Brevet FR2000084A1 — publié le 19690829

La présente invention concerne des systèmes de commande pour moteurs électriques et elle a plus particulièrement trait à des systèmes de commanda dans lesquels des impulsions de commande sont amenées à un eij/ouit de commande ou de déclenchement comportant 5 généralement un thyristor (transistor-thyratron) qui, lors de la réception d'une impulsion de commande, permet le passage d'une impulsion de courant pour l'alimentation du moteur- Dans de tels systèmes, la fréquence des impulsions appliquées au circuit de commande détermine la vitesse du moteur, il est classique de pré-10 voir dans de tels circuits des moyens tels qu'une diode montée en opposition et agencée pour fermer une "boucle dans laquelle le courant de l'induit peut passer lors des intervalles entre les impulsions* Il est connu, voir par exemple le brevet "britannique 15 n° 1136253; de prévoir un générateur d'impulsions fournissant des impulsions appliquées à une cadence régulière à un thyristor, ainsi qu'un transducteur présentant un enroulement par lequel passe du courant de l'induit et tin autre enroulement qui shunte l'un des étages de sortie du générateur d'impulsions. Dans un tel sys-20 tème, le courant d'induit passant par le premier enroulement a tendance à saturer le transducteur de façon à ©spêcher l'application d'impulsions au circuit de commande. Ea prévoyant d'autres moyens par exemple pour saturer le circuit magnétique du transducteur, il est possible de varier la valeur du courant d'induit 25 nécessaire pour saturer le transducteur en permettant ainsi la rotation du moteur à une vitesse différente. Toutefois, ces systèmes ainsi que des systèmes analogues nécessitent tin générateur d'impulsions relativement complexe et Ieun des "buts de l'invention est de créer tin système de commande 30 perfectionné qui évite la nécessité de prévoir un générateur d'im-' pulsions fournissant des impulsions à une cadence régulière. Suivant l'invention, un système de commande pour un moteur électrique à courant continu comporte un circuit de commande qui permet le passage d'une impulsion de courant pour l'alimentation 35 du moteur lors de la réception d'une impulsion de commande, des moyens réagissant en fonction du courant de l'induit du moteur pour faire varier de façon correspondante l'impédance d'un élément à impédance qui est agencé de façon à être alimenté normalement par un signal d'une amplitude constante, un moyen de détec-40 tion réagissant à un signal qui varie lorsque l'impédance de 69 00121 2 2000084 l'élément mentionné varie, l'agencement étant tel que le moyen de détection fournit seulement l'impulsion de commande mentionnée précédemment lorsque le courant de l'induit est inférieur à une valeur prédéterminée, ainsi que des moyens de réglage de la va-3 leur prédéterminée permettant une variation de l'énergie amenée au moteur. Suivant l'invention et contrairement à l'agencement antérieur mentionné ci-dessus, les impulsions de commande pour le circuit de commande pouvant comporter un thyristor, sont produi-10 tes sans l'aide d'un générateur d'impulsions proprement dit. Au lieu de cela, on fait varier l'impédance d'un élément qui normalement est alimenté par un signal d'une amplitude constante, ce signal étant normalement en courant continu mais pouvant également être en courant alternatif ; en raison de la variation de 15 l'impédance, soit la tension aux bornes de l'élément, soit le courant traversant ce dernier varie avec le courant d'induit, et le moyen de détection a donc pour but d'empêcher la transmission d'une impulsion au circuit de commande lorsque le courant de l'induit est relativement élevé et de permettre la transmis-20 sion d'une impulsion au circuit de commande lorsque le courant de l'induit est relativement faible. Les moyens de réglage modifient effectivement la valeur du courant de l'induit en effectuant une séparation entre la gamme "relativement élevée" et , la gamme "relativement faible". Etant donné que le courant de 25 l'induit augmente lorsqu'il se produit une impulsion de courant et que cette augmentation disparaît par la suite, la variation de la vitesse est obtenue par le réglage des moyens de réglage. Les moyens de réglage"peuvent présenter différentes formes. Il est possible de prévoir des moyens pour changer l'alimentation 30 de l'élément ou pour changer le niveau de seuil des moyens de détection. L'élément peut former une partie d'un diviseur de tension et des moyens peuvent être prévus pour alimenter le diviseur avec une tension d'une amplitude constante. Il est possible dans ce cas de prévoir une résistance réglable qui est montée en série 35 avec cet élément et qui forme une partie du diviseur de tension. Une autre possibilité, celle qui est préférée, est de réaliser l'élément au moyen d'une résistance magnéto-strictive ou résistance à effet de Hall ou un autre élément dont l'impédance varie en fonction du flux magnétique qui le traverse® On prédit un 69 00121 3 2000084 conducteur ou un enroulement (à proximité de l'élément ou de la résistance magnéto-strictive) par lequel on fait alors passer un courant d'induit et, pour permettre le réglage du rapport entre la résistance et le courant de l'induit, on peut prévoir un ai-5 mant permanent pouvant être approché et éloigné de l'élément résistant ou on peut prévoir d'autres moyens, tels qu'une "bobine supplémentaire agencée pour transmettre une intensité pouvant être variée manuellement et indépendante du courant d'induit afin de varier le flux magnétique passant par l'élément ou la 10 résistance. Deux redresseurs à électrode de commande, tels que des thy-ristors sont habituellement prévus dans les systèmes de commande du type décrit ci-dessous. L'un des thyristors commande l'application des impulsions de "marche" au moteur et est associé à un 15 second thyristor par 1'intermédiaire d'un agencement comportant un condensateur de commutation. Lorsque l'un des thyristors est en état de conduction, le condensateur de commutation assure que l'état de conduction de l'autre thyristor s'arrête rapidement, comme cela est bien connu. Dans le système décrit dans le brevet 20 mentionné ci-dessus, une impulsion suivant une impulsion qui déclenche le thyristor principal est amenée au thyristor auxiliaire de sorte que l'état de conduction du thyristor principal peut être arrêté à la fin d'une impulsion de "marche" au moyen d'un agencement comportant un condensateur de commutation. De façon 25 analogue, l'application d'une impulsion au thyristor principal provoque l'arrêt de l'état de conduction du thyristor auxiliaire. La présente invention prévoit un agencement analogue dans une forme de réalisation préférée. Un moteur électrique pouvant être utilisé dansun. système 30 comme celui décrit présente avantageusement deux enroulements d'excitation dont l'un est alimenté suivant le sens de rotation désiré du moteur, soit en avant, soit en arrière, en utilisant le même circuit de commande. Toutefois, si chacun des enroulements est commandé séparément par un circuit de commande comme 35 décrit, il est facilement possible de prévoir un inverseur simple qui est intercalé à des endroits appropriés des deux systèmes de commande pour assurer l'alimentation de l'un ou de l'autre enroulement suivant le sens de rotation désiré du moteur. Ceci supprime complètement l'utilisation de contacteurs de force pour 40 l'inversion du moteur étant donné que le ou les inverseurs peuvent bad original 69 00121 4 2000084 être prévus dans une partie des systèmes de commande présentant des intensités et des énergies relativement faibles. Suivant cet aspect de l'invention, le moteur présente par conséquent deux enroulements d'excitation montés en série et 5 agencés pour engendrer une force motrice d'une direction opposée lorsqu'ils sont alimentés, chaque enroulement étant associé à un système de commande comme décrit dans ce qui précède et des moyens étant prévus pour choisir alternativement l'un ou l'autre des circuits de commande pour le fonctionnement suivant le sens 10 rotation désiré du moteur. Il est également possible d'utiliser un élément séparé (comme décrit ci-dessus) et des moyens de détection pour chaque sens de rotation en prévoyant des moyens pour rendre l'un des circuits de commande ineffectif en réponse à l'ajustement des 15 moyens de réglage de l'autre et vice-versa. En utilisant un tel agencement, l'inversion du moteur peut être réalisée sans aucun interrupteur mécanique. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. 20 les figures 1 et 2 illustrent différentes parties d'un système de commande pour un moteur électrique série} La figure 3 illustre schématiquement un autre système de commande• Il est à noter que l'on a omis aux figures 1 et 2 un grand 25 nombre de parties classiques d'un système de commande,telles que des conducteurs, des fusibles et d'autres dispositifs de protection pour des raisons de simplicité. Ces parties n'ont aucun rapport direct avec la présente invention et ne sont donc pas décrites. A la figure 1 est représentée une borne positive 10 de-30 puis laquelle du courant peut passer par un enroulement 11 (dont la fonction est décrite par la suite), l'induit 12 d'un moteur série à courant continu et, l'un ou l'autre des deux enroulements d'excitation mont es en série 13 ou 14, suivant la fermeture de l'un des deux contacts 15 et 16. Les diodes montées en oppo-35 sition 19 et 20 sont prévues entre les extrémités inférieures des enroulements d'excitation 13 et 14 et la borne d'alimentation 10 afin de constituer une boucle dans laquelle le courant d'induit peut circuler pendant les intervalles entre les impulsions. Les enroulements 13 et 14 sont agencés pour engendrer des 40 champs magnétiques de directions opposées, le contact 15 ou 16 BAD original 69 00121 5 2000084 étant fermé suivant le sens de rotation désiré du moteur 12. A l'extrémité inférieure des enroulements 13 et 14 est reliée une anode d'un thyristor 1? dont la cathode est reliée à la borne d'alimentation négative 18 par l'intermédiaire de l'en-5 roulement primaire 30 d'un transformateur Au point 24 relié à l'anode du thyristor 1? est connecté un condensateur de commutation 21 dont l'autre extrémité est reliée avec un point de jonction 25 auquel est reliée l'une des extrémités de l'enroulement 30 et l'autre extrémité est branchée au second thyris-10 tor 22. Le point 25 est relié avec une source d'alimentation positive par l'intermédiaire d'une résistance appropriée et une diode 23 est branchée entre le point 25 et le point d'alimentation négatif 18 par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire 28 et l'enroulement primaire 30 du transformateur 29. Le conden-15 sateur 21 et la diode 23 forment ensemble avec le transformateur 29, un agencement classique à condensateur de commutation. Le système illustré à la figure 1 est classique et est utilisé en de nombreux dispositifs servant à la commande d'un moteur série par impulsion. L'explication des caractéristiques 20 principales de l'invention est à présent faite à l'aide de la figure 2. Dans la forme de réalisation décrite, la commande concernant l'application d'impulsions de déclenchementart thyristor 1? est effectuée au moyen d'un diviseur de tension remportant une résis-25 tance magnéto-strictive MSI, une résistance 52 et une diode Zener Z22. La résistance ME1 est du type dont la résistance varie lorsqu'elle se trouve sous l'influence d'un flux magnétique, l'application d'un flux étant obtenue à l'aide de l'enroulement ? • • 30 Par cet enroulement passe du courant de 18induit qui provo que l'augmentation ou la diminution de la résistance MR1 conformément à la valeur du courant passant par l'induit. Pour varier le rapport entre le courant de l'induit et l'effet de la résistance MH1 de façon à permettre la variation de la vitesse du mo-35 teur 12 comme expliqué précédemment, il est nécessaire de modifier la division de la tension effectuée par le diviseur de tension. Ce résultat pourrait être obtenu en choisissant pour la résistance B2 une résistance variable, mais il est également possible de prévoir un aimant permanent relié à une pédale d'accé-40 lérateur montée mobile par rapport à la résistance MB1 de façon BAD OBlGlNAL 69 00121 6 2000084 à varier le flux passant par la résistance MB1 indépendamment du courant de 1'induits Le schéma représente une bobine 31 par laquelle passe un courant réglable par un dispositif de réglage approprié 32. j Le schéma de la figure 2 est décrit en détail dans cè qui suit. La tension d'alimentation du circuit est appliquée entre une barre omnibus positive 26 et une barre omnibus négative 27. La barre positive 26 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 21 avec une source de tension positive B. La disposition 10 des autres composants ressort clairement du dessin ainsi que de la description suivanté du fonctionnement du circuit. La tension entre les barres omnibus 26 et 27 est maintenue constante par im condensateur 01 et une diode Zeaer ZX1. Entre les barres est 'branché également le diviseur de tension compor- 15 tant les résistances MR1 et E2, ainsi que la diode Zener ZÏ2. La tension à la jonction de la résistance E2 et la résistance ■aagnéto-strictive MR1 est appliquée au circuit base-émetteur d'un transistor PHP TR1. Lorsque la résistance de MR1 est élevée (ce qui correspond par exemple à un courant de l'induit re- 29 la.tivein.ent élevé), la tension produite entre ses extrémités est suffisante pour faire passer le transistor TR1 à l'état de conduction..: Lorsque cela se produit, le potentiel au collecteur du transistor $E1 monte et un condensateur 04 est chargé par l'intermédiaire d'une diode D3 et une résistance 211, jusqu'à 25 lue le potentiel de la plaque supérieure du condensateur dé passe le potentiel de la base d'un transistor . Ce dernier et le transistor T55 deviennent conducteurs et provoquent la décharge du condensateur C4 par une diode D5 et uae résistance H16 dans l'électrode de déclenchement d'un thyristor TH2. Celui- 30 ci devient par suite conducteur et applique une forte impulsion de courant par 1°intermédiaire d'une résistance B24 et un condensateur C5 à l'électrode du thyristor "d'arrêt" 22 représenté à la figure 1. Lorsque ce thyristor devient conducteur, le potentiel au point 25 tombe, faisant disparaître le signal de 35 déclenchement et fixant également le potentiel du condensateur 04 à un volt environ. Les transistors TH4 et TR5 passent donc à l'état de blocage dans lequel aucune impulsion est amenée au moteur. Lorsque le thyristor 22 est "en marchew, le tûyristor "17 40 (figure 1) est "à l'arrêt" "et condensai-aur C2 qrçti est relié • . " BAD ORIGINAL 49 00121 7 2000084 au point 24 par une résistance R22 est rapidement chargé par l'intermédiaire de la résistance R22 et la diode Zener ZX3 fixe le potentiel du condensateur G2 à quinze volts environ. Lorsque le transistor TR1 passe à l'état de conduction, la hase du tran-5 sistor TB2 est maintenue au-dessus de la tension du condensateur C2 de sorte que les transistors TR2, TR3 ne peuvent pas transmettre une impulsion de "marche". Toutefois, le transistor TR1 commence à "bloquer lorsque la résistance de MR1 diminue au fur et à mesure que le courant de 10 l'induit décroît. La diminution de la tension au point de jonction des résistances R5 et R7 au-dessous de quinze volts provoque le passage à l'état de conduction des transistors TR2 et ÏR3 de sorte que le condensateur C2 se décharge dans l'électrode de déclenchement du thyristor TH1 par l'intermédiaire d'une diode 15 D1 et une résistance R6 ; l'état de conduction du thyristor TH1 provoque la transmission d'une forte impulsion de courant à l'électrode de déclenchement du thyristor 17 de la figure 1 par l'intermédiaire d'une résistance E23 et un condensateur C3.Comme précédemment, lorsque ce thyristor devient conducteur, le poten-20 tiel au point 24 diminue en faisant disparaître le signal de déclenchement et en fixant la tension aux "bornes du condensateur C2 à Tin volt environ. Ceci provoque le blocage des transistors TR2 et TR3. L'état de conduction du thyristor 17 provoque par l'inter-25 médiaire du dispositif à condensateur de commutation' le passage d'un courant inverse par le thyristor TH2 par l'intermédiaire d'une diode D8, le condensateur C5 et une résistance R24, ainsi que le thyristor de commutation 22, ce qui permet la charge du condensateur 21. Le thyristor TH2 est bloqué de sorte que le 50 potentiel à son anode augmente. Ceci permet également une nouvelle charge du condensateur C4 lorsque le transistor TR1 devient conducteur parce que le courant de 1'induit atteint la limite fixée à l'avance. La constante de temps du circuit comportant la résistance R11 et le condensateur C4 détermine le temps "de mar-35 che" minimal du thyristor 17 (environ une milliseconde). Lorsqu'une impulsion "d'arrêt" est transmise au thyristor 22, le thyristor 17 est bloqué par 1'intermédiaire du condensateur de coauiutation principal. L'impulsion négative au point 24 provoque le passage d'un courant inverse par le thyristor TH1 par l'inter-40 médiaire de la diode D4, le condensateur 03 et la résistance R23. é9 00121 8 2000084 Le thyristor TH1 est par suite bloqué ce qui permet au potentiel de son anode de monter ensemble avec celui de l'anode du thyristor 17- Il est donc visible que le transistor TR1 commande le dé-5 clenchement tant des impulsions "de marche" que des impulsions "d'arrêt" et qu'il est à son tour commandé tant par le courant de l'induit que, dans une forme de réalisation préférée, par un flux magnétique supplémentaire produit par la bobine 31 (ou par un aimant permanent 33 si cela est préféré). Le dispositif de 10 commande 32 est normalement actionné par une pédale d'accélérateur lorsque le moteur 12 est monté dans ùn chariot industriel ou un autre véhicule mû par un accumulateur. Les diodes D4, D10 et D8 et la résistance B21 sont prévues pour empêcher que l'électrode de déclenchement du thyristor TH1 15 ou TH2 prenne un potentiel négatif. Les circuits à résistance et à capacité comportant B9,C3, R20 et C5 assurent l'obtention d'une impulsion raide et importante de sorte que les thyristors principaux passent rapidement à l'état de conduction. Les bornes 10 et 18 sont normalement constituées par les 20 bornes d'un accumulateur. La figure 3 illustre un agencement dans lequel le moteur 12 comporte deux enroulements d'excitation 13 et 14- qui sont chacun commandés séparément par un circuit de commande comme celui représenté à la figure 2. Seulement les parties principales du dis-25 positif sont représentées. L'enroulement d'excitation 13 est commandé par deux thyristors 17 et 22, le condensateur de commutation 21 étant monté comme dans le circuit illustré à la figure 1 et l'état de conduction des thyristors 17 et 22 étant déterminé par un circuit de commande comme celui représenté à la figure 2. 50 tfa circuit de commande analogue 40a détermine de la même manière l'état de conduction des thyristors 17a et 22a qui sont couplés par le condensateur de commutation 21a et qui commandent le courant passant par l'enroulement d'excitation série 14. Un enroulement de palpage 11, 11a est prévu pour chaque circuit de commande 35 40, 40a, comme à la figure 1. Chaque circuit de commande 40, 40a présente un circuit de réglage 32, 32a, comme précédemment ; comme indiqué ci-dessus, chaque circuit de commande 40, 40a présente une entrée 41, 41a. Le fonctionnement de chaque dispositif de commande 32, 32a est dé-40 clenché de toute manière appropriée permettant l'application d'un signal à l'entrée 41a ou 41 de l'un ou de l'autre des circuits de commande de sorte que seulement l'un des enroulements 13 et 14 peut être alimenté à chaque fois. ê9 00121 9 2000084 REVENDICATIONS 1.- Un système de commande d'un moteur comportant une source de courant continu, un moteur à courant continu, un redresseur réglable monté comme élément de réglage pour la transmission de 5 l'énergie entre la source et le moteur et un circuit de déclenchement pour l'application d'impulsions de commande au redresseur réglable, caractérisé par : Un élément d'impédance variable, un dispositif faisant varier l'impédance de l'élément conformément au courant pas-10 sant par l'induit du moteur, un dispositif d'alimentation créant un signal continu aux extrémités de l'élément, la disposition de l'entrée du circuit de déclenchement de sorte qu'il réagit directement ou indirectement au signal continu et un dispositif de réglage pour faire varier le rap-15 port entre l'intensité de l'induit et la réaction du circuit de déclenchement au signal continu. 2.- Un système suivant la revendication 1, caractérisé par xm diviseur de tension, dont fait partie l'élément et sur une partie duquel est couplée l'entrée du circuit de déclenchement. 20 3.- Un système suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément est une résistance sensible à un flux magnétique et que le dispositif mentionné est un conducteur 11 traversé par du courant de l'induit,qui est disposé à proximité de l'élément. 25 4-.- Un système suivant la revendication 5, caractérisé par un dispositif pour la production d'un flux magnétique dans la résistance de façon indépendante du courant de l'induit. 5•«- Un système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4- dans lequel le moteur présente deux enroulement d'excita-30 tioE disposés en série qui sont chacun associés à un circuit de commande, caractérisé en ce que les circuits de commande sont couplés entre eux et que le fonctionnement de l'un empêche le fonctionnement de l'autre. bad OB\G\HAL