Brevet FR2025596A1 — publié le 19700911

La présente invention concerne les régulateurs de vitesse pour moteurs électriques à courant continu et vise notamment un tel régulateur comportant m montage destiné à engendrer un signal de sortie puisé d'entraînement du moteur et un circuit de réac-5 tion destiné à maintenir sensiblement la vitesse du moteur à la valeur de consigne. Dans un tel régulateur, la vitesse du moteur est réglée par la variation de la durée des impulsions et, ainsi, de la puissance moyenne appliquée au moteur. les impulsions peuvent avoir une amplitude constante, par exemple être constituées 10 par un signal à onde carrée dont le rapport durée du signal/période soit réglable, ou, en variante, avoir une amplitude variable, ce qui est le cas si elles sont formées de fractions réglables d'alternances, consécutives ou non, d'une tension alternative redressée. Oe dernier mode de régulation est parfois dit "réglage 15 par déphasage". De tels dispositifs de commande n'exigent pas de transmissions mécaniques qui provoquent des pertes d'énergie, et ont donc un bon rendement, ce qui est particulièrement important quand le moteur est alimenté par batterie. Par contre, ils présentent un 20 inconvénient qui peut être grave s la gamme de réglage précis de la vitesse peut être limitée, l'exemple ci-dessous illustre une telle limitation : si l'on prend un moteur dont la gamme de vitesse comporte une valeur maximale 1600 fois supérieure à la valeur minimale, il en résulte qu'à la vitesse la plus faible, le 25 signal appliqué au montage fournissant le' signal de sortie puisé a une valeur seulement 1600 fois plus faible que sa valeur maximale possible. Normalement, ce signal est amplifié avant d'etre appliqué au montage. En conséquence, le signal appliqué à l'ampli ficateur est encore plus faible et l'amplification a de grandes 30 chances d'être affectée par les variations de la température.ambiante, les fluctuations de la tension d'alimentation de l'amplificateur et par la dérive. De plus, pour des vitesses relativement faibles du moteur, le signal de réaction est.aussi très faible, ce qui rend peu sûre la comparaison avec un signal représen-35 tatif de la vitesse de consigne. Il en résulte qu'à vitesses faibles, on ne peut obtenir un fonctionnement stable. la présente invention a pour objet un régulateur de vitesse du genre décrit ci-dessus, c'est-à-dire comportant un circuit de réaction destiné à conserver sensiblement la valeur de consigne à 40 la vitesse du moteur, ainsi qu'un montage destiné à engendrer un BAD ORIGINAL 69 4197Ô 2 2025596 signal de sortie puisé d'entraînement du moteur, dont la durée d'impulsion est réglée par un signal d'entrée appliqué à ce montage, ce régulateur comportant encore un agencement de commutation qui change d'état, quand la vitesse de consigne atteint une 5 valeur déterminée et modifie ainsi à la fois l'amplitude des impulsions et la valeur du signal de réaction, cette dernière modification provoquant une modification dudit signal d'entrée et donc de la durée des impulsions, cette modification de durée compensant partiellement la modification imprimée à l'amplitude des 10 impulsions. En donnant à l'amplitude des impulsions une valeur différente selon que la vitesse de consigne est supérieure ou inférieure à la valeur déterminée, on introduit dans le régulateur une variable supplémentaire. Il en résulte que l'ensemble de la gamme de vitesses est subdivision en deux ou plusieurs gammes de 15 vitesses successives, l'amplitude des impulsions étant différente dans chacune de ces gammes. Ainsi, dans un régulateur comportant deux de ces gammes de vitesses successives, on fait en sorte que l'amplitude des impulsions ait une valeur relativement faible dans la gamme basse et une valeur relativement forte dans la gam-20 me haute. Quand la vitesse du moteur croît Jusqu'à sortir de la gamme basse, la durée des impulsions atteint un maximum au niveau duquel 1 ' agencement de commutation intervient et fe.lt en conséquence passer l'amplitude des impulsions de la valeur faible à la valeur forte. L'agencement de commutation modifie en outre la valeur 25- du signal de réaction pour réduire la durée impulsions. Po"~ une .commande de vitesse à variation continue, cette réduction doit compenser exactement 1*augmentation d'amplitude des impulsions5 autrement dit, chaque impulsion conserve en gros la même énergie globale, de sorte que la vitesse du moteur ne se modifie pas par 30 suite de l'effet de commutation. L'un des résultats qu'on obtient en divisant la gamme de vi tesses totale en deux ou plusieurs gammes de vitesses successives est qu'on réduit considérablement la gamme de variation du signal d'entrée appliqué à l'amplificateur et du signal de réaction du 35 moteur, ce qui contribue beaucoup à supprimer les difficultés précitées. On va considérer par exemple un régulateur dans lequà. une gamme de vitesses allant de l'unité à 1600 fois l'unité est divisée en quatre gammes successives, c'est-à-dire que l'agencement de commutation est conçu pour intervenir pour trois vilestieis 40 de consigne déterminées et imprime selon son état à l'amplitude BÂD ORIGINE- 69 41978 3 2025596 des impulsions l'une de quatre valeurs déterminées, réglant aussi en conséquence la valeur du signal de réaction. Si le rapport entre les vitesses maximale et minimale est le même pour chacune des gammes de vitesses successives, ce qui est préférable, ce 5 rapport est de 6,3* En conséquence, le signal de réaction appliqué au comparateur et le signal à amplifier ont des valeurs minimales égales au quotient par 6,3 seulement de leurs valeurs maximales. Oe divisera* est 254 fois plus faible que dans un régulateur classique du genre précédemment décrit. 10 Les régulateurs de vitesse suivant l'invention sont parti culièrement indiqués pour commander les moteurs entraînant les bandes d'instruments enregistreurs. Pour que l'enregistrement soit précis, il est très important qu'une fois réglée, la vitesse de la bande ne se modifie pas. Les régulateurs suivant l'inven-15 tion sont capables d'assurer un tel fonctionnement à vitesse constante, même en présence de variations de la température ambiante ou de fluctuations de la tension du secteur et sont beaucoup plus avantageux que les régulateurs mécaniques classiques utilisés jusqu'à présent. 20 On va maintenant décrire à titre d'exemple un régulateur de vitesse pour moteur à courant continu suivant l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 est un schéma de montage électrique du régulateur, montrant aussi le moteur qu'il commande, ainsi que l'organe en-25 traîné par le moteur et un générateur tachymétrique, également accouplé au moteur, et Fig. 2A et 2B illustrent le mode d'excitation du moteur. On va d'abord considérer la fig. 1, sur laquelle on a représenté en 1 le moteur à courant continu, en 2 l'organe entraîné 30 par le moteur et en 3 le générateur tachymétrique. Ce dernier four nit une tension de sortie proportionnelle à la vitesse du moteur. Le régulateur de vitesse comporte un sélecteur permettant de choisir la vitesse de consigne affectée au moteur dans une gam me qui, dans l'exemple choisi, est supposée aller de 1 à 1600 tr/ 35 mn et est divisée en deux gammes successives allant de 1 à 40 et de 40 à 1600 tr/mn. Le sélecteur de valeur de consigne engendre un courant proportionnel à la vitesse désirée et comporte à cette fin une résistance variable en continu ou à valeurs multiples ou encore un grand nombre de résistances de valeurs différentes, en 40 combinaison avec un agencement de commutation. Pour plus de 69 41978 4 2025596 simplicité, ce sélecteur est représenté sur la fig. 1 sous forme de commutateur rotatif à quatre positions dont le bras de commutation 4 permet de relier l'une quelconque de quatre résistances 5, de valeurs ohmi ques différentes, à une borne d'une source de 5 courant continu 6. Un second bras de commutation 7 est jumelé a-vec le bras 4 pour se déplacer avec lui» Le courant engendré par le sélecteur de valeur de consigne est comparé, dans un comparateur 8, au courant engendré par le générateur tachymétrique 3. Ce dernier courant est appliqué au 10 comparateur 8 par un circuit de réaction comportant l'une ou l'autre de deux résistances 9 et 10 de valeurs différentes, selon la position du contact mobile 11 d'un relais 12„, Ce contact mobile est commandé par le bras de commutation 7 cLu sélecteur et excité à partir d'une source de courant continu 13» Le comparateur 8 15 fournit un signal d'écart, représentatif de tout écart entre les deux courants qui lui sont appliqués, c'est-à-dire de tout écart entre la vitesse de consigne et la vitesse effective du moteur. Ce signal d'écart est appliqué à un amplificateur opérationnel 14 qui l'amplifie, puis l'applique à un montage de commande 15 corn-20 mandant les deux thyristors d'un montage redresseur 16» Ce dernier est alimenté par du courant alternatif, sous 220 V ou sous 30 V selon la position du contact mobile 17 du relais 12, et engendre des impulsions de courant qui excitent le moteur 1„ Il comprend un pont redresseur double alternance comportant les deux thyris-25 tors qu'on vient de citer. Le montage de commande 15 choisit, pendant chaque alternance de la tension d'alimentation, l'instant auquel le thyristor intéressé est déclenché pour commencer à débiter, ce choix étant déterminé par l'amplitude du signal d'écart reçu de l'amplificateur 14. A mesure que l'amplitude de ce signal 30 de sortie de l'amplificateur croît d'un minimum à un maximum, 1' instant de déclenchement est avancé depuis la fin jusqu'au début de l'alternance. Comme précédemment exposé, pour une charge constante, la vitesse du moteur dépend de l'énergie appliquée au moteur et ain-35 si de la tension moyenne appliquée à ses bornes. Pour une alimentation puisée, la tension moyenne ^.épend de la fréquence des impulsions d'alimentation, ainsi queAa durée et de l'amplitude de ces impulsions. Dans l'exemple choisi, la fréquence des impulsions d'alimentation est fixe et la tensiofe. moyenne ne dépend donc que 40 de la durée et de l'amplitude des impulsions. La durée des impul 69 41978 5 2025596 sions dépend de l'instant de déclenchement du thyristor associé et leur amplitude change selon que le montage redresseur 16 est alimenté sous 30 ou sous 220 V. Sur la fig. 2A, les hachures indiquent les impulsions de 5 tension appliquées au moteur 1 quand le montage redresseur 16 est alimenté sous 22C 7 si le thyristor associé est déclenché au. "bout d'un tempso(1, chaque impulsion ayant alors la durée indiquée en jàl. La valeur moyenne de la tension de ces impulsions de courant est représentée par une tension continue de valeur Va. La figo2B 10 indique que le déclenchement doit être beaucoup plus précoce si 11 on doit obtenir la même tension moyehne Va quand le montage redresseur est alimenté sous 30 V. Le mode de détermination des valeurs de certains composants ressortira de la description qu'on va donner du fonctionnement du 15 régulateur. ^uand on fait pivoter dans le sens anti-horaire les bras 4 du sélecteur et le bras 7- qui lui est jumelé; on augmente la vitesse de consigne, c'est-à-dire le courant appliqué au comparateir 8. Si l'on considère un tel mouvement du sélecteur entre ses deux 20 positions situées le plus à gauche, pour lesquelles les contacts de relais 11 et 17 ont les positions représentées, les accroissements résultants du signal d'écart, et donc du signal émis par l'amplificateur 14, ont pour effet de faire réduire par le montage de commande 15, l'angle o( 2, c'est-à-dire d'avancer le déclen-25 chement du thyristor associé du reêresseur 16, de sorte que la durée des impulsions augmente. En conséquence, la tension moyenne Va des impulsions augmente aussi, ce qui accroît la vitesse du moteur. Le ce fait, la tension de sortie du générateur tachymétri-que croît aussi et le comparateur 8 reçoit un courant de réaction 30 plus important. Il en résulte une réduction du signal d'écart, de sorte que la vitesse du moteur finit par se stabiliser à la valeuc de consigne fixée par le sélecteur. On va maintenant supposer qu'on fait pivoter encore les bras 4 et 7 du commutateur dans le sens anti-horaire jusqu'aux plots 35 1T° 3 à partir de la gauche» Le courant appliqué au comparateur 8 augmente encore, ce qui tend à avancer encore le déclenchement des thyristors du redresseur ^6..Toutefois, du fait du déplacement du bras de commutation 7 le relais 12 est alors excité, de sorte que ses deux contacts 17 et 11 se déplacent, vers la droite. 40 Le déplacement du contact 17 remplace l'alimentation sous 30 V BAD ORIGINAL 69 41978 6 2025596 par 1'alimentation sous 220 V du redresseur 16. Le contact 11s en se déplaçant yore la droite, insère dans le cixouit -1^ liaction la résistance 10 à la place de la résistance S. La résistance 10 ayant une valeur ohmique plus faible que la résistance 9» un cou» 5 rant le réaction plus important s'applique au comparateur 8© Le signal d'écart est donc nettement réduit, de sorte que les thy-ristors du redresseur 16 sont déclenchés beaucoup plus tardi'rsrant Il en résulte donc, d'une part, que l'amplitude des impulsions augmente et, d'autre pstrt, que leur durée diminue» Le nou= 10 vement de commutation qui fait apparaître ce résultat étant destiné à augmenter la vitesse du moteur, on choisit les valeurs des composants de manière à ce que la tension moyenne Ya subisse tm accroissement correspondant à un degré de division^fa gamme de vitesses. Comme exposé plus haut, la vitesse peut être variable ai 15 continu et non par paliers. Comme le montre clairement la fig. 1, le relais 12 est désexcité quand le sélecteur occupe les deux positions correspondant aux deux vitesses les plus faibles du moteur et excité pour les deux autres positions, correspondant aux deux vitesses fortes 20 du moteur. Ainsi, la gamme de vitesses globale, allant de 1 à 1600 tr/mn, est effectivement divisée en deux gammes successives9 le relais 12 étant désexcité dans la première et excité dans la seconde de ces gammes. Les rapports entre les vitesses maximale et minimale des deux gammes sont égaux, de sorte que la première 25 gamme va de 1 à 40 tr/mn et 1-a seconde de 40 à 1600 tr/mn, le relais 12 changeant d'état à 40 tr/mn0 En divisant la gamme de vitesses globale en deux gammes suo cessives, on réduit beaucoup la gamme de variations du signal d© réaction du moteur et du signal d'amplificateur, comme expliçraé 36 plus haut. Par exemple, si le générateur tachymétrique 3 fournit un courant de 4 mA à 1600 tr/mn, le courant à 1 tr/mn serait9 dans un régulateur classique, de 0,0025 mA valeur très difficile à comparer à celle représentant la vitesse de consigne. Par cob= tre, dans la présente commande, le courant est, à 1 tr/mn (et 35 aussi à 40 tr/mn) de 0,1 mA, valeur qui se prête bien à la comparaison. La fig. 2A indique aussi pourquoi un réglage précis de vitesse est difficile sinon impossible à l'aie*0 d'un régulateur classique„ Dans une telle commande, une gamme de vitesses allant 40 de 1 à 1600 tr/mn correspond à une variation de fi 1 entre 0 et 8AD ORIGINAL 69 41978 7 2025596 180°. Pour les vitesses faibles, 1 doit être très petit. Or, lorsqu'il en est ainsi, toute variation de /^1, due à la pente abrupte de l'onde de tension, provoque une très forte variation de l'aire hachurée sur la figure, c'est-à-dire de l'énergie ab-5 sorbée par le moteur. En conséquence, des variations de la température ou fluctuations de la tension d'alimentation risquent, mène si elles ne décalent que très légèrement l'instant de déclenchement, d'affecter notablement la vitesse du moteur. La fig. 2B montre comment les effets de ces variations ou 10 fluctuations sont considérablement réduits dans un régulateur sui vant l'invention. L'angle^ 2 étant plus grand, un décalage de l'instant de déclenchement modifie beaucoup moins l'énergie absorbée par le moteur. BAD ORIGINAL 69 41978 8 2025596 BSVEHDICATIOKS 1. Régulateur de vitesse pour moteur électrique à courant continu, comportant un générateur tachymétrique destiné à engendrer un signal de réaction représentatif de la vitesse réelle du 5 moteur, un sélecteur de vitesse de consigne destiné à engendrer un signal représentatif de la vitesse à imprimer au moteur, un comparateur destiné à comparer les deux signaux et à engendrer un signal d'écart représentatif de toute différence entre ces deux signaux et un montage destiné à fournir un signal de sortie pul-10 sé d'entraînement du moteur dont la durée d'impulsion est déterminée par le signal d'écart, ce régulateur étant caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de commutation qui change d'état quand la vitesse de consigne atteint une valeur déterminée et modifie de ce fait à la fois l'amplitude des impulsions et la va-15 leur du signal de réaction, cette seconde modification provoquant une modification du signal d'écart et donc de la durée des impulsions, cette dernière modification compensant en partie au moins celle imprimée à l'amplitude des impulsions. 2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que ledit montage comporte un redresseur commandé et en ce qu'on monte aux bornes du gé&érateur tachymétrique un circuit résistant réglable destiné à modifier la valeur du signal de réaction. 3» Hégulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agencement de commutation comporte un relais qui le fait 25 changer d'état sous l'action du sélecteur de valeur de consigne quand la vitesse de consigne atteint la vitesse déterminée.