Brevet FR2007278A1 — publié le 19700102

.9 5 10 15 20 25 30 35 40 13205 1 2007278 L'invention ooncerne les machines dynamo-électriques et déorit plus particulièrement un dispositif statique permettant de prélever une tension da mesura induite par le rotor d*un moteur éleotrique comportant des pQles Btatoriques et au moins un enroulement statorique alimenté en courant alternatif, ladite tension étant fonction de la vitesse de rotation dudit rotor, oa dispositif oomportant an moins un enroulement da mesure disposé autour du oircuit magnétique entra deux $81 es du stator. Lorsqu'il s'agit de moteurs électriques oomportant un rotor à aimantation permanente et dont la vitesse de rotation est réglée, par example électroniquement, on utilise souvent comme grandeur proportionnelle à ladi-te vitesse da rotation, la tension e=(»^. induite par le champ tournant du rotor dans un enroulement de mesura comportant v spires. La fréquenoe et l'amplitude de cetta tension sont effectivement proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor, pour autant qu'à l'instant où est effectué le prélèvement, l'enroulement de mesure précité n'est pas traversé par un courant 'et n'est pas non plus couplé à d'autres enroulements parcourus par un oou-rant, par exemple la courant alimentant le fctator, et poux autant qu'aucune saturation n'ait lieu dans le dispositif. On connaît des dispositifs dans lesquels la tensioa induite est Mesurée chaque fois aux bornes des enroulements qu'aucun oourant na traversa à l'instant de la mesure. Lorsque la forme géométrique du moteur est telle qua le couplage magnétique des enroulements par induction mutuelle est égal à zéro, en mesura aixiBi la force électromotrice pure, alors utilisable, par exemple pour le réglage de la vitesse de rotation. Bans la plupart des cas dans lesquels un moteur électrique ooaporte des enroulements parcourus alternativement par un courant, on dispose cependant oeux-oi sur une armature ferromagnétique oommune. Leur couplage magnétique par induction mutuelle peut être très élevé et les flux magnétiques traversant les divers enroulements peuvent Stre pratiquement égaux entra eux. Des considérations se rapportant au rendement et/ou à la commutation empâchent souvent aussi de réduire le couplage par induction mutuelle des divers enroulements. Pendant le fonctionnement d'un moteur ainsi conçu, on prélève ainsi aux bornes d'un de ses enroulements, au travers duquel ne s'éooule aucun oourant à l'instant considéré, non seulement la tension'induite par le mouvement du rotor du moteur, mais également une tension L di tributaire de dt la oharge du moteur, oetta tension étant oausée par les variations de l'intensité du oourant traversant l'autre ou les autres enroulements. L'amplitude da la tension obtenue aux bornes d'un des enroulements du moteur ou d'un enroulement da mesura additionnel dépend donc de la charge du meteur 13205 2 2007278 et na peut 8tra utilisée ocmme paramètre de réglage, par exemple pour le réglage do la vitesse de rotation du rotor. Ceci est généralement le cas lorsque l'enroulement de mesure ne peut Stre découplé. L'inventioh a pour but d'obvier audit inconvénient et de fournir an dispositif économique et susceptible d'être utilisé aveô de nombreux genres de moteurs électriques. Conformément à l'invention, dans un tel dispositif on trouve au soins un transformateur muni d'un enroulement primaire monté en série avec l'enroulement statorique, et d'ua enroulement secondaire monté en série avec l'en» roulement de mesure, et les sens de bobinage et de rapport entre les nombres de spires des enroulements du transformateur sont choisis tels que la tension induit* dans l'enroulement de meBure par le oourant d'alimentation traversant l'enroulement statorique soit oompensée par au moins une partie de la tension induite dans l'enroulement seoondaire du transformateur par le oourant d'alimentation traversant l'enroulement primaire de oe transformateur. Un moteur oomportant un rotor à aimantation permanent* comporte généralement plusieurs enroulements statoriques, par exemple deux. Sans oe oas, le dispositif conforme à l'invention comporte de préférence an transformateur muni d'au-moins deux enroulements primaires dont chaoun est monté «a Bérie ave* un des enroulements statoriques couplés magnétiquement à l'enrom» lement de mesure, et d'un enroulement seoondaire monté en série av*o oet enroulement de mesure. La description suivante, en regard des dessins annexés, 1* tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre oomment l'invention peut Stre réalisé*, les particularités qui reçsortent tant da text* que d*s figures des dessins faisant, bien entendu, partie de l'invention. La fig.1 est un schéma montrant une première forme de réalisation du dispositif oonforme à l'invention appliqué à un moteur oomportant un rotor à aimantation permanent*. La fig.2 est le schéma de principe d'une variant* de la forme de réalisation de la fig.1. La fig.3 est'le schéma de principe d'une deuxième forme de réalisation, appliquée à ûn moteur à collecteur. La fig.4 est le sohéma d'une troisième forme de réalisation appliquée à un moteur tripolaire. La fig.5 est le sohéma d'une variante simplifiée de la forme de réali* sation de la fig.4. Le mode de réalisation suivant la fig.1 illustre l'application da dis* positif oonforme & l'invention à un moteur oomportant un rotor (1) à 69 13205 3 2007278 aimantation permanente. Ce moteur ooaporte également un colleoteur (2) entraîné par le rotor (1) ainsi qu'un stator à armature ferromagnétiqué (3) ave» un joug (4) et deux pSles (5) et (6) entre lesquels le rotor (1) peut tourner. L'armature du stator (3) porte trois enroulements, à savoir deux 5 enroulements d'exoitation (7) et (8) "bobinés dans le mtSme sens, et un enroulement de mesure (9) disposé entre les enroulements précités. Les enroulements d'excitation (7) et (8) sont alternativement alimentés par une source de courant continu (10), par 1*intermédiaire d'un interrupteur (11) et du trajet émetteur - collecteur d'un transistor oommutateur 10 pnp correspondant (12),(13), les bases de ces transistors étant alternativement polarisées dâna lé'sens de conduction & travers le colleoteur (2), suivant la position occupée par le rotor (1). La base du transistor (12) est raooordée à son émetteur & travers la résistance (14)» et la base~du transistor (13) est raooordée à son émetteur à travers'la résistance (15)» 15 de sorte que"les transistors sont normalement bloqués. Toutefois, lesdites bases sont en outre raccordées à des balais diamétralement opposés du colleoteur (2), et sont alternativement reliées, par l'intermédiaire de deux autres balais diamétralement opposés de oe collecteur, d'une résistance limitatrioe d'intensité du oourant de base (16) et du trajet colleoteur-émet-20 teur d'un transistor npn (17)» à une source de tension agissant dans le sens de conduction. Ladite source est formée par la oombinaison série d'une diode de Zener (18) et'.'d'une résistance (19)» combinaison shuntant le montage en série de lâ source (10) et de l'intêrrupteur (11). A travers une résistance (23), limitatrice dé l'intensité du courant 25 de b.ase, le transistor (17) est commandé par la différence entre la tension aux bornes de la diode dé Zener (18) — servant également de souroe de tension de référenoe - et la tension"obtenue par redressement et égalisation de la tension aux bornes de l'enroulement de mesure (9)« Cette dernière tension est appliquée aux bornes d'entrée d'un redresseur en pont (20) dont 30 les bornes de sortie sont raccordées aux armatures d'un oondensateur d'égalisation (22) à travers une résistance d'égalisation (21), l'armature positive de oe condensateur étant raooordée aux émetteurs dès transistors (12) et (13) ainsi qu'à la borne positive de la diode de Zenèr (18), son armà-ture'négative étant raooordée à la base du transistor (17) à travers la 35 résistance (23). * : Ce genre de dispositif avec un moteur muni d'un rotor à aimantation permanente eBt connu, du moins en principe. La tension obtenue aux borneB de l'enroulement de mesure (9) est formée par une oomposante & dont i«amplitude la fréquenoe augmen- dt - 13205 4 2007278 tent avec la force contre-électromotrice induite par le rotor tournant (1) et, par conséquent, avec la vitesse de rotation de oe dernier. Lorsque la tension continue Vgg, résultant de la tension préoitée et apparaissant aux bornes du condensateur (22), devient supérieure ou égale à la tension de référence V|g aux bornes de la diode de Zener (18), la base du transistor (17) ne reçoit aucun courant dirigé dans le sens de conduction. Ce transistor est dono bloqué, de Borte qu'aucun oourant dirigé dans le sens de conduction ne peut s'écouler vers la base du transistor (12) ou (13), qui restent dono bloqués aux aussi* La vite»-se de rotation du rotor (1) est dono stabilisée & une valeur pour la L'enroulement de mesure (9) présente un couplage magnétique serré avec les enroulements d'excitation (7) et (8), de sorte que, abstraction faite de ladite composante dont l'amplitude et la fréquenoe sont proportionnelles à .la foroe oontre-éleotromotrice produite dans l'enroulement (9) par le rotor (1), la tension existant aux bornes de cet enroulement (9) comporte enoore une deuxième composante de mime fréquence exprimée par t M9 di8 . Lg ou W8 dt et dont l'amplitude augmente aveo le courant i^ ou ig traversant les enroulements (7) ou (8). Toutefois, cette deuxième composante est fonction de la tension fournie par la source (10) et de la oharge du moteur, c'est-à-dire du coupl«.rotatif fourni par le rotor (1). Il en résulte que la vitesse de rotation de oe rotor (l) est uniquement stabilisée à la valeur de réglage pour un couple d'entraînement - ou de freinage - déterminé. Pour la plupart des applications, ceoi est di„ 9 7 — h dt 13205 2007278 - 5 - , insuffisant, ce qui se fait sentir' comme un inconvénient important. Conformément à l'invention, pour supprimer cette influence de la deuxième composante de la tension on utilise un transformateur de compensation (28). Ce dernier, de dimensions relativement 5 petites et qui, de préférence, n'est pas porté à saturation, comporte d'une part deux enroulements primaires identiques (25) et (26) montés dans le même sens, l'enroulement (25) étant monté en série avec l'enroulement d'excitation (7) tandis que l'enroulement (2$) est monté en série avec 1'enroulément d'excitation similaire (8), et d'autre 10 part un enroulement secondaire (27) monté en série avec l'enroulement de mesure (9). Sous l'action du transformateur (28), une tension W_7 diR y ,7 L — v27 W26 ' 26 dt est superposée à la tension '5 T9 " " *9 ~à - iÇ l8 ' dT ,« les nombres de spires des enroulements (25), (26) et (27) ainsi que les coefficients de self—induction des enroulements primaires (25) et (26) peuvent être choisis de façon que la tension V2y comPens® la deuxième composante de la tension V^i 2° W2? ^ dig ^Lgdig ^ W27 ^ diy W9.L7 di7 ¥26 *.26 dt ~ Wg dt 9t Tf * 25 dt " dt v9 + v2 - - W M., ÛX la vitesse de rotation du rotor (1) étant stabilisée de façon qu'entre des limites admissibles déterminées de la tension d'alimentation et de la charge, ladite vitesse soit pratiquement indépendante de cette 25 tension et de cette charge. En pratique, la tension est de préférence réglée, par exemple par modification du nombre de spires de l'enroulement secondaire (2j) - le rotor (1) étant maintenu en position- d'arrêt — et par commutation artificielle, par exemple à l'aide d'un générateur de tension en créneaux: La tension V^q à l'entrée 30 du redresseur (20) doit alors être égale à zéro. La fig. 2 montre une variante du dispositif suivant la fig. 1. Le moteur oomporte à nouveau un rotor (1) â aimantation permanente et un stator comprenant une armature (3.), un joug (4) et pôles (5) et (6). Cet induit porte â nouveau un' onroulea»nt do etwr* 35 (9), mais un seul" enroulement d'excitation (7) «uqu.i un. *ourc. (10') fournit un courant alternatif dont In fr^Uonae tvufciienlo j-ropor-tionnellement avec la vitesse de rotation du rotor (1). Ceoi peut être 13205 2007278: - 6 - obtenu par exemple â l'aide des transistors (12) et (13) de la fi^-. 1, ceux-ci n'alimentant pas directement et alternativement deux enroulements d'excitation, mais étant raccordés â un enroulement primaire à prise médiane d'un transformateur de sortifc, l'enroulement 5 secondaire de ce transformateur étant raccordé â 1''enroulement-d'exci-• tation (7) et constituant ainsi la source (10'). Sur cette fig. 2, le transformateur de compensation (28) ne présente qu'un seul enroulement primaire (25) monté en série avec l'enroulement d'excitation (7)» Il est à nouveau pourvu d'un enroule-10 ment secondaire (27) monté en série avec l'enroulement de mesure (9) et shunté par un potentiomètre (29) permettant de régler facilement la tension de compensation V2^. Dans la deuxième forme de réalisation illustrée sur la fig. 3} le dispositif est appliqué à un moteur â colleoteur comportant 15 un rotor bobiné (31) monté en série avec un enroulement d'excitation (32) et alimenté par une source (10") de tension alternative, à travers des balais du colleoteur. Dans les moteurs aini conçus, une foroe contre-électromotrice est obtenue aux bornes de l'enroulement rotorique lorsque le rotor tourne. Cet enroulement rotorique remplit ainsi 20 également la fonction d'un enroulement de mesure. Par suite de la commutation, ladite force contre-électromotrice est proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor (1) et sa fréquence est identique â celle de la tension d'alimentation. Cette force contre-électromotrice a est également superposée à la chute de tension R,1 . i^. + L,.. di -51 2Ji. ^ aux bornes, du rotor. Cette chute de tension peut être supprimée par exemple de la manière décrite dans la revue "Mullard Technical Communications", pages 86 â 89, publiée en Novembre 1966: une faible résistance de compensation (33) est montée en série avec le rotor (31), comme représenté sur la fig. 3, tandis qu'une seconde branche 30 de pont formée par le montage en série d'une résistance (34) et de la combinaison parallèle d'une résistance (35) et d'un condensateur (36), shunte la résistance (33) et le rotor (31 ) précités. Une tension , proportionnelle â la force contre-électromotrice, est alors disponible entre la prise intermédiaire de ladite seconde branche 35 et le point commun du rotor (1) et de la résistance (33). Si le moteur était du type shunt ou s'il était excité par un aimant permanent, la force contre-électromotrice et par conséquent également la tension serait indépendante de la charge, et - dans le cas d'excitation par un aimant permanent - elles seraient également indépendantes de 40 la tension d'alimentation. 69 13205 - 7 - 2007278 Toutefois, lorsqu'il s'agit d'un moteur série et également — quoique dans une mesure moindre - lorsqu'il s'agit d'un moteur com-pound, le champ augmente avec la charge et avec la tension d'alimentation, de sorte que la force contre-éleotromotrice et la tension 5 de mesure augmentent également# Sur la fig. 3 en question, le moteur (31), (32) est du type série, ladite augmentation étant compensée â l'aide d'un transformateur de compensation (28) comportant un enroulement primaire (25) monté ensérie avec l'enroulement d'auto-excitation (32), ainsi qu'un 10 enroulement seoondaire (27) monté en série avec le pont formé par le rotor (31) et les éléments (33), (34), (35) et (36). A la sortie de oe circuit série, on obtient alors une tension de mesure qui est proportionnelle â la vitesse de rotation du rotor (31) et correspond â la foroe contre-éleotromotrice qui - à ladite vitesse de rotation -15 serait obtenue avec un moteur non chargé. Le moteur tournant à vide, le transformateur de compensation (28) peut être rendu inaotif en court-circuitant son enroulement primaire (25) par une résistance (37) à coefficient de température positif élevé et â seuil de courant déterminé de façon précise. 20 Le dispositif peut être appliqué également â un moteur comportant plus de deux pôles statoriques, et la fig. 4 montre une forme de réalisation avec un moteur comportant trois pôles statoriques. Sur cette figure, le moteur comporte un rotor (41) et une armature statorique (43) avec des jougs (44), (44') et (44"), et des 25 pôles (45)i (4 (46), (47), ainsi que trois transformateurs de compensation (58)» (5$')» (58") dont chacun est muni de trois enroulements primaires (54)» (55) et (56), (54*), 30 (551) et (56'), et (54")» (55") et (56") et d'un enroulement secondaire (57), (57*) et (57"). Les enroulements statoriques (48), (49) et (50) sont conneotés en étoile et raccordés à une source de courant triphasé (60) â travers les enroulements primaires (54), (54') et (54")» (55)» (55') et (55") 35 et (56), (56') et (56") des transformateurs (58), (58') et (58"). Les enroulements de mesure (51)» (52) et (53) sont également connectés en étoile et raccordés aux borneB de sortie (61 ), chaoun â travers l'enroulement secondaire (57), (57') ou (57") du transformateur de compensation correspondant (58), (58') ou (58"). 40 Les sens de bobinage et les rapports entre les nombres 69 13205 2007278 - 8 - de spirss des enroulements primaires et secondaires da chaque transformateur sont de nouveau choisis tels que la tension induit* dans chaque enroulement de mesure par le courant d'alimentation traversant les enroulements statoriques soit compensée par la tension induite 5 dans l'enroulement secondaire du transformateur correspondant par le oourant traversant l'enroulement primaire de ce transformatsur. Comme dans la première forme de réalisation, le rotox (41) peut 8tre â aimantation permanente, alors que la source (60) esti soit une source de tension continue commutée suivant les variations 10 de position du rotor (41), soit une source de tension alternative triphasée commandée suivant ces variations. La tension de mesure disponible aux boroeB de sortie (61) est alors une tension alternative triphasée dont 1'amplitude et la fréquence sont proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor (41), 15 Ce rotor (41) peut aussi être muni d'un enroulement triphasé alimenté â travers des balais et branché en série aveo les enroulements statoriques (48)» (49) et (50), par exemple entre oes enroulements et le oonducteur neutre (conducteur supérieur) de la source d'alimentation (60) constituée par un réseau de distribution triphasé. 20 La fréquence de la tension de mesure obtenue aux bornes de sortie (61) est alors égale à la fréquence du réseau, l'amplitude de ladite tension étant proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor (41)» oomme dans la forme de réalisation de la fig. 3t Finalement, le moteur (41)> (43) peut encore Stre un moteur 25 â induotion, le rotor (41) étant par exemple un rotor en oage d'éoureuil et la source d'alimentation (60) étant un réseau de distribution d'énergie triphasé. La fréquence de la tension de mesure obtenue aux bornes de sortie (61) est alors de nouveau égale à celle du réseau, 1'amplitude de ladite tension étant proportionnelle au glissement du 30 rotor (41), c'est-à-dire étant maximale lorsque le rotor est arrêté, par exemple bloqué et égale â zéro lorsque le rotor tourne â la vitesse de synchronisme. Dans tous les cas, on peut raccorder aux bornes de sortie (61) un redresseur en pont triphasé en vue d'obtenir une tension 35 continue dépendant de la vitesse de rotation du rotor (41), La fig, 5 montre une variante très simplifiée de la forme de réalisation de la fig, 4» Une tension de mesure monophase est dans la plupart des cas suffisante pour des vitesses de rotation et/ou des fréquences d'alimentation relativement élevéeB. Le dispositif ne 40 oomporte alors qu'un seul enroulement de mesure (51*)> par 13205 2007278 - 9 - exemple autour du joug (44") et entourant donc le circuit magnétique entre les pôles statoriques (46) et (47)» Le flux magnétique du troisième pôle statorique (45) se ferme d'une part â travers le joug (44), le pôle (47) et le rotor 5 (41)» et d'autre part à travers le joug (44')> le pôle (46) et le rotor (4O» d-® sorte que le flux traversant l'enroulement de mesure pas ou (51 ') n'est, du moins pas directement, influencé par le courant traversant l'enroulement (48)• Toutefois, ce flux est directement influencé par le courant traversant les enroulements (49) et (50), 10 de sorte que le transformateur de compensation (5&) est muni de deux enroulements primaires (55)» (56) dont le premier est monté en série avec l'enroulement statorique (49), et l'autre avec l'enroulement statorique (50), l'enroulement secondaire (57) dudit transformateur-étant monté en série avec l'enroulement de mesure (51 '). 15 En résumé, on peut dire que le dispositif conforme â l'inven tion convient particulièrement pour des moteurs comportant un rotor â aimantation permanente} il fonctionne de manière sûre, et il est économique comparé â un générateur tachymétrique qui serait nécessaire pour le remplacer. Dans oe cas, le dispositif fournit une tension de 20 mesure dont la fréquenoe et l'amplitude sont proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor. Avec des moteurs du type à commutateur ou â collecteur, lis dispositif selon l'invention n'est avantageux que pour des moteurs série ou des moteurs compound. L'enroulement rotorique peut alors 25 simultanément servir d'enroulement de mesure, parce que la force contre-électromotrice produite aux bornes du rotor peut facilement être prélevée- et présente; une amplitude proportionnelle au produit de la vitesse de rotation et du champ d'excitation. L'inductance du ou des enroulements statoriques ne doit alors que peu ou pas du 30 tout dépendra de la position du rotor, c'est-â-dire que le moteur â collecteur doit être pourvu d'un rotor sans noyau magnétique ou comportant un grand nombre de lamelles de collecteur. Lorsque l'inductance de l'enroulement statorique varie peu, la chute de tension aux bornes du Btator peut être compensée par le transformateur à inductance 35 constante, le dispositif fournissant alors une tension dont la forme et la fréquence sont identiques â celles de la tension d'alimentation et dont 1'amplitude est proportionnelle â la vitesse de rotation du moteur. Le dispositif conforme â l'invention peut aussi être appliqué 40 à des moteurB asynchrones et â d'autres machines â induotion, quoique 69 13205 10 2007278 souvent, surtout dans le cas de machines de plus grandes dimensions, il soit préférable d'utiliser un générateur tachymétrique. Le dispositif fournit alors une tension dont la fréquenoe est égale à celle de la tension d'alimentation e"t dont l'amplitude est proportionnelle à la différence entre 5 la vitesse synchrone et la vitesse réelle. Ainsi que cela a été expliqué et décrit en référence aux figures, le dispositif conforme à l'invention peut 8tre appliqué à plusieurs genres de moteurs électriques, en vue d'obtenir, par voie statique, o'est-à-dire sans l'emploi d'un générateur tachymétrique séparé entraîné par le rotor, une 10 tension de mesure fonction de la.vitesse "de rotation da moteur. Cette solu— tion est intéressante lorsque le transformateur de compensation, aveo l'enroulement de mesure et éventuellement un redresseur et un filtre d'égalisation, est moins encombrant, plus léger et meilleur marché qu'un générateur tachymétrique, oe qui est avant tout le cas pour des moteurs éleotriques de 15 faible et de très faible puissanoe. 13205 n REVENDICATIONS: 2007278 1. Dispositif statique permettant de prélever une tension de mesure induite par le rotor d'un moteur éleotrique comportant des p8les statoriques et au moins un enroulement statorique alimenté en courant alternatif, ladite 5 tension étant fonction de la vitesse de rotation dudit rotor, oe dispositif oomportant au moins un enroulement de mesure disposé autour du cirouit magnétique entre deux pCles du stator, caractérisé en oe qu'il comporte au moins un transformateur muni d'un enroulement primaire monté en série aveo l'enroulement statorique, et d'un enroulement seoondaire monté en série ce 10 aveo l'enroulement de mesure, et en que les sens de bobinage et le rapport entre les nombres de spires des enroulements du transformateur sont choisis tels que la tension induite dans l'enroulement de mesure par le courant d'alimentation traversant l'enroulement statorique soit compensée par au moins une partie de la tension induite dans l'enroulement seoondaire du 15 transformateur par le courant d'alimentation traversant l'enroulement primaire de oe transformateur. 2. Dispositif selon la revendication 1, pour un moteur oomportant plusieurs enroulements statoriques, oaractérisé ên ce qu'il comporte un transformateur muni d'au moins deux enroulements primaires dont chacun est monté en 20 série aveo un des enroulements statoriques couplés magnétiquement à l'enroulement de mesure, et d'un enroulement secondaire monté en série aveo cet enroulement de mesure.