Brevet FR2044732A1 — publié le 19710226

- 1 - 2044732 l'invention concerne un procédé pour le réglage de la vitesse de rotation d'un organe d'entraînement électrique en employant des semi-conducteurs à caractéristique d'allumage, dans le cas d'une alimentation par un réseau alternatif, en 5 employant un émetteur de valeurs de mesure dépendant de la tension réglée. De tels procédés sont connus dans les combinaisons les plus diverses, le réglage de la tension d'organes de transformation électriques, en particulier le réglage de la tension 10 pour des commandes d'entraînement par moteur électrique dans le cas d'une alimentation par un réseau alternatif, présente cependant des difficultés particulières quand il est exigé un circuit de réglage fonctionnant rapidement, avec lequel sont reliés plusieurs semi-conducteurs à caractéristique d'allumage dont les instants 15 d'allumage se trouvent à de courts intervalles l'un derrière l'autre à l'intérieur d'une période ou doivent être décalés constamment. la difficulté technique consiste à commander l'allumage des semi-conducteurs généralement des thyristors, de telle sorte que non seulement la valeur moyenne du courant corres-20 ponde à la puissance exigée par la commande, mais que le courant se répartisse régulièrement sur toutes les phases et alternances positives et négatives d'un réseau polyphasé. Pour l'élimination de ces difficultés, particulièrement dans le réglage de moteurs asynchrones avec rotors en 25 court-circuit, les dispositions et dispositifs de réglage connus jusqu'ici ne suffisent pas, car les constantes de temps de réglage ou les temps morts de l'installation réglée sont trop longs. Dans un. réseau triphasé à 50 Hz dans lequel doivent être commandés six semi-conducteurs, il faut, pour 1'allumage 30 des semi-conducteurs à un intervalle de chacun 3,3 millisecondes, une impulsion d'allumage. Si maintenant il faut décaler les six impulsions pendant une période et cela constamment, on peut voir combien sont élevées les exigences posées à un procédé de réglage de ce genre. l'invention a pour but de mettre au point 3 5 un procédé qui permette, avec taxe faible dépense, d'exécuter un réglage de tension précis et rapide. Pour résoudre ce problème, il a déjà été proposé d'amener aux semi-conducteurs se trouvant dans le circuit de charge la tension d'allumage d'étages générateurs d'impulsions, la 40 suite d'impulsions étant déterminée par des étages de synchronisation 70 13821 - 2 - 2044732 reliés au réseau. Chaque étage de synchronisation relie l'étage générateur d'impulsions, en fonction de la fréquence du réseau, avec une source de tension constante, tandis qu'un autre étage de synchronisation fournit aux étages générateurs d'impulsions, également en fonc-5 tion de la fréquence du réseau, une tension déterminée par un organe de mesure dans l'organe intermédiaire, et produit de ce fait un décalage des impulsions d'allumage » Pour le réglage de la vitesse d'un moteur électrique, dans lequel on emploie comme organe de mesure une 10 machine tachymétrique, il a. été proposé de plus que, en correspondance avec la comparaison de la valeur réelle à la valeur théorique exécutée dans l'organe intermédiaire, on prélève une tension variable qui, par l'intermédiaire de plusieurs étages de synchronisation, est commutée sur les étages générateurs d'impulsions. 15 Si la solution indiquée ci-dessus est ap pliquée à un moteur asynchrone, on n'a qu'une étendue de réglage limitée. Si on veut agrandir l'étendue de réglage, le moteur a des pertes trop élevées et le mouvement de rotation n'est plus uniforme. Pour éliminer ces défauts, toute l'étendue 20 de réglage doit remplir des conditions particulières, tenant compte de toutes les conditions particulières, c'est-à-dire la caractéristique du moteur, le montage du circuit de charge et l'émetteur de valeurs de mesure, la tension introduite dans le circuit de réglage doit remplir des conditions déterminées accordées l'une sur l'autre. 25 L'invention a pour but de créer une instal lation pour le réglage de moteurs asynchrones dans de larges limites, la vitesse presque nulle devant être obtenue par la commande de la tension. Le procédé de 1'invention est caractérisé 30 en ce qu'une tension différentielle est formée par la* tension alternative polyphasée venant d'un émetteur de valeur théorique, tension qui est transformée en une tension continue avec ondulation résiduelle, et par une tension de valeur théorique, qui est fournie à • un étage de commutation électronique par lequel est commandée l'ar-35 rivée d'énergie à un organe accumulateur, la commande de l'arrivée d'énergie à l'organe accumulateur étant soumise à une influence supplémentaire qui est déterminée par les valeurs instantanées de la tension continue à ondulation résiduelle résultant de la vitesse angulaire de l'émetteur de valeurs de mesures, de"la tension de 40 valeur théorique et de la tension sur l'organe accumulateur, laquelle 70 13821 - 3 - 2044732 détermine 1'.instant d'allumage des semi-conducteurs dans les circuits de charge indépendants l'un de l'autre. L'invention prévoit, de plus, que la fréquence de la tension alternative venant de l'émetteur de valeurs de 5 mesure se trouve, dans le cas de coupure de commande, au-dessus du triple de la fréquence du réseau et que la fréquence de commutation de la tension qui est amenée à l'organe accumulateur, en raison de l'influence supplémentaire de l'étage de commutation électronique, est au moins de cent fois la fréquence du réseau. 10 Pour 1'obtention d'impulsions d'allumage pour les semi-conducteurs et pour la détermination de l'instant d'allumage pour le réglage de la vitesse de la commande électrique, on emploie un transistor à double base avec un condensateur d'impulsions, auquel, suivant une autre caractéristique du procédé, est 15 amené le courant de deux sources de tension, dont l'une contient un organe accumulateur. La mise en et hors-circuit des deux sources de tension se fait par l'intermédiaire de commutateurs à semiconducteurs en fonction du réseau alternatif sur lequel fonctionne la commande électrique. 20 D'autres caractéristiques prévoient qu'entre l'entrée de l'organe accumulateur et l'entrée de l'étage de commutation électronique est disposée une combinaison RC, et que, dans 1-e circuit de la tension théorique, il est prévu un organe de commutation pour éviter la suroscillation de la vitesse lors d'une 25 nouvelle application de la tension de service. Cet organe de commutation peut être constitué sous forme de semi-conducteur pouvant être commandé pour obtenir une tension théorique variable (démarrage doux). Dans la commande électrique d'un moteur 30 asynchrone, qui est réglé en appliquant le procédé, la caractéristique doit être choisie de telle sorte que le courant maximal et le couple mftTimal se produisent pour la vitesse "zéro", et que le courant ainsi que le couple en diminuant constamment se déroulent sans dépressions par rapport à la vitesse synchrone. Le rendement le plus 35 favorable doit se trouver au moins à 10 En appliquant toutes ces caractéristiques de procédé et de disposition on obtient le réglage de la vitesse de 40 moteurs asynchrones, aussi bien en exécution monophasée que polyphasée, 70 13821 - 4 - 2044732 avec une grande étendue de réglage et une grande constance de la vitesse. Comme l'ont montré des recherches étendues, les intervalles sans courant qui se produisent dans la 5 commande de la tension par des semi-conducteurs à caractéristique d'allumage sont sans importance pour la rotation sans à coup du moteur, s'ils se produisent régulièrement et symétriquement. Donc, pour le circuit de réglage-,la mesure de la vitesse n'est pas suffisante, comme il en est ainsi usuellement avec comme grandeur de 10 référence la mesure plus précise de la vitesse angulaire. Suivant l'invention, cela s'obtient avantageusement avec des générateurs synchrones multipolaires dont la fréquence à pleine vitesse doit être au moins égale au triple de la fréquence du réseau. De ce fait, un grand nombre de points de mesure sont introduits sans 15 retard dans le circuit de réglage, ce cui est la condition pour une commande rapide et une marché sans à coup du moteur» La tension alternative,~avâhtageusement polyphasée, venant de l'émetteur de valeurs de mesure, est redressée, de sorte qu'il se produit une tension continue avec ondulation rési-20 duelle dépendant de la vitesse angulaire de la commande ou de l'émetteur de valeur de mesure. Par cette tension continue avec ondulation résiduelle et une tension de valeur théorique sans ondulation résiduelle qui est stabilisée d'une façon connue, est formée une tension différentielle qui est fournie à un étage de commutation 25 électronique, par lequel est commandée l'arrivée d'énergie à un organe accumulateur, constitué avantageusement sous forme de condensateur. L'arrivée d'énergie à l'organe accumulateur est soumise à une influence supplémentaire qui est déterminée par les valeurs instantanées de la tension de l'émetteur de valeurs de mesure, de 30 la tension de valeur théorique et de la tension sur l'organe accumulateur . De ce fait, il se produit, suivant l'invention, pour la tension qui est amenée à l'organe accumulateur, une fréquence qui est au moins de cent fois la fréquence du réseau. 35 Ainsi l'organe accumulateur peut être calculé pour des temps d'accumulation très courts, et l'énergie accumulée est soumise à une variation constante,rapide ,qui, à son tour, correspond à la vitesse angulaire de la commande réglée. La tension sur l'organe accumulateur détermine l'instant d'allumage des semi-conducteurs se 40 trouvant dans le circuit de charge, c'est-à-dire entre le réseau et 70 13821 - 5 - 2044732 l'enroulement du moteur, qui peuvent être constitués sous forme de thyristors ou éléments analogues. Les circuits de charge sont, suivant l'invention, constitués avantageusement sous forme de circuits indépendants l'un de l'autre. Par circuits indépendants, on 5 enténd des circuits dans lesquels, entre les bornes du réseau et l1enroulement du moteur, ne se trouve à chaque fois qu'une distance de commutation à semi-conducteurs. L'entraînement électrique réglé, un moteur asynchrone sans balais doit, pour pouvoir dominer le problème 10 posé du réglage de la vitesse presque jusqu-' à zéro,., avoir une caractéristique déterminée. Il est particulièrement avantageux que les caractéristiques aient une allure telle que le courant m«vîmal et le couple maximal se produisent à la vitesse "zéro" et que le rendement le plus favorable se trouve à 10 fo ou plus en-dessous de la vitesse 15 synchrone.- Ainsi, on part intentionnellement du principe de construction qu'un moteur asynchrone doit avoir un glissement le plus faible possible et que le rendement le plus favorable doit se trouver au voisinage de la vitesse synchrone. De tels moteurs construits suivant le 20 principe de construction normal ne peuvent pas être réglés en vitesse dans de grandes limites. Il est plus favorable de répartir les pertes plus régulièrement sur toute l'étendue de réglage plutôt qu'au voisinage de la vitesse synchrone pour avoir de très faibles pertes, mais • avec 9 ^pour cela,un multiple plus élevé dans les 2 5 vitesses inférieures. Sans tenir compte de cette donnée, le problème posé ne peut pas être résolu de façon optimale avec seulement des moyens électroniques. La solution optimale trouvée est valable pour des moteurs asynchrones aussi bien monophasés que polyphasés. La description se rapporte à des exem-30 pies de réalisation expliqués à l'aide des dessins dans lesquels : - la figure 1 représente le principe du réglage en un schéma par bloc; - là figure 2 représente des détails du schéma par blocs sous forme d'un montage. 35 Les procédés conformes à l'invention peuvent être réalisés par les montages les plus divers. Le principe et lemontage représentés ne représentent que l'une de plusieurs possibilités. Dans la figure 1, le repère 1 désigne 4 0 un moteur dont l'enroulement polyphasé est désigné par 11, 12 et 13. 70 13821 - 6 - 2044732 En amont de ces enroulements sont branchés les semi-conducteurs commandés 71, 72 et 73. les semi-conducteurs sont exécutés sous forme de thyristors en montage anti-parallèle. Cependant, ils peuvent aussi se trouver dans un montage en pont ou être exécutés sous 5 forme de triac (éléments à cinq couches). Le repère 2 désigne un émetteur de valeur de mesure (dynamo taehymétrique) exécuté sous forme de générateur synchrone avec des aimants permanents. Cette dynamo taehymétrique est reliée rigidement avec le moteur, de sorte que la 10 vitesse angulaire est transmise directement sous forme de tension. . Aux thyristors 71, 72 et 73 est amenée la tension d'allumage des étages générateurs d'impulsions 41, 42 et 43. Ces étages générateurs d'impulsions sont en liaison avec les étages de synchronisation 31, 32 et 33 qui sont reliés au réseau 15 par un ou plusieurs transformateurs miniature 66. Le repère 61 désigne une partie de réseau pour les tensions de commande et d'allumage. Le repère 80 désigne un régulateur électronique en amont duquel est branché l'émetteur de valeurs théoriques 17, représenté sous forme de potentiomètre. 20 Dans la figure 2 sont représentés des détails d'exécution du montage dans lesquels on peut voir le déroulement fonctionnel de la commutation. Les détails du régulateur 80, d'un étage de synchronisation 32 et d'un étage générateur d'impulsions 42 sont représentés. Les étages de synchronisation 3>1 et 53» 25 dont 1© raccordement est indiqué, correspondent à l'étage de synchronisation 32 représenté. Egalement, les étages générateurs d'impulsions 41 et 43 correspondent à 1'étage générateur d'impulsions 42 représenté. L'explication du déroulement de la commutation peut donc se limiter aux dispositions représentées dans la figure 2. 30 La tension alternative venant de la dynamo taehymétrique est redressée par l'intermédiaire des ponts de redresseurs 21, 22, de sorte qu'on a une tension continue à ondulation résiduelle. Comme la dynamo taehymétrique 2 est polyphasée - elle peut être aussi bien biphasée que triphasée - et en outre 35 multipolaire, la tension continue obtenue correspond à la vitesse angulaire de la commande 1. Cette tension continue est fournie à un étage de commutation électronique ; et cela par l'intermédiaire de la résistance d'adaptation 813.au transistor 810. Au même transistor 40 810, la tension théorique est fournie par le potentiomètre de valeur 70 13821 - 7 - 2044732 théorique 17 par l'intermédiaire des résistances 814 et 811. En conséquence, la tension différentielle} formée par la tension théorique .et la tension taehymétrique est déterminante pour l'entrée du transistor 810. La même entrée subit encore une influence supplé-5 mentaire par l'intermédiaire de la résistance 851 et du condensateur 870 qui est relié à l'entrée de l'organe accumulateur du condensateur 870. L'organe accumulateur 870 se trouve dans le circuit du transistor 830. La diode 860, "branchée en amont, 10 empêche une décharge du condensateur 870 vers l'arrière. Le transistor 810 sert d'émetteur de valeurs seuils-et d'amplificateur. Le transistor 820 remplit simplement la tâche d'un étage d'inversion et d'un étage intermédiaire. A la cadence de commutation du transistor 810, le transistor 830 met ainsi en ou hors-circuit le courant 15 pour la charge du condensateur 870. Comme à chaque mise en circuit du transistor 830 par l'intermédiaire du condensateur 850 et des résistances 851 et 811, un signal supplémentaire est fourni à l'entrée du transistor. 810,on a, pour la fréquence de la mise en circuit du transis-20 tor 830, ou pour la mise en circuit de l'organe accumulateur 870, une fréquence qui est au moins égale à cent fois la fréquence du réseau. Le transistor 840 assure une tâche supplémentaire lors de l'application de la tension de service ou de 25 commande; par l'organe RC 845 et 842 branché en amont, le transistor est commandé en va-et-vient avec un retard. De ce fait, la tension de valeur théorique sur le potentiomètre augmente lentement, de sorte qu'une suroscillation du régulateur 80 et par conséquent une suroscillation de la vitesse du moteur .1 est évitée. On peut 30 désaccorder l'organe R-C jusqu'à ce qu'il se produise pratiquement un démarrage doux du moteur, c'est-à-dire que pour le moteur il se produit un démarrage qui correspond à un lent réglage vers le haut de la vitesse. La sortie du condensateur 870 va à 35 tous les trois étages de synchronisation 31, 32 et 33. L'allure ultérieure doit être expliquée à l'aide de l'étage 32. Le transistor 33 est mis en et hors-circuit par l'intermédiaire de l'entrée 660 en fonction de la tension alternative du réseau. A la même cadence, le transistor 321 est commuté par l'intermédiaire du transistor 40 intermédiaire 323. Le condensateur d'impulsions 425 de l'étage 70 13821 - 8 - 2044732 générateur d'impulsions 42, est appliqué, avec la mise en circuit du transistor 322 pour la charge, à la tension constante 610, et cela par l'intermédiaire de la résistance réglable 423. Par cette charge, il est fourni, pour chaque alternance du réseau, au moins 5 une impulsion d'allumage au transformateur d'allumage 427 par l'intermédiaire du transistor à double base 421, transformateur qui, par la jonction 720, va aux thyristors 72. De ce fait, il se produit une tension minimale réglable ou un courant fondamental pour 1'enroulement 11 10 du moteur. Dans cette disposition, il est particulièrement avantageux que, par l'intermédiaire de la résistance de réglage 423, est déterminé un couple fondamental du moteur qui n'est pas soumis au réglage du régulateur 80. Par cet avantage, on obtient de plus que le courant de magnétisation par suite des écarts de réglage ne peut pas 15 devenir nul. C'est une hypothèse essentielle pour la marche silencieuse du moteur. Par 1* intermédiaire du transistor 321 et de la résistance réglable 424, une autre tension du régulateur 80 est amenée au condensateur d'impulsions 425 ou au condensateur d'ac-20 cumulation 870. En raison de cette tension supplémentaire, se produit le décalage nécessaire des impulsions ou le réglage des enroulements du moteur, et par conséquent la stabilisation de la vitesse réglée par le potentiomètre de valeur théorique 17.. Les résistances non décrites en détail servent d'une façon connue à la commande des 25 transistors. Les procédés conformes à l'invention et les montages décrits et exécutés suivant ceux-ci fournissent dans les moteurs asynchrones sans balais un réglage de vitesse qui convient à toutes les exigences de précision, de possibilité de 30 surcharge, de grande étendue de réglage et surtout de réglage rapide. Ainsi, il est est démontré que des rotors en court-circuit peuvent, d'une façon non considérée comme possible jusqu'ici, être mis en jeu avec une dépense extrêmement faible et un encombrement minimum. 35 II est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra procéder à des variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 70 13821 - 9 - 2044732 REVENDICATIONS 1°) Procédé pour le réglage de la vitesse d'une commande électrique fonctionnant sur un réseau alternatif, dans lequel est amenée à la commande une tension réglée de fréquence 5 constante, procédé caractérisé en ce qu'une tension différentielle est formée par la tension alternative polyphasée venant d'un émetteur de valeur théorique, tension qui est transformée en une tension continue avec ondulation résiduelle, et par une tension de valeur théorique, qui est formée à un étage de commutation électro-10 nique par lequel est commandée l'arrivée d'énergie à un organe accumulateur,, la commande de l'arrivée d'énergie à l'organe accumulateur étant soumise à une influence supplémentaire qui est déterminée par les valeurs instantanées de la tension continue à ondulation résiduelle résultant de la vitesse angulaire de l'émetteur de 15 valeurs de mesure , de la tension de valeur théorique et de la tension sur l'organe accumulateur, laquelle détermine l'instant d'allumage des Semi-c«inducteurs dans les circuits de charge indépendants l'un de l'autre. 2°) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 en ce que la-fréquence de la tension alternative venant de l'émetteur de valeurs de mesure dans le cas d'une coupure complète ou d'une vitesse maximale se trouve au-dessus de trois fois la fréquence du réseau. 3°) Procédé suivant les revendications 1 et 2, 25 caractérisé en ce que la fréquence de commutation de la tension qui est amenée à l'organe accumulateur, en raison de l'influence supplémentaire de l'étage de commutation électronique est au moins de cent fois la fréquenoe du réseau. 4°) Procédé pour le réglage de la vitesse d'une 30 commande électrique suivant la revendication 1, dans lequel, pour obtenir .des impulsions d'allumage dans les circuits de charge indépendamment l'un de l'autre, on emploie un transistor à double base avec un condensateur d'impulsions, procédé caractérisé en ce qu'au condensateur d'impulsions est amené le courant de deux sources de 35 tension, dont l'une contient un organe accumulateur, la mise en et hors-circuit des deux sources de tension se faisant par l'intermédiaire de commutateurs à semi-conducteurs en fonction du réseau alternatif sur lequel fonctionne la commande électrique. 5°) Installation pour la mise en oeuvre du procédé 4 0 suivant les revendications 1 et 3, caractérisée en ce qu'entre 70 13821 -to- 2044732 l'entrée de l'organe accumulateur et l'entrée de l'étage de commutation électronique, est disposée -une combinaison RC. 6°) Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que, dans le circuit de la tension théorique, 5 est prévu un organe de commutation pour éviter la suroscillation de la vitesse lors de nouvelles applications de la tension de service. 7°) Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe de commutation est constitué sous forme de semi-conducteur pouvant être commandé pour obtenir une 10 tension théorique variable (démarrage doux). 8°) Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les deux commutateurs à semi-conducteurs sont reliés par un troisième commutateur à semi-conducteurs et commutant tous les trois en fonction 15 d'un seul signal d'entrée. 9°) Installation électrique réglée en appliquant le procédé suivant ihias des rss'endicatlojas 1 à 4»caractérisée ©n ce qu'on emploie un moteur asynchrone sans balais, dans lequel la caractéristique est choisie de telle sorte que le courant maximal 20 et le couple maximal se produisent à la vitesse "zéro" et que 1® courant ainsi que le couple vont en décroissant constamment sans dépression par rapport à la vitesse synchrone, le rendement le plus favorable se trouvant au moins à 10 ?£ en-dessous de la vitesse synchrone et la disposition étant telle que les différentes phases des 25 enroulements peuvent être réglées indépendamment l'une de 1'autre.