Brevet FR2002079A1 — publié le 19691003

La présente invention a trait à un circuit électrique dëtec- teur de vitesse (circuit tachymétrique) propre à faire apparaître une tension proportionnelle à la force contre-électromotrice d'un moteur à courant continu, c'est-à-dire à la vitesse de rotation de celui-ci. L'invention est particulièrement applicable aux systèmes dans lesquels un moteur à courant continu est alimenté par une tension alternative à durées d'alternance variables, comportant des alternances positives et négatives dont les durées varient en sens inverse l'une de l'autre de façon à déterminer un courant continu résultant orienté dans le sens des alternances de plus longue durée. Dans un tel système la tension aux bornes du moteur comprend obligatoirement une composante alternative très importante qui rend extrêmement difficile la mesure de la force contreélectromotrice continue du moteur. Cette difficulté atteint son maximum aux basses vitesses, lorsque la composante continue moyenne d'alimentation est faible, alors que la composante alternative reste en même temps de valeur constante. Le rapport de l'alternatif au continu est par conséquent élevé. Or la nécessité de disposer de circuits tachymétriques précis pour les moteurs à courant continu est particulièrement importante dans les systèmes automatiques de commande de position utilisant des servo-moteurs continus entraidés par des amplificateurs à gain élevé équipés de liaisons de contre-réaction. La présente invention vise à permettre d'établir un circuit tachymétrique précis pour moteurs à courant continu, susceptible d'entre utilisés de façon efficace dans un système dans lequel l'énergie est fournie sous la forme d'une tension alternative à durées d'alternance variables. Pour la mise en oeuvre de l'invention l'on peut prévoir un système dans lequel la puissance est fournie sous forme de courant alternatif comportant des alternances positives et négatives dont les durées varient en sens inverse de façon à donner naissance à une composante continue dans le sens déterminé par les alternances de tension de plus longue durée. L'on insère dans le circuit un dispositif propre à faire apparaitre une tension proportionnelle aux composantes alternative et continue combinées appliquées à l'induit du moteur. I1 est prévu d'autre part des moyens propres à donner naissance à une tension alternative compensatrice symétrique présentant la même fréquence que la tension alternative appliquée à l'induit du moteur, mais opposée en pha- se à celle-ci. Enfin l'on prévoit encore un dispositif additionnant la tension compensatrice avec la tension dérivée de façon à déterminer une tension résultante uniquement proportionnelle à la composante continue de la tension d'induit dudit moteur. L'invention pourra, de toute faon, être bien comprise à l'aide de la description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels description et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre indicatif. Fig. 1 est un schéma d'un circuit établi conformément à l'invention. Fig. 2 est un diagramme représentant une tension alternative a'aiternances variables qui correspond à la forme de tension appliquée au circuit de fig. 1. Fig. 3a représente la tension idéale dérivée à partir des bornes de l'induit d'un moteur à courant continu après soustraction de la chute de tension ohmique (Ri). Fig. 3b représente une tension alternative compensatrice propre à être ajoutée à la tension de fig. 3a. Fig. 3c montre la tension proportionnelle à la vitesse du moteur, susceptible d'être obtenue par addition des tensions représentées en fig. 3a et 3b. Le circuit représenté en fig. 1 comprend l'induit 1 d'un moteur à courant continu, auquel sont associées trois résistances 2, 3, 4 agencées de manière à constituer avec lui un montage en pont. les quatre sommets du pont ont été référencés Â, B, C et D. L'induit 1 est branché entre les points D et A, tandis que la résistance 3 est insérée entre les points À et C. De même la résistance 2 est disposée entre les points D et B, et la résistance 4 entre les points B et C. Le point D du pont est relié à la masse, tandis que le point C constitue borne de sortie de celui On peut représenter schématiquement l'induit 1 sous la forme d'une inductance X, d'une résistance R et d'une source électrique E dont la valeur est égale à la force contre-électromotrice qui apparaît aux bornes de l'enroulement induit lorsque le moteur tourne. Cette force contre-électromotrice est proportionnelle à la vitesse du moteur. Le-moteur 1 est entrainé par application d'une tension VAg entre les barnesA et B. Cette teAsion VAg se présente sous la forme d'une onde rectangulaire à alternances variable c'est-à- dire dans laquelle les alternances positives et négatives successives eomportent des durées respectives qui varient suivant le sens de rotation désiré pour le moteur. La forme d'une telle onde a été représentée en fig0 2* Comme montré la tension VAB comporte une altérnance ou demi-période ositive Tp et une alternance ou demi-période négative tN. Comme Tp est supérieure à , la tension appliquée à l'induit 1 renferme une résultante continue moyenne positive, de sorte oue le moteur tourne dans un sens dé termine. les composantes de la tension qui apparaît aux bornes de l'induit 1 sont Ri, L di/dt et E, expressions dans lesquelles i représente le courant d'induit provoqué par la tension h di/dt la dérivée du courant par rapport aux temps, et E la force contre-électromotrice qu'on désire détecter. La valeur-choisie pour la résistance 2 est elle aussi étale à R. il est donc évident que : (1) VÂB = E + 2 Ri + h di/dt (2) VDB Ri les résistances 3 et 4 étant égales, on peut écrire : (3) Vc3 = 1/2 VAB = E/2 + Ri + 1/2 h di/dt Si l'on résoud ce système d'équation en vue d'obtenir la tension VCD qui apparaît aux bornes du pont, il vient (4) VCD = VCB - VD3 (5) VcD = E/2 + Ri + 1/2 L di/dt - Ri = E/2 + 1/2 L di/dt. La tension VCD a été représentée sous forme idéalisée en fig. 3a. Le pont a ainsi pour effet d'éliminer la composante ohmique Ri de la tension d'induit et de faire apparaître une tension constituée par la somme d'une composante proportionnelle à la force contre-électromotrice E et d'une composante alternative (ronflement) déterminée par les variations d'intensité à travers l'nnductance h de l'induit. Comme la valeur moyenne de la tension aux bornes de l'inductance ne peut pas etre différente de zéro, celle de la tension qui apparaît au point C est ainsi directement proportionnelle à la force contre-électromotrice de~l'induit. Il convient maintenant d'examiner plus en détail le diagramme de fig. 2. La force contre-électromotrice E constitue une composante positive constante pendant toute la durée du cycle représenté. La tension TAB comporte une composante inductive L di/dt qui décroît exponentiellement pendant chaque demi-période, tandis que le reste de la valeur de cette tension VhB est constitué par une composante ohmique variable 2Rio La tension VCD illustrée en fig. 3a renferme la composante continue E/2 et la composante alternative ou ronflement 1/2 L di/dt. Dans le cas représenté en fig. 2 et 3, VhB présente une forte différence entre les demi-périodes tp et les demi-périodes de de sorte que la composante continue moyenne est de valeur notable, ce qui aboutit à une forte composante contre-électromotrice E. Si l'on règle les demi-périodes tp et N pour les amener à égalité, la composante continue E/2 décroît d'amplitude par rapport à la composante 1/2 L di/dt. la vitesse de l'induit, et par conséquent la valeur de E sont proportionnelles à la diffé rence entre les demi-périodes vp et tp est presque égale à tW- A mesure que la composante de force contre-électromotrice devient plus petite par rapport à la composante alternative, son extraction à partir de la tension qui apparaît entre les points D et C devient plus difficile du fait de sa faible valeur. Le procédé mis en oeuvre pour réaliser la compensation efficace de la composante alternative (ronflement) ressort des diagrammes de fig. 3b et 3c. il est basé sur l'addition à la tension VcD d'une tension compensatrice V6 comportant la meme fréquence, mais ne renfermant aucune composante continue et décalée en phase d'un angle préférablement égal à 1800. Cette tension compensatrice a été représentée en fig. 3b, tandis que fig. 3c montre la forme d'onde V7 obtenue après l'opération d'addition. Comme l'indique bien fig. 3c, ce qui reste de la composante alternative a été transformé en une série d'impulsions positives présentant une cadence de répétition qui est essentiellement égale à deux fois la fréquence de la composante alternative initiale. Les impulsions positives précitées permettent de déduire aisément la valeur moyenne continue (qui représente la force contre-électromotrice recherchée) en mettant en oeuvre à cet effet les circuits de moyenne bien connus tels que les filtres à capacités. il y a d'ailleurs lieu de noter que si l'on utilise un tel filtre, la dimension des capacités qu'il comporte peut être réduite de moitié étant donné que la cadence des impulsions est double de celle de la composante alternative. Dans la norme d'onde qui représente la tension VA3 en fig.2, tp est beaucoup plus grand que X lors que ces demi-périodes deviennent approximativement égales aux faibles vitesses, la tension compensatrice fait même disparaître une plues grande fraction de la composante alternative apparaissant au point D que ce qui ressort de fig. 3c. C'est ainsi par exemple qu'au voisinage des vitesses nulles, c'est-à-dire par exemple lorsqu'un servomoteur de mise en position arrive à peu près justeà l'emplacement voulu, la compensation du ronflement alternatif est presque totale. Or la composante continue apparaissant à la sortie du pont est extrêmement faible par rapport à la composante alternative indésirable, de sorte que la compensation de cette dernière par le procédé suivant l'invention constitue un avantage important. Parmi les conditions mentionnées plus haut pour la tension de compensation, celle de l'absence de composante continue est la plus importante ; on comprend qu'elle est essentielle pour éviter de fausser la précision de la composante continue qui doit apparaître dans la tension relevée au point C. Les autres conditions concernent de façon générale le fait que cette tension compensatrice doit présenter une forme d'onde semblable, mais inverse, par rapport à celle de la composante alternative de ronflement. Dans le cas d'une onde à demi-période variable, telle que VAB, présentant une forme rectangulaire, cette condition d'une tension compensatrice semblable mais inverse se traduit aisément par l'identité de fréquence, un décalage de 1800 et une amplitude approximativement égale à celle de la composante alternative à compenser. On a représenté en fig. 1 un moyen pour additionner la tension de sortie du pont et la tension compensatrice. Cette dernière est représentée par la source 6. La sortie C du pont (tension VGD) est reliée à un point commun 7 à travers une résistance 8. La source 6 est elle-même reliée à ce point 7 par une autre résistance 9. On peut; choisir les valeurs relatives des résistances 8 et 9 de manière que les amplitudes maximales des tensions transmises au point 7 à partir des deux sources en présence soient égales. L'addition s'effectue par le moyen de la résistan ce de charge 10 disposée entre le point commun 7 et la masse. La * tension qui apparaît au point 7 peut être considérée eomme un Si gnal tachFmétrique propre à être envoyé à un indicateur ou dans la boucle de réaction d'un système asservi. La tension compensatrice V6 peut être dérivée par tout moyen connu dans la technique. On peut par exemple constituer la source 6 sous la forme d'un multivibrateur monostable déclenché au début de chacue demi-période positive de V. En variante la tension V6 peut être dérivée de la source qui fournit la tension VAg, en amont du point; où l'on module la largeur de ses impulsions (demi--ériodes), la tension ainsi dérivée étant inversée, par exemple à l'aide d'un transformateur. Comme il va de soi, et comme il ressort d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement in diqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. - Rn=VE ICAgIOISS 1. Circuit électriaue propre à pernettre la détection de la force contre-électromotrice d'un moteur à courant continu alimenté par une tension alternative comportant des alternances positives et négatives dont les durées respectives sont variables pour permettre de donner naissance à une composante continue orientée dans le sens des alternances de plus longue durée, tandis qu'il est par ailleurs prévu des moyens pour dériver une tension (VcD) proportionnelle aux composantes alternative et continue combinées de la tension applIquée à 11 induit, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6) propres à établir une tension alternative compensatrice symétrique (V6) de même fréquence que la composante alternative (vau) appliquée à l'induit (1), mais opposée en phase par rapport à celle-ci, et des moyens (8, 9, 10) permettant d'additionner la tension compensatrice (V6) et la tension dérivée (VcD) pour donner naissance à une tension résultante (V7) proportionnelle à la composante continue de la tension de l'induit. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à dériver une tension (VcD) proportionnelle aux composantes de a tension de l'induit du moteur comprennent un pont (1, 2, 3, 43 dont l'un des éléments est constitué par l'induit (1) de ce moteur, les autres étant des-résistances ohmiques (2, 3, 4). 3. Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le pont (1, 2, 3, 4) est établi de façon à éliminer la chute de tension ohmiaue (Ri) dans la tension dérivée (VcD) de façon que celle-ci se rapproche plus étroitement d'un signal exact correspondant à la force contre-électromotrice du moteur. 4. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension alternative compensatrice (V6) comporte des amplitudes maximales substantiellement égales à celles de la tension dérivée (VcD). 5. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tension alternative d'alimentation (VAB) comprend des alternances positives et négatives oui présentent des amplitudes maximales substantiellement égales et opposées, et qui comportent une forme substantiellement rectangulaire. 6. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tension alternative compensatrice (V6) es-t constituée par une onde substantiellement rectangulaire dont les demi-ondes positives et négatives sont substantiellement d'égale durée et substantiellement d'égale amplitude en valeur absolue. 7. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tension résultante (V7) proportionnelle à la composante continue de la tension de l'induit (I) se présente sous la forme d'une série d'impulsions unidirectionnelles apparaissant à une cadence double de la fréquence de la composante alternative de la tension (VA13) appliquée à cet induit.