Brevet FR2035859A1 — publié le 19701224

- 1 - 2035859 la présente invention se réfère à un dispositif de régulation électronique de l'alimentation d'un moteur à courant continu, particulièrement destiné à la traction des véhicules. Dans des dispositifs connus de ce genre, l'alimentation du 5 moteur est effectuée à travers une diode contrôlée mise en état de blocage de la décharge d'un condensateur (condensateur d'extinction), commandée par une deuxième diode contrôlée et chargée par la première, en phase de conduction, à travers un auto-transformateur . 10 Les dispositifs de .ce type dénommés "chopper" présentent différents inconvénients, entre autres, ceux qui sont dus à la difficulté de mise au point de 1'autotransformateur et au risque que le condensateur se décharge, même quand sa décharge ne serait pas suffisante pour désamorcer la diode contrôlant le moteur. 15 0e fait se vérifie à la suite d'une "brusque surcharge du moteur avec comme conséquence : la perte de contrôle du moteur, qui perd de la vitesse, et peut absorber des courants intolérables . Dans de telles circonstances, pour rétablir la régulation 20 normale il ne reste pas d'autre solution que d'agir sur l'interrupteur général de l'alimentation. Le but de la présente invention est de réaliser un nouveau dispositif de régulation électronique d'un moteur à courant continu qui puisse éliminer lesdits inconvénients de mise au 25 point et qui donne un maximum de garantie de fonctionnement. Un autre but est de réaliser un dispositif qui permette d'obtenir toutes les régulations désirées du moteur par le moyen d'action d'un seul organe de commande, tel qu'une : pédale, une manette ou un organe similaire. 30 Le dispositif de régulation électronique, objet de l'invention, se caractérise par le fait que le condensateur d'extinction est chargé par un onduleur qui est alimenté par la même source de courant, telle qu'une batterie d'accumulateurs qui alimente le moteur à courant continu. En outre, le signal d'amorçage qui va 35 à la diode, qui contrôle le moteur ou à celle qui va au condensateur, est fourni par un oscillateur à travers un dispositif de commutation. Suivant un aspect très important de l'invention, l'oscillateur en question est en parallèle avec le condensateur d'ex-40 tinction, si bien que le signal d'amorçage fourni à la diode qui 69 19317 - 2 - 2035859 contrôle le condensateur est capable de provoquer la décharge de ce dernier seulement lorsque sa tension de charge a rejoint ou franchi une valeur préétablie. De cette manière, à la production de la décharge, on a une 5 garantie absolue d'extinction de la diode qui contrôle le moteur et donc de l'interruption de l'alimentation de ce dernier. L'emploi de l'onduleur donne l'avantage d'alimenter le condensateur avec une tension indépendante des différentes conditions de fonctionnement du moteur. Le dispositif de commutation qui pré-10 voit d'appliquer le signal dramorçage à l'électrode de contrôle de l'une ou de l'autre diode contrôlée peut être d'un type quelconque par exemple : électromécanique ou électronique. 0e dispositif peut aussi être commandé à la main. Dans tous les cas, la manière avec laquelle le dispositif 15 commute le signal d'amorçage, sur l'une ou l'autre diode contrôlée, dépend des conditions de fonctionnement que l'on désire pour le moteur. Ainsi le dispositif sera commandé par un organe sensible à la vitesse, si on désire faire une régulation du nombre de tours du 20 moteur, ou sera commandé par un organe sensible à l'intensité si on désire régler le couple du moteur. Enfin, il sera commandé par un organe sensible à la vitesse et au courant si on désire régler la vitesse et le couple. De telles régulations sont effectuées en agissant sur un potentio-25 mètre, au moyen d'un organe unique de manoeuvre constitué pair une pédale, une manette ou un organe similaire. Dans une forme simplifiée de réalisation le dispositif de commutation comprend un contacteur actionné par un électroaimant , qui est lui-même commandé par l'organe sensible. Suivant un autre aspect de l'inven-30 tion, en actionnant à fond ledit organe de commande et dans les conditions de vitesse maximum du moteur il est possible de court-circuiter le circuit de régulation électronique, avec l'avantage de l'exclure, dans une condition de marche pour laquelle ce der-- nier n'intervient pas et constituerait ainsi une charge inutile. 35 Une particularité très importante est le fait que l'organe de commande agit sur le curseur du potentiomètre au moyen d'une transmission comprenant une came profilée spécialement de manière que le potentiomètre soit exploré toujours dans le même sens et quel qu0 soit le sens de rotation de l'organe de commande. 40 Des caractéristiques et des avantages supplémentaires 69 19317 2035859 paraîtront ultérieurement par la description et les dessins qui suivent, à seul titre d'exemple, et sans aucun caractère limitatif, en se référant à des formes préférentielles de réalisation du dispositif de régulation électronique selon l'invention. 5 la figure 1 présente le schéma électrique fondamental du dispositif de régulation conforme à l'invention. La figure 2 représente le schéma de la figure 1, muni d'un circuit pour la régulation de la vitesse du moteur. La figure 3 représente le schéma de la figure 1 muni du cir-10 cuit pour la régulation du courant (couple) du moteur. La figure 4 représente le schéma de la figure 1 muni du circuit pour la régulation, de la vitesse et du courant (couple du moteur). La figure 5 représente le schéma de la figure 4 avec quelques 15 variantes et pourvu de circuits pour l'exclusion de la régulation électronique du moteur. Et la figure 6 représente, en perspective, un organe de commande constitué d'une pédale et la transmission de commande, par laquelle on agit sur un rhéostat pour obtenir la régulation du 20 moteur. Dans les différentes figures les parties identiques ou correspondantes sont indiquées avec les mêmes symboles. Par 1 est indiquée la source d'alimentation à courant continu, constituée . par une batterie d'accumulateur, par 2 et 3 sont indiqués res-25 pectivement le bobinage de champ et l'induit du moteur à courant continu M, par 4 sa diode contrôlée et par 12 la diode contrôlée des condensateurs dont la décharge provoque le désamorçage de la diode 4 et donc l'interruption de l'alimentation du moteur. Suivant l'invention, le condensateur 7 est chargé à travers 30 la diode 8 par un onduleur 6, alimenté à son tour par la même batterie 1 qui alimente le moteur. En outre, le signal d'amorçage aux deux diodes contrôlées 4 et 12 est fourni à travers un dispositif de commutation C alimenté par un oscillateur 9 à travers un transformateur d'impulsions 10 et d'un redresseur 11. L ' on— 35 duleur 6 et l'oscillateur 9 oscillent à des fréquences préétablies . Suivant un aspect très important de l'invention, l'oscillateur 9 en. parallèle avec le condensateur 7i reçoit l'alimentation de l'onduleur 6 de manière à ce que l'impulsion d'amorçage 40 à la diode contrôlée 12 produise la décharge du condensateur - 4 - 2035859 69 19317 seulement lorsque la tension de charge est supérieure à une limite préétablie, c'est-à-dire soit capable de désamorcer assurément la diode contrôlée 4. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1 le dispositif 5 de commutation G comprend un contacteur 5 dont le contact mobile a applique alternativement le signal d'amorçage aux contacts fixes b et ç connectés respectivement aux électrodes de contrôle des diodes contrôlées 4 et 12. Le contact mobile a est amené à toucher l'un ou l'autre des 10 contacts fixes b et ç au moyen d'un dispositif de commande non représenté, mais indiqué symboliquement avec la flèche F, qui peut être électromécanique ou électronique. Dans des circonstances particulières la manoeuvre peut être commandée à la main. Si, à un instant quelconque de la conduction de la diode 15 contrôlée 4 et de la conséquente alimentation du moteur, on ferme les contacts a et ç, une impulsion d'amorçage met en état de conduction la diode contrôlée 12 qui provoque la décharge du condensateur 7 en mettant ainsi la diode contrôlée 4 en état de blocage instantané, et en supprimant l'alimentation du moteur M. 20 La condition pour laquelle le contact mobile a sera commuté sur le contact b ou sur le contact ç dépendra de la régulation que l'on désire obtenir. En faisant varier les temps de fermeture du contact a sur les contacts b et c on fait varier la durée de l'état de conduction et de blocage de la diode contrôlée 4 et 25 donc la capacité d'alimentation du moteur. Le but de la diode 15 est de supprimer les surtensions instantanées qui sont engendrées dans le moteur pendant les interruptions contrôlées du courant. On va considérer maintenant différentes possibilités de régulation du moteur, illustrées dans les figures de 2 à 5. 30 CONTROLE DE LA VITESSE DU MOTEUR Ce contrôle est illustré dans le schéma de la figure 2, qui diffère de la figure 1 par adjonction de 1'électro-aimant E, qui forme avec le contacteur 5 ls dispositif de commutation, et en outre par la présence du régulateur de vitesse, constitué par un 35 potentiomètre 16, alimenté par une dynamo tachimétrique 15, reliée mécaniquement à l'arbre du moteur. Le potentiomètre fournit la tension de commande à la bobine 14 de 11 électro-aimant E, à travers un curseur K. Normalement, le contact a est fermé sur le contact b au moyen 69 19317 - s - 20I5M9 du ressort de rappel R, le contact b étant connecté à l'électrode de contrôlecbla diode contrôlée 4. L'autre contact fixe c est connecté à l'électrode de contrôle de la diode contrôlée 12. La tension de sortie de la dynamo tachimétrique 15 varie comme le 5 nombre de tours et, par conséquent la tension à la disposition de la bobine 14- varie avec la position du curseur E. A chaque position du curseur correspond une vitesse déterminée du moteur. Si le curseur est tenu dans une position fixe, le dispositif de régulation fonctionne comme limitateur de vitesse. Cela 10 signifie que le contact a sera séparé de b avec interruption de l'alimentation du moteur et dans ce cas fermé sur c, quand le moteur atteint la vitesse maximum déterminée par la position du curseur sur le potentiomètre 16. Le moteur réduira donc son nombre de tours, le contact a se 15 refermera sur b et ainsi de suite avec les commutations alternées tendant à obtenir une alimentation du moteur qui ne permet pas à ce dernier de dépasser la vitesse maximum préétablie. Par contre, en déplaçant le curseur K on obtient la régulation continue de la vitesse du moteur. Ce déplacement est effectué au moyen d'une 20 pédale ou d'une manette,- qui constitue l'unique organe de manoeuvre. Il est important d'observer que l'emploi d'une dynamo tachi-métrique, pour relever la vitesse de rotation du moteur, permet facilement d'exploiter un voltmètre ordinaire 17 pour l'utiliser 25 comme compte-tour ou comme tachimètre en étalonnant l'échelle de ce voltmètre. CONTROLE DU COURANT (EU DU COUPLE) DU MOTEUR Ce contrôle est illustré dans la figure 3, différente de la figure 2 par la présence d'un organe sensible au courant à la 30 place du régulateur de vitesse. L'organe sensible au courant est réalisé au moyen d'un potentiomètre 20, connecté en parallèle avec la résistance 18 et en série avec le moteur, après la diode contrôlée 4. Par K est indiqué le curseur du potentiomètre 20 qui prélève 35 la tension de commande de la bobine 14. De manière analogue avec le curseur dans une position fixe, le dispositif .de régulation fonctionne comme limitateur de courant maximum ou de couple maximum. Par contre, avec un curseur mobile on obtien une régulation du courant et par conséquent du 69 19317 - 6 - 2035859 couple. Le courant absorbé par le moteur, à travers la diode contrôlée 4, détermine, dans son passage à travers la résistance 18, une chute de tension qui est appliquée au potentiomètre 20. En 5 variant la position du curseur E il est possible de modifier à volonté le courant absorbé par le moteur soit avec un régime quelconque de rotation soit avec l'induit 3 bloqué. A une certaine position fixe du curseur du potentiomètre 20, correspond un courant absorbé par le moteur déterminé (même avec 10 l'induit bloqué) dont la stabilité et la sensibilité dans la variation dépendront notablement de la fréquence de vibration de l'équipage mobile du contacteur 5- Le condensateur 19 a pour but de filtrer les pointes instantanées de tension dues à la décharge du condensateur 7? au moyen de la diode.contrôlée 12 sux la ré-15 sistance 18. CONTROLE DE LA VITESSE ET DU COUPLE DU MOTEUR Le schéma électrique est celui de la figure 4, et le contrôle s'effectue en agissant sur 1'électro-aimant E, avec l'aide du régulateur de vitesse 15-16, du régulateur du courant 18-20 et 20 d'un potentiomètre 21 actionné par l'organe de manoeuvre. Le contact a est normalement fermé sur ç et 1'électro-aimant E1 comprend deux bobines 14a et 14b alimentées en opposition» Initialement, en fixant le curseur K du potentiomètre 21 dans la position 0 aucun courant ne traverse le moteur, étant 25 donné que la diode contrôlée 4 est en état de blocage. En déplaçant, au moyen de l'organe de manoeuvre, ledit curseur vers la position maximum la bobine 14a de 1'électro-aimant E1 est excitée et la fermeture des contacts a et b provoque la conduction de la diode contrôlée 4. 3) Le moteur absorbe du courant et tourne à une vitesse conti nuellement variable en fonction de la position du curseur E. La deuxième bobine 14b, excitée par le régulateur de vitesse (15-16) et le régulateur de courant (18-20), provoque un flux dans 1'électro-aimant E' en opposition à celui de la bobine 14a. De 35 cette manière on a -une fermeture alternative entre les contacts a - c et a - b avec une fréquence d'autant plus grande que plus rapide est la réalisation de l'équilibre dans les deux flux créés par les deux bobines 14a et 14b. Dans ce cas, les curseurs des potentiomètres 16 et 20 restent 69 19317 - 7 - 2035859 dans les positions fixes préétablies et stabilisent seulement les limites de réglage maximum de la vitesse et du courant du. moteur. Les signaux des deux régulateurs, concordant entre eux, peuvent nécessiter d'être amplifiés avec un amplificateur élec-5 tronique convenable. Il est possible encore de discriminer la différence de niveau entre les signaux des régulateurs et celui du potentiomètre 21 par une simple amplification différentielle. Dans un tel cas, le schéma est celui de la figure 5» dans lequel est indiqué par 22 10 l'amplificateur différentiel et encore, par 14, l'unique bobine de l'électroaimant actionnant le contacteur 5« COURT-CIRCUIT DE LA REGULATION ELECTRONIQUE Dans le dispositif, objet de la présente invention, on a prévu aussi la possibilité d'exclure la régulation électronique, 15 comme il est montré dans la figure 5. Il est suffisant, pour un tel but, de connecter simplement à la masse à travers le contact Q, la borne de sortie T du moteur. Toutefois, et cela est d'importance notable, cette manoeuvre n'est pas asservie seulement à un interrupteur normal de fond de 20 course 23 de l'organe de manoeuvre tel qu'une pédale, mais en outre, dans un tel cas, on détermine le point d'alerte où le moteur chargé avec un fort couple (presque bloqué) peut être alimenté instantanément à pleine tension (manoeuvre erronée correspondant à une poussée à fond de course de la pédale). En 5 effet, 1'actionnement à fond de course de la pédale, qui provoque la fermeture de l'interrupteur 23 et le déplacement simultané du curseur K dans la position maxi du potentiomètre 21, ne produit aucun effet sur l'alimentation du moteur réglée électroniquement, qui se maintient telle, tant que le moteur n'a pas dépassé une 30 vitesse de rotation prédéterminée. Seulement lorsque cette condition a été atteinte et que 23 est fermé,'ion dispositif électronique 24, constitué d'une diode Zener et un transistor de puissance, connecté à la dynamo tachimétrique 15, donne le consentement à l'excitation du télérupteur 25 pour fermer le contact Q, 35 de manière à obtenir la rupture de contact du dispositif électronique de régulation et donc l'alimentation du moteur à pleine tension, pendant tout le temps, où le moteur est alimenté à pleine tension, l'intervention du télérupteur 25 interrompt, l'oscillateur électronique 9 empêchant ainsi la décharge du 69 19317 2035859 condensateur 7- Dans le cas où l'on désire inverser le sens de marche du moteur, il est nécessaire, après avoir remis l'organe de manoeuvre (pédale) et donc le curseur K de 21 dans la position 0, de fermer l'interrupteur 26 pour exciter la "bobine du télé-5 rupteur-inverseur 27, qui permet d'inverser le sens d'alimentation de la bobine de champ 2. Pendant les opérations et le fonctionnement de la marche arrière du moteur, pour avoir une tension de la dynamo tachimé-trique 15 ayant toujours la même direction, comme cela est néces-10 saire pour le régulateur de vitesse, il est prévu aux bornes de la dynamo un groupe de redresseurs 28. Pour éviter une erreur de manoeuvre quelconque de l'opérateur, le dispositif est doté d'un organe de manoeuvre qui permet une séquence de toutes les opérations sans possibilité d'erreur. 15 Un semblable organe de manoeuvre est représenté sur la figure 6. Cet organe est constitué d'une pédale 21a, capable de tourner dans un sens Ma ou dans l'autre sens Mi respectivement pour la marche en avant et en arrière du moteur. La pédale opère des déplacements du curseur sur leihéostat 21e par une transmission 20 de commande comprenant une came 21b, profilée convenablement. La came mise en rotation par la pédale, agit sur un galet E d'un levier oscillant 21ç, qui commande à son tour la rotation de l'arbre de commande 21d, en déplaçant le curseur du rhéostat 21e. La caractéristique particulière de la transmission de 25 commande réside ensuite dans le fait que quel-que soit le sens de déplacement de la pédale 21a, le curseur du rhéostat se déplace toujours dans le même sens. 69 19317 - 9 - 2035859 REVENDICATIONS 1- Dispositif de régulation électronique de l'alimentation d'un moteur à courant continu, spécialement pour la traction des véhicules, d'un type dans lequel l'alimentation du moteur se fait 5 à travers une diode contrôlée qui se bloque au moment de la décharge d'un condensateur commandé par une deuxième diode contrôlée , caractérisé par le fait que le condensateur est chargé par un onduleur alimenté, à son tour, par la même source de courant continu, comme une batterie d'accumulateur alimentant le moteur, 10 et que le signal d'amorçage de l'une ou l'autre diode contrôlée est fourni par un oscillateur à travers un dispositif de commutation, l'oscillateur étant connecté en parallèle avec le condensateur de manière à ce que le signal d'amorçage de la diode contrôlée du condensateur provoque la décharge de ce dernier 15 seulement lorsque la tension de charge atteint la valeur préétablie, le dispositif de commutation appliquant le signal d'amorçage à l'une ou l'autre diode contrôlée suivant une condition dépendant de la régulation désirée du moteur. 2* Dispositif de régulation suivant la revendication 1, 20 caractérisé par le fait que le dispositif de commutation est commandé par un organe sensible à la vitesse du moteur de manière à obtenir une régulation de la vitesse du moteur. 3 e' Dispositif de régulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation est 25 commandé par un organe sensible au courant du moteur de manière à obtenir une régulation du courant et du couple du moteur. 4 Dispositif de régulation suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation est commandé par des organes sensibles à la vitesse et au courant 30 du moteur, combinés de manière à obtenir une régulation de la vitesse et du couple du moteur. 5 Dispositif de régulation suivant les revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation comprend un contacteur actionné par un électroaimant commandé par 35 l'organe sensible. 61' Dispositif de régulation suivant la revendication 5j caractérisé par le fait que 1'électroaimant comprend une bobine d'excitation, qui provoque la commutation du contacteur de la 69 19317 - 10 - 2035859 position d'amorçage de la diode contrôlée du moteur vers la position d'amorçage de la diode contrôlée du condensateur, la "bobine étant commandée par un organe sensible à la vitesse ou au courant à travers un potentiomètre réglable actionné par un organe de 5 manoeuvre. 7 , Dispositif de régulation suivant la revendication 5> caractérisé par le fait que 1'électroaimant comprend deux bobines alimentées en opposition la première bobine étant alimentée à travers un potentiomètre à partir des organes sensibles à la 10 vitesse et au courant du moteur et la deuxième bobine étant alimentée par une source d'alimentation à travers un potentiomètre réglable actionné par un organe de manoeuvre ; 11 excitation de la deuxième bobine tendant à commuter le contacteur de la position d'amorçage de la diode contrôlée par le condensateur, vers la 15 position d'amorçage de la diode contrôlée du moteur. 8"1 Dispositif de régulation suivant la revendication 55 caractérisé par le fait que 1'électro^eimant comprend une bobine dont l'excitation provoque la commutation du contacteur de la position d'amorçage de la diode contrôlée du condensateur vers la 20 position d'amorçage de la diode contrôlée du moteur; l'alimentation de la bobine étant effectuée à travers un amplificateur connecté au potentiomètre des organes sensibles à la vitesse et au courant combinés à un potentiomètre réglable actionné par un organe de manoeuvre. 25 9 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par une ligne de court-circuit de la régulation du moteur, qui est actionnée lorsque l'interrupteur de fin de course de l'organe de manoeuvre est fermé et qui donne le consentement d'un-dispositif sensible au maximum de vitesse du moteur. 30 10 Dispositif de régulation suivant les revendications précédentes caractérisé par le fait que l'organe de manoeuvre est constitué d'une pédale à deux sens de rotation, un pour la marche en avant et l'autre pour la marche en arrière, agissant sur le curseur du potentiomètre réglable à travers une transmission de 35 commande comprenant : une came profilée de manière à ce que, quelque soit le sens de rotation de la pédale le curseur puisse explorer le potentiomètre toujours dans le même sens.