Brevet FR2027435A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne un système à moteur électrique à courant continu. Dans le cas des dispositifs d'entraînement qui sont équipés de moteurs à courant continu alimentés, par l'intermédiaire d'un redresseur'à soupape commandées, à 5 partir d'un réseau à courant alternatif, on souhaite le plus souvent que la puissance réactive absorbée soit aussi faible que possible. Autrement dit on veut que le facteur de puissance, le cos ^ , soit aussi élevé que possible. Simultanément, on veut tirer pleinement partie du couple maximal du moteur pour une 10 vitesse angulaire fréquemment utilisée, dite vitesse normale qui est inférieure à la vitesse maximale, cela sans pour autant renoncer à une fraction de la puissance maximale du moteur, ou sans risquer de surcharger le moteur. L'invention vise en premier lieu à résoudre ce 15 problème et d'autres problèmes du même genre, et elle est caractérisée en ce que le moteur ou chacun des moteurs à courant continu, est muni d'au moins deux enroulements inducteurs dont l'un est alimenté de façon constante dans la totalité du domaine de variation de la vitesse angulaire,.alors que l'autre est 20 alimenté, entre une certaine vitesse angulaire dite normale et la vitesse angulaire maximale, avec un courant qui agit dans:1e sens de la démagnétisation ou désexcitation et qui est réglé.de telle sorte-que la puissance fournie par le moteur reste approximativement constante, essentiellement dans la zone comprise entre 25 les deux valeurs précédemment indiquées normale et maximale de la vitesse angulaire. Un moteur à courant continu qui est alimenté, à partir d'un réseau à courant alternatif, au moyen d'un redresseur à soupapes commandées, n'absorbe qu'une puissance réactive 50 minimale lorsque l'on fonctionne à pleine ouverture du redresseur et au flux nominal; Dans ces conditions, c'est à la vitesse angulaire normale choisie que les conditions sont optimales. En outre, on peut pousser la vitesse angulaire du moteur au delà de la valeur normale initialement choisie, par utilisation d'une 55 magnétisation de sens opposé, autrement dit par réglage en parallèle du moteur, cela jusqu'à la vitesse angulaire maximale, et tout en conservant une puissance essentiellement constante. Au-dessus de la vitesse angulaire normale le redresseur peut alors continuer à fonctionner presque à pleine ouverture, donc en 4-0 conservant la valeur élevée du facteur de puissance. C'est dans 69 44634 2 2027435 : ces conditions que sont réduites au minimum, d'une part la teneur enharmoniques supérieures du courant d'alimentation du redresseur et d'autre part la tension continue fournie. Dans yb mode préféré de réalisation de l'invention 5 où l'on a deux ou plus de deux moteurs qui sont couplés mécaniquement sur le même arbre, et dont chacun est alimenté par un redresseur commandé, de préférence du type thyristors, le flux de magnétisation du moteur (flux nominal), est constant jusqu'à la vitesse normale choisie et les enroulements inducteurs à action 10 antagoniste ne sont pas alors parcourus par un courant. Dans le domaine des vitesses angulaires comprises entre la vitesse angulaire normale et la vitesse angulaire maximale, les enroulements inducteurs à action antagoniste du moteur sont alimentés avec un courant qui est ajusté de -telle façon que la puissance 15 qu'il est possible d'obtenir du moteur soit essentiellement constante. Il peut s'agir par exemple de l'entraînement des presses rotatives d'imprimerie, ou de tout autre type d'entraînement mécanique utilisant plusieurs moteurs qui sont groupés sur le même arbre, et l'un des avantages du système selon l'invention 20 réside alors dans le fait que l'on peut utiliser un seul et unique générateur de courant d'excitation pour alimenter les enroulements inducteurs à action antagoniste des différents moteurs. A titr de vitesse angulaire normale, on peut évidemment choisir une vitesse angulaire quelconque. Toutefois, le plus 2$ souvent, on choisit une vitesse angulaire normale qui' correspond approximativement à 70% de la vitesse angulaire maximale. L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés,-, lesquels sont fournis à titre purement illustratif et non limitatif et dans 30 lesquels : La figure 1 est un graphique montrant en fonction de la vitesse angulaire n qui est notée en pourcentages de la vitesse maximale, la variation d'un certain nombre de paramètres caractéristiques qui sont également exprimés en pourcentages 35 de leur valeur nominale. La figure 2 est le schéma d'un exemple possible de réalisation de l'invention. Dans le cas de la figure 1, la courbe PM représente la puissance fournie par le moteur. On voit que la puissance du 40 moteur augmente entre la vitesse nulle et la vitesse angulaire 69 44634 2027435 normale (70$j de la vitesse maximale), alors qu'au delà de cette vitesse normale ladite puissance reste constante. Les variations de la puissance et de la vitesse ar.gulaire sont obtenues en agissant sur la tension d'induit qui est appliquée au moteur, autre-5 ment dit en jouant sur le choix de l'angle d'ouverture des thyristors. Lorsque la vitesse atteint sa valeur normalede 70%, les redresseurs à thyristors se trouvent à pleine ouverture et il en résulte que la puissance réactive demandée au réseau à courant alternatif est minimale. Ainsi que cela ressort de la 10 figure 1, on maintient constant le flux 0^ (voir la courbe 2) jusqu'à la vitesse angulaire normale de 70%, cela résultant du fait que le nombre d'ampères-tours (voir la courbe 3) dans l'enroulement inducteur normal est maintenu constant à une valeur qui correspond au flux de magnétisation du moteur, alors 15 que le nombre d'ampères-tours (voir la courbe 4) de l'autre enroulement inducteur à action antagoniste reste lui-même égal à zéro. A partir de la valeur de 70 70 correspondant à la vitesse normale, les ampères-tours de sens opposé commencent à agir, et il en résulte que le flux résultant 0^ est réduit, 20 de telle sorte que l'on obtient la relation précédemment décrite entre la vitesse angulaire du moteur et son couple. Dans ces conditions la puissance PM reste constante jusqu'à la vitesse maximale de 100%. La figure 2 correspond au cas de deux moteurs à 25 courant continu 11 et 12 qui sont couplés mécaniquement en vue d'assurer l'entraînement d'une presse rotative d'imprimerie comprenant une plieuse 13 et une presse proprement dite 14. Les moteurs 11 et 12 portent chacun deux enroulements inducteurs 15 et 16 pour le premier, et 17 et 18 pour le second. Les enroulements 30 inducteurs 16 et 18 sont alimentés par un courant qui agit dans le sens d'une démagnétisation pour les vitesses comprises entre la vitesse normale (70%) et la vitesse maximale (100%). L'induit du moteur 11 est alimenté par un réseau à courant alternatif monophasé ou polyphasé 19, selon le mode le 35 plus rationnel, au moyen d'un sectionneur 20 et d'un disjoncteur automatique 21, ainsi que d'un redresseur commandé 22 qui est préférence du genre à thyristors. Ce redresseur 22 est commandé par un générateur 23 d'impulsions de commande à l'entrée duquel est amené le signal de sortie d'un régulateur de courant 24, qui 40 reçoit lui-même sur son entrée la différence entre la grandeur 69 44634 4 2027435 de référence (valeur prescrite) représentée par une tension (Ejre£,), et la valeur effective représentée par une tension Ej qui est proportionnelle au courant d'induit du moteur. On peut donc dire que l'on a une "boucle interne de régulation pour le 5 courant du moteur. L'induit 12 est alimenté de même par un redresseur 25. Les enroulements inducteurs 15 à 17 sont alimentés par des sources indépendantes de courant de magnétisation, qui peuvent être par exemple des redresseurs non commandés à courant constant, 10 de telle sorte que les moteurs fonctionnent avec un nombre d' àmpères-tours de magnétisation de base correspondant au flux nominal ( = 100%). La vitesse angulaire des moteurs est "mesurée au moyen d'une génératrice tachymétrique TG dont la tension de sortie 15 Efl est envoyée, à titre de grandeur effective, à destination d'un régulateur de vitesse angulaire 26. La grandeur de référence, ou grandeur prescrite, de ce régulateur de vitesse angulaire est une tension Enrej> que l'on obtient au moyen d'un générateur 27 de tension de référence. La grandeur Enrej> et par conséquent la vi-20 tesse angulaire souhaitée, peuvent être affichées au moyen d'un potentiomètre, soit à la main, soit au moyen d'un appareil à commande par moteur 39- L'écart de vitesse angulaire correspondant à la tension de sortie du régulateur de vitesse angulaire 26 constitue . 25 la grandeur prescrite du courant d'induit pour tous l'es moteurs à courant cojtinu qui sont couplés mécaniquement au même arbre, et elle est donc par conséquent introduite, de façon en elle- même connue, à titre de grandeur de référence, dans tous les » . \ régulateurs de courant 24, soit directement, soit par l'intermé-30 diaire des amplificateurs de sommation 28 et 29. Le rôle de l'amplificateur de sommation est de permettre une répartition commode de la charge entre les différents moteurs à courant continu, ainsi qu'une certaine adaptation des caractéristiques dynamiques de régulation, et enfin aussi d'éventuelles inversions de signe 35 de la grandeur de référence du courant, qui pourraient s'avérer nécessaire. En même temps que-l'on affiche la valeur de référence Enref du régulateur de vitesse angulaire, au moyen de l'organe de réglage 30, on agit sur l'organe de réglage 31 qui 40 est représenté sous la forme d'un potentiomètre et qui permet de 69 44634 5 2027435 régler à la valeur voulue la tension de sortie Elj^ref d'un générateur de fonction 32. Lorsque la vitesse angulaire affichée est inférieure à la vitesse nominale, qui vaut elle-même ^G/j de la vitesse maximale, cette tension est égale à zéro.: Pour une vitesse 5 angulaire réglée entre la vitesse angulaire normale et la vitesse maximale on obtient une tension de sortie ^lï^ref qui adaptée de telle sorte que le flux de magnétisation 0^ de moteurs ait la valeur voulue, compte tenu du fait que dans ce domaine de fonctionnement la force contre-électromotrice des moteursdoit être 10 maintenue constante, en dépit de la variation de la vitesse angulaire. La relation entre le flux de magnétisation 0^ des moteurs 'et les ampères-tours de démagnétisation IHVpM est, ce faisant, une fonction non linéaire, étant donné les propriétés de saturation du circuit magnétique et la forme incurvée de la courbe de magné-15 tisation qui en découle. Il faut par conséquent que le générateur de fonction 32 soit conçu de telle sorte que sa tension de sortie E Iï*2ref, exprimée en fonction de la vitesse angulaire, corresponde à la fonction non linéaire précitée. A titre de source d'alimentation pour les enroule- 20 * ments de' démagnétisation, on utilise un redresseur monophasé ou polyphasé 33, de préférence du type à thyristors, qui est connecté à un réseau à courant alternatif monophasé ou polyphasé 34, éventuellement peu? l'intermédiaire d'un sectionneur 35 et d'un disjoncteur 36 d'enclenchement et de déclenchement. Le redresseur 33 ^ est équipé d'un appareil générateur d'impulsions d'amorçage 37 à l'entrée duquel est appliqué le signal de sortie d'un régulateur de champ 38 dont la valeur de référence (valeur prescrite) est représentée par la tension ^jF2ref générateur de fonction 32 précité, alors que la valeur effective est une tension qui ^ est proportionnelle au courant fourni par le redresseur 33- Le redresseur d'alimentation de champ peut donc être considéré comme un régulateur de courant présentant les caractéristiques voulues en vue de remplir les conditions précitées. Il va de soi que de nombreuses variantes de réali-^ sation peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 69 44634 6 2027435 REVENDICATIONS • 1 - Système à moteur à courant continu, caractérisé en ce que le moteur ou chacun des moteurs est muni d'au moins deux enroulements inducteurs dont l'un est alimenté avec un courant constant à l'intérieur de la totalité du domaine de 5 variation de la vitesse angulaire, alors que l'autre est alimenté avec un courant agissant dans le sens d'une désexcitation dans le domaine des vitesses comprises entre une certaine vitesse normale et une vitesse maximale, ce courant de désexcitation • étant réglé de telle sorte que la puissance du moteur soit 10 maintenue essentiellement constante entre les deux vitesses angulaires précitées. 2 - Système selon la revendication 1 comprenant au moins deux moteurs à courant continu qui sont couplés mécaniquement caractérisé en ce que le premier enroulement inducteur 15 précité est alimenté à courant constant, de préférence pour la totalité du domaine de variation de -la vitesse angulaire du moteur, cela avec un courant qui correspond au flux nominal du moteur, alors que le second enroulement n'est pas alimenté pour une certaine vitesse angulaire du moteur, et qu'il est alimenté avec un -20 courant qui joue dans le sens opposé à l'excitation normale lorsque la vitesse angulaire est comprise entre la vitesse angulaire normale et la vitesse angulaire maximale. 3 - Système à moteur à courant continu, selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moteurs sont ali- 25 mentes par des redresseurs à soupapes commandées, de préférence des redresseurs à thyristors, avec augmentation progressive de l'angle d'ouverture du redresseur jusqu'à la vitesse angulaire normale, une désexcitation des moteurs intervenant au-delà de cette vitesse angulaire normale, de telle sorte que le courant 30 d'excitation varie avec la vitesse angulaire suivant une fonction non linéaire, qui correspond à la courbe incurvée d'excitation des moteurs.