circuit primaire, d'un côté de celui-ci; 10 - des moyens pour connecter le circuit primaire et le dispositif de charge aux bornes de la source, la portion sensible du dispositif de charge étant connectée à ladite partie commune; - un dispositif de temporisation à délai variable alimenté par la source, et fournissant un signal d'amorçage au circuit de 15 commande, afin de rendre conducteur ledit semi-conducteur dans son circuit primaire lorsque des demi-périodes positives de la tension de la source sont appliquées au circuit primaire, ce dispositif comprenant : - un condensateur de commande d'amorçage conne cté aux bornes dudit 20 circuit de commande; - lin générateur de tension de référence réglable; - un dispositif comprenant un élément à conduction unidirectionnelle couplant ledit générateur de tension de référence à la jonction du condensateur de commande d'amorçage et du circuit de 25 commande, et à la portion sensible de la charge, formant un circuit de réaction en boucle, dans lequel la portion sensible de la charge engendre une tension proportionnelle au fonctionnement du dispositif de charge, et dont la polarité par rapport à ladite tension de référence., est telle qu'on obtient, par compensation, >0 une tension résultante pour charger le condensateur de commande d'amorçage à un niveau de tension de base, au début de chaque demi-période positive de la source de tension; - et des moyens pour contrôler une rampe de tension connectés entre l'autre côté du circuit primaire et ladite jonction, de fa- 35 çon à commander la charge dudit condensateur, en réponse à chaque demi-période positive de l'onde sinusoïdale de la source de tension, par une rampe de tension de caractéristique cosinusoîdale qui est superposée à la tension de base précitée, de manière à permettre une importante variation de la phase d'amorçage en ré-40 ponse à une variation relativement faible de la tension de base. 69 04180 29 2002664 2.- Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel ledit générateur réglable de la tension de référence comprend un élément à conduction unidirectionnelle orienté de manière à bloquer le passage du courant dans le générateur réglable de la ten- 5 sion de référence à chaque demi-période négative de la tension de la source, afin d'empêcher de cette manière tout courant négatif de passer dans le circuit en parallèle sur ladite portion sensible de la charge. 3.- Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel le 10 générateur réglable de la tension de référence comprend un dispositif déphaseur pour décaler la phase de la tension de référence en avant par rapport à chaque demi-période positive de la tension de la source, de manière à charger rapidement le condensateur de commande de l'amorçage à la pleine valeur de la tension de base, 15 dès le début de chaque demi-période positive de la source de tension. 4.- Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel le générateur réglable de la tension de référence comprend un condensateur et un potentiomètre connectés en série, la prise réglable 20 du potentiomètre étant connectée à l'élément précité à conduction unidirectionnelle, la combinaison de ce condensateur et de ce potentiomètre assurant à la tension de référence à la prise réglable un décalage angulaire en avant par rapport à chaque demi-période positive de la tension de la source, afin d'assurer l'obtention 25 d'une tension de pointe proportionnellement constante tout au début de ladite demi-période positive. 5.- Dispositif confoime à la revendication dans lequel le générateur réglable de la tension de référence comprend aussi une résistance de réglage connectée aux bornes dudit potentiomètre, 30 et dont la valeur ohmique est choisie pour compenser les écarts des composants du circuit par rapport à leurs valeurs nominales. 6.- Dispositif conforme à la revendication 1 et comprenant également un circuit de décharge à conduction unidirectionnelle d'impédance prédéterminée, connecté en parallèle avec le disposi- 35 tif de commande de la rampe de tension, et assurant la décharge du condensateur de commande de l'amorçage d'une manière uniforme au même niveau de tension durant chaque période de blocage de l'élément semi-conducteur, de telle sorte que le condensateur de commande de l'amorçage se recharge toujours, à travers l'élément 40 précité à conduction unidirectionnelle, à la tension résultante 69 04180 2002664 de base, afin d'assurer une commande précise de l'amorçage de l'élément semi-conducteur à chaque période de la tension positive de la source, dans une gamme substantielle d'angles de conduction. Y.- Dispositif de commande d'un moteur et de régulation de 5 vitesse comprenant : - un moteur électrique prévu pour être alimenté par une source de courant alternatif, et possédant des enroulements d'induit et d'excitation connectés en série; - un thyristor possédant un circuit anode-cathode et un circuit 10 porte-cathode; - un dispositif de commande de tension de référence comprenant un dispositif réglable de manière sélective, pour fournir une tension de référence variable; - un premier circuit comprenant des moyens pour connecter en série 15 le circuit anode-cathode et les enroulements induit et d'excitation du moteur; - un second circuit comprenant des moyens pour connecter en série le dispositif de commande de la tension de référence et l'enroulement d'excitation; 20 - des moyens pour connecter le premier et le second circuit en parallèle aux bornes de la source de courant alternatif; - un dispositif de commande de la tension d'amorçage connecté aux bornes du circuit porte-cathode; - un dispositif de commande d'une rampe de tension connecté entre 25 l'anode et la porte du thyristor, de telle sorte que ce dernier dispositif et le dispositif de commande de la tension d'amorçage soient connectés en série aux bornes du circuit anode-cathode, leur jonction étant connectée à la porte du thyristor; - un élément à conduction uriidirect&fflod3e couplant ledit dispositif 30 de réglage sélectif de la tension de référence à la jonction précitée afin d'appliquer la tension de référence au dispositif de commande de la tension d'amorçage durant les demi-périodes positives de la tension d'anode; - un circuit de réaction du signal de vitesse comprenant ledit en-35 roulement induit, une portion réglable du dispositif de commande de la tension de référence, ledit élément à conduction unidirectionnelle et ledit dispositif de commande de l'amorçage, et dans lequel une tension de réaction proportionnelle à la vitesse du moteur est comparée à la tension de référence, de manière à obte-40 nir une tension résultante qui est appliquée au dispositif de 69 04180 31 200266, commande de la tension d'amorçage, pour engendrer une tension de base qui règle la tension d'amorçage dans une direction compensant les variations de vitesse du moteur dues à des modifications de sa charge; et 5 - ladite rampe de tension étant superposée à ladite tension de base afin de contrôler l'angle d'amorçage du thyristor en réponse aux variations de ladite tension de base. 8.- Dispositif conforme à la revendication 7 et comprenant un commutateur pour court-circuiter le thyristor afin de connecter 10 le moteur directement aux bornes de la source et de le faire tourner à sa pleine vitesse, et le dispositif de commande de la tension de référence comprenant un élément à conduction unidirectionnelle orienté de manière à bloquer pendant les demi-périodes négatives de la tension le passage du courant dans ce dispositif en 15 parallèle avec l'enroulement induit. 9.- Dispositif conforme à la revendication 7, dans lequel le dispositif de commande de la tension de référence comprend un circuit diviseur de tension réglable, à haute impédance. 10.- Dispositif conforme à la revendication 9, dans lequel le 20 circuit diviseur de tension réglable, à haute impédance comprend un condensateur déphaseur et un potentiomètre connectés en série, pour produire une tension de référence décalée en avant. 11.- Dispositif conforme à la revendication 7, dans lequel le dispositif de commande de la rampe de tension comprend une résis- 25 tance dont la valeur détermine le gain du dispositif, c'est-à-dire la peçte de la rampe de tension. 12.- Dispositif conforme à la revendication 7 et comprenant un circuit diode-résistance connecté entre la porte et l'anode du thyristor, la diode étant orientée de manière à bloquer le courant 30 en réponse à une tension d'anode positive sur le thyristor, et à laisser passer le courant dans la direction opposée, en réponse à la tension appliquée au dispositif de commande de la tension d'amorçage pendant les périodes de bloquage du thyristor. 13»- Dans un outil portatif actionné par un moteur série pouvant 35 être connecté à une source de courant alternatif, et possédant une poignée présentant une ouverture pour un poussoir d'actionne-raent, un dispositif de commande de la vitesse pourvu d'une régulation automatique de vitesse par réaction et comprenant : - une base isolante à l'intérieur de laquelle est ménagée une ca-40 vité ouverte à son sommet; 69 04180 32 2002664 - les composants d'un dispositif de commande de la vitesse du moteur montes dans ladite cavité; - une plaquette de montage isolante montée au sommet de ladite cavité, et pourvue sur sa face inférieure de connecteurs électri- 5 ques reliant lesdits composants de commande de vitesse du moteur au reste du circuit ainsi qu'à une série de conducteurs électriques traversant des orifices de la base isolante et agencés pour connecter ledit dispositif à la source d'énergie et au moteur de 1'outil; 10 - un poussoir d'actionnement, et un bâti supportant ce poussoir en lui permettant un mouvement coulissant au-dessus de la plaquette de montage; - un potentiomètre monté sur la face supérieure de la plaquette de montage; 15 - un commutateur monté sur la face supérieure de la plaquette de montage; - des moyens traversant la plaquette de montage afin de connecter le potentiomètre et le commutateur aux connecteurs qui se trouvent en dessous; 20 - une paire de contacts déplaçables sous l'action du poussoir pour actionner le potentiomètre et le commutateur, respectivement, pour faire fonctionner le moteur et effectuer le réglage de sa vitesse quand une pression est exercée sur le poussoir; - et les composants du dispositif de commande de la vitesse du 25 moteur qui sont logés dans la base isolante comprenant : - un thyristor ayant un circuit anode-cathode constituant un circuit de puissance, et un circuit porte-cathode constituant un circuit de commande de l'amorçage; - un générateur de tension de référence qui comprend ledit poten-30 tiomètre; - des moyens comprenant deux des conducteurs qui traversent la base pour connecter le commutateur, le thyristor, l'enroulement induit et l'enroulement d'excitation du moteur en série aux bornes de la source d'énergie; 35 - des moyens comprenant le troisième desdits conducteurs, pour connecter le générateur de tension de référence en parallèle avec la portion dudit circuit série qui comprend le thyristor et l'enroulement induit du moteur; - un dispositif de commande de l'amorçage comprenant une résistan-4-0 ce et lin condensateur de commande de l'amorçage connectés en série 69 04180 33 2002664 dans cet ordre aux bornes du circuit anode-cathode, la jonction de ces deux éléments étant connectée à la porte du thyristor pour le faire fonctionner en réponse à chaque demi-période positive de la tension de source appliquée à l'anode pour engendrer une rampe 5 de tension; - un élément à conduction unidirectionnelle connectant le contact mobile du potentiomètre à la jonction précitée pour appliquer au condensateur une tension de référence réglable à laquelle est superposée la rampe de tension; 10 - et un circuit de réaction en boucle, comprenant une portion du potentiomètre et le contact mobile de ce dernier, l'élément à conduction unidirectionnelle et le condensateur, connecté aux bornes de l'enroulement induit du moteur, dans lequel la force contre-électromotrice du moteur, qui est proportionnelle à la vitesse du 15 moteur, est soustraite de la tension de référence pour réguler la vitesse. 1^.- Dispositif conforme à la revendication 13, dahs lequel le générateur de tension de référence comprend un condensateur connecté en série avec le potentiomètre à l'extérieur de la boucle de 20 réaction, pour donner à la tension de référence dans la boucle de réaction un déphasage en avant par rapport à la tension de la source. 15*- Dispositif conforme à la revendication 13, comprenant un circuit de décharge de faible valeur ohmique assurant durant les 25 demi-périodes négatives de la tension de la source, la décharge dans cette source du condensateur de commande de l-'amorçage.