Brevet FR2028788A1 — publié le 19701016

i 2028788 La présente 3.nvention se rapporte à un montage d'amorçage de redresseurs commandés., en particulier mais non exclusivement, destinés à commander le démarrage, la marche et le.freinage d'un moteur à courant continu alimenté à partir d'une source de 5 courant alternatif. Suivant l'invention, il est prévu un montage d'amorçage de premier et second redresseurs commandés en réponse à des premier et second signaux de commande, respectivement, ce montage comportant des moyens pour empêcher la conduction simultanée 10 de ces redresseurs commandés, ces moyens comprenant un circuit résistance-capacité pour retarder le déclenchement du second redresseur commandé après après le début d'un premier signal de commande et des moyens capables, en réponse au déclenchement du second redresseur commandé d'inhiber le déclenchement du 15 premier redresseur commandé par un premier signal de commande pendant un temps prédéterminé. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : 20 la Pig. 1 est un schéma complet représentant un montage suivant l'invention, et la Pig. 2 est un schéma symbolique simplifié du montage de la Pig. 1. Sur la Pig. 1, on voit en 10 un moteur à courant continu 25 dont l'induit 11 est alimenté par des fils 12 et 13 en courant continu commandé par le déclenchement variable de trois redresseurs commandés 14 qui, en combinaison avec trois redresseurs 15, forment un pont courant alternatif triphasé-courant continu alimenté par des fils 16, 17 et 18 en tension alternative tri-50 phasée fournie par une source S-S, par l'intermédiaire d'un transformateur 19. Trois redresseurs 20 combinés avec les redresseurs 15 forment un second pont courant alternatif triphasé-courant continu qui fournit une tension continue de référence constante sur des 35 fils 21 et 22. Un diviseur de tension formé par .des résistances 23, 24, 25 et 25' montées en série applique une tension positive sur un conducteur 26, tensLon qu'on peut augmenter progressivement en actionnant successivement des interrupteurs 27, 28, 29 au moyen d'une pédale T. La position des interrupteurs 27i 28, 29 repré-40 sentée sur la Pig. 1 est celle qui correspond à la position de 70 01878 2 2028788 repos de la pédale T., on peut actionner les interrupteurs dans l'ordre 27, 28, 29, de manière à appliquer une tension positive croissante au conducteur 26 par échelons distincts, de manière à déterminer des vitesses distinctes et de plus en plus rapides 5 du moteur 10. Un inverseur 30 également.commandé par la pédale T constitue le commutateur de commande et dans, la position de repos de la pédale T représentée sur la Fig., il applique une faible tension au conducteur 26 en donnant ainsi au moteur 10 l'ordre de tourner à faible vitesse. Si l'inverseur 30 est com-10 muté à son autre position, il met à la masse le conducteur. 26 en donnant ainsi au moteur 10 un ordre d'arrêt par suppression d'un court-circuit d'un condensateur 38, comme exposé plus-loin. Ainsi, l'inverseur 30 applique au moteur 10, soit un signal de commande de démarrage, soit un signal de commande d'arrêt, selon la posi-15 tion de la .pédale T. Les éléments contenus dans le cadre rectangulaire en trait interrompu 31 seront désignés ci-après collectivement sous le nom de "montage à redresseurs commandés d'alimentation" 31- Par ailleurs, le conducteur 32 sera désigné sous le nom de "conducteur 20 32 de déclenchement d'alimentation" et il sera bien entendu que, quand le conducteur 32 est soumis à, une tension continue de valeur suffisante, les redresseurs commandés 14 deviennent conducteurs successivement et en synchronisme avec la séquence des phases de courant alternatif sur les fils 16, 17 et 18, de manière 25 à fournir une alimentation de.courant continu à l'induit 11 du moteur 10. - - ~ A l'électrode de commande de chacun des redresseurs au silicium commandés 14 est connecté un' dispositif de déclenchement à seuil, connu sous le nom d'interrupteur unilatéral au silicium, qui est utilisé pour commander la décharge du condensateur associé ^connecté au conducteur 32, sur l'électrode de commande du redresseur 14. Les interrupteurs unilatéraux au silicium ont une impédance dans le "sens direct relativement élevée jusqu'à ce que la tension régnant à leurs bornes atteigne un certain niveau, 35 généralement de 6 à 10 Y. Ensuite, l'impédance dans le sens direct est réduit jusqu'à une valeur voisine de-zéro et l'interrupteur unilatéral au silicium est conducteur jusqu'au moment où son courant s'annule. En conséquence, l'un des moyens de déclencher la conduction d'un interrupteur unilatéral- au silicium con-siste à élever sa tension anode-cathode au-dessus de son seuil 70 01878 2028788 d'amorçage. Un autre moyen consiste à réduire la tension de l'électrode de commande au-dessous de la tension d'anode au moyen d'un circuit de passage par zéro monophasé. Dans l'exemple considéré sur la Pig. 1, l'électrode de 5 commande de chacun des interrupteurs unilatéraux au silicium est connectée à la jonction entre deux résistances dont les extrémités opposées sont, respectivement, mis à la masse (conducteur 22) et connectée à l'anode du redresseur commandé 14 correspondant. Grâce à ce montage, l'électrode de commande de l'interrupteur 10 unilatéral au silicium assure une détection des passages par zéro, de manière à déclencher l'interrupteur unilatéral au silicium en synchronisant l'amorçage successif des redresseurs commandés 14 avec la rotation de phase de la tension alternative sur les fils 16, 17* 18. Ce déclenchement synchrone et séquentiel 15 assure un résultat important, celui de répartir uniformément la charge du courant alternatif sur les trois phases, de façon qu'aucune phase particulière ne soit surchargée. Cet avantage est particulièrement important lorsque le courant continu de crête demandé par l'induit 11 est intense afin d'assurer un couple de 20 démarrage initial important. Un montage analogue à celui qui est représenté sur la Pig. 1 et utilisant un interrupteur unilatéral au silicium pour commander le déclenchement d'un redresseur commandé au silicium est représenté et décrit pages 213 et 214 de l'ouvrage "SCR Manual", 25 quatrième édition, publié par la General Electric en 1967 auquel on pourra se référer. Le conducteur de déclenchement 32 est connecté au conducteur 26, par l'intermédiaire d'une résistance série 33 un condensateur 34 est branché entre les conducteurs 32 et 22. 30 Un transistor de commutation 35* normalement polarisé au blocage, est connecté par son collecteur 36 au conducteur 32 et par son émetteur 37 au conducteur 22. Il est évident que si le transistor 35 est porté à la saturation, le conducteur 32 est -;ourt-circuité sur le conducteur 22 et aucune tension de déclen-35 chement ne peut être produite pour déclencher la conduction des redresseurs du montage 31 même si un signal de commande est appliqué au conducteur 26. Un condensateur 3S connecté par l'une de ses extrémités au onducteur 22 est connecté par son autre extrémité, par l'inter-40 médiaire d'une résistance série 39 et d'une diode 40, au conduc 0187a 4 2028788 teur 21 et l'inverseur 30 est normalement fermé sur un contact 41 pour établir un court-circuit entre les armatures du condensateur 38. L'inverseur 30 est actionné dans le sens de l'ouverture par la pédale T et déclenche une charge déterminée du condensateur 38, par l'intermédiaire de la résistance 39 et de la diode 40, cette charge tendant à porter le condensateur à la tension régnant sur le conducteur 21. La tension du condensateur 38 est appliquée, par un conducteur 42, à une diode à seuil D qui est rendue conducteur, après un délai fixé par la constante de temps de la résistance 39 et du condensateur38, et fournit une impulsion de déchenchement à l'électrode de commande 50 d'un redresseur commandé au silicium 43- La conduction de ce dernier connecte une résistance 44 en tant que charge électrique à l'induit 11 pour dissiper l'énergie cinétique du moteur 10 et assure un freinage dynamique ou en récupération rapide du moteur 10. Les éléments contenus dans le cadre rectangulaire en trait interrompu 45 seront désignés ci-après sous le nom de montage à redresseur commandé de freinage et le conducteur 42 sera dénommé "conducteur 42 de déclenchement de freinage". Il doit être bien compris que l'application d'une tension continue suffisante au conducteur 42 déclenche la conduction du redresseur de freinage 45. Les éléments contenus dans le cadre rectangulaire en trait interrompu 46 constituent un multivibrateur monostable à transistors du type représenté et décrit de façon détaillée page 600 de l'ouvrage "Puise and Digital Circuits" McGraww-Hill 1956. Il suffira, pour les besoins de la présente invention, de noter que le multivibrateur 46 comporte un conducteur de déclenchement d'entrée 47 et un conducteur de sortie 48.Normalement, le conducteur de sortie 43 est à un faible potentiel ne dépassant que légèrement la tension du conducteur 22. Toutefois, lorsqu'une impulsion de déclenchement positive est appliquée au conducteur 47, le multivibrateur est commuté à son état quasi-stable et la tension du conducteur 48 devient positive et prend une valeur voisine de celle de la tension du conducteur 21 et reste à cette valeur pendant un temps prédéterminé, jusqu'à ce que le multivibrateur 46 reprenne son état stable, moment où la tension du c;ondensateur 48 reprend sa faible valeur. Le conducteur de sortie 4c est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance 51, à la base 49 du transistor de commutation 35 70 01878 5 2028788 et le conducteur de déclenchement d'entrée 47 est connecté, par l'intermédiaire d'une diode 52, à l'électrode de commande 50 du redresseur commandé 43, de sorte que le conducteur 47 reçoit la même impulsion de déclenchement que celle qui déclenche la 5 conduction de ce redresseur. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement du montage suivant l'invention, le schéma de la Fig. 1 a été représenté sur la Fig. 2 sous la forme d'un schéma symbolique simplifié. Pour faciliter l'identification, les mêmes références numériques 10 désignent les éléments correspondants des deux Fig. En outre, une commande à vitesse unique est représentée sur la Fig. 2, par simplification. On va maintenant examiner la Fig. 2, sur laquelle on voit la pédale T à sa position de repos et le moteur 10 commandé de 15 manière à tourner, du fait que le conducteur de déclenchement d'excitation 32 est alimenté par la tension continue fournie, par l'intermédiaire de la résistance 33, à partir de la tension du conducteur 26. Dans ces conditions, le condensateur 38 est court-circuité à la masse, par l'intermédiaire du contact 41 20 fermé de l'inverseur 30, de sorte qu'aucune tension n'est fournie au conducteur de déclenchement de freinage 42. Le multivibrateur monostable 46 est à son état stable dans lequel il engendre une faible tension voisine du niveau de la masse sur le conducteur de sortie 48, de sorte que le transistor de commutation 35 est 25 à l'état bloqué. Si, maintenant, on désire arrêter le moteur 10, on appuie sur la pédale T pour l'amener à la position de commande "arrêt", comme indiqué par la flèche. Ceci amène l'inverseur J>0 sur le contact 53 en appliquant un potentiel de masse au conducteur 26, 30 ce qui élimine toute tension sur le conducteur de déclenchement d'excitation 32. Le montage 31 ne se bloque toutefois pas immédiatement en raison de l'effet de verrouillage de chacun des redresseurs 14", mais reste conducteur jusqu'à la fin du demi-cycle de conduction respectif de ces redresseurs 14 au cours duquel 35 l'inverseur 30 est actionné. Si le redresseur de freinage 45 était rendu conducteur immédiatement par la commande d'arrêt, le montage d'alimentation d'excitation 31 et le redresseur de freinage 45 deviendraient conducteurs simultanément, ce qui provoquerait l'application par 4C les fils de courant alternatif 16, 17 et 18 d'un courant d'une 70 01878 6 2028788 intensité excessive à la résistance de freinage 44, ce qui ferait sauter des fusibles ou détruirait les redresseurs 14 et 45. Pour éviter un tel incident, la tension du conducteur de déclenchement de freinage 42 est commandée par la vitesse à 5 laquelle le condensateur 38 peut être chargé à travers la résistance 39 à partir de la tension du conducteur 21. Le condensateur 38 commence à se charger dès que la pédale T déplace l'inverseur 30 pour éliminer le court-circuit du condensateur 38. Un peu plus tard, la tension du conducteur 42 atteint la tension du 10 seuil de la diode D et une impulsion de déclenchement est appliquée à l'électrode de commande 50 pour rendre conducteur le redresseur de freinage 45 et pour connecter la résistance de freinage 44 en tant que charge électrique à l'induit 11. Ce délai est déterminé par la constante de temps de la résistance 39 et 15 du condensateur 38 et est choisi légèrement plus long que le temps maximal nécessaire aux redresseurs d'alimentation 14 pour être bloqués, compte tenu du cycle de commutation des phases de la ligne. Pour une tension alternative à 60 Hz appliquée aux fils 16, 17 et 18, dans le montage représenté, le temps de blocage 20 maximal des redresseurs d'excitation 14 est d'environ 8 millisecondes (soit la durée d'un demi-cycle de commutation des phases de l'alimentation) et le. délai imposé par la valeur de la constante de temps définie ci-dessus est ajusté àjl2 millisecondes. Ceci évite tout risque de déblocage du redresseur de freinage 25 45 avant le blocage des redresseurs d'alimentation 14, même si une commande d'arrêt est lancée par la pédale T immédiatement après une commande de mise en marche. Il faut un certain temps, court mais bien défini, après le déclenchement de la conduction du redresseur de freinage 45 pour ~Q que le moteur 10 soit freiné dynamiquement jusqu'à une vitesse voisine de zéro à laquelle la force contre-électromotrice fournie par l'induit tournant 11 est si faible que le courant qu'il fournit tombe au-dessous du courant de maintien du redresseur de freinage 45, de sorte que celui-ci se bloque. Pour, un système 5 utilisant le montage représenté et entraînant une machine à •cudre industrielle à 6000 tr/mn, ce temps est généralement d'environ 160 millisecondes. Pour empêcher les redresseurs d'alimentation 14 de devenir conducteur, même s'ils^n reçoivent la commande, avant le blocage 1-0 du redresseur de freinage 45, le montage fonctionne comme suit : 70 01878 7 2028788 l'impulsion de déclenchement fournie par la diode à seuil D pour rendre conducteur le redresseur de freinage 45 est également appliquée, par l'intermédiaire de la diode 52, au conducteur d'entrée 47 du multivibrateur 46, ce qui provoque la commutation 5 de celui-ci de son état stable à son état quasi-stable. Ceci donne à la tension du conducteur de sortie 48 une valeur voisine de celle du conducteur 21 et polarise le transistor 35 sur sa base vers son état de conduction ou de saturation. Il en résulte une mise à la masse du conducteur de déclenchement d'excitation 10 32, par l'intermédiaire de la faible impédance du circuit collecteur-émetteur du transistor 35 °e qui empêche tout déclenchement des redresseur^.'alimentation 14, même si ceux-ci en reçoivent la commande par suite du retour de la pédale T à la position représentée sur la Pig. 1. 15 Le multivibrateur monostable 46 ne reste dans son état qua si-stable que pendant un temps prédéterminé qui est défini par le choix des valeurs des composants, après quoi il reprend automatiquement son état stable. En conséquence, si ce temps est choisi légèrement supérieur au temps nécessaire pour bloquer le 20 redresseur de freinage 45, les redresseurs d'alimentation 14 ne peuvent alors devenir conducteur qu'après le blocage du redresseur de freinage 45. Dans un cas type où ce montage a été utilisé pour entraîner une machine à coudre industrielle à 6000 tr/mn, ce temps a été ajusté à 160 millisecondes. 25 Dès que le multivibrateur 46 reprend son état stable, (une fois que le redresseur de freinage 45 est bloqué) le transistor 35 se bloque à nouveau et une tension peut alors être appliquée au conducteur de déclenchement d'excitation 32 pour déclencher le montage 31. 30 La fonction de la résistance 33 et du condensateur 3^ est d'empêcher une brusque application de la tension maximale au conducteur de déclenchement d'excitation 32, à partir du conducteur 26, lorsque le transistor 35 se désature et que le moteur est pratiquement à l'arrêt. Etant donné que dans cette situation, 35 les redresseurs 14 vo-.ent seulement la très faible résistance de l'induit 11, le courant d'anode de crête instantané en l'absence de la résistance 33 et du condensateur 34 peut être excessif et peut dépasser le taux de variation nominale du courant en fonction du temps des redresseurs, ce oui naurrait. .rirQ-srû^n^p «a 40 court-circuit de la jonction électrode de commande-anode dans ces 70 01878 8 2028788 redresseurs en les détruisant. Si, par exemple, on appuie sur la pédale T par à-coups rapides, le redresseur de freinage 45 devient conducteur et le conducteur 32 est soumis à une inhibition qui l'empêche de 5 fournir des impulsions de déclenchement par la saturation du transistor 35 jusqu'à ce que le multivibrateur 46 reprenne son état stable. Le moteur 10 est pratiquement à l'arrêt au moment où le transistor 35 se désature et, si la tension maximale était brusquement appliquée par suite de cet état de choses au con-10 ducfceur 32, le taux de variation excessif de l'état du courant décrit ci-dessus pourrait se produire. Toutefois, l'élévation de la tension sur le conducteur 32 est déterminée par le taux de charge du condensateur 34 à travers la résistance 33- En conséquence, le brusque blocage, du transistor 35 par suite du 15 retour du multivibrateur 46 à son état stable ne provoque pas l'application d'un déclenchement correspondant à la totalité de l'angle d'amorçage aux redresseurs 14 mais seulement l'application d'une succession d'impulsions de déclenchement commençant à un petit angle et progressant à un taux exponentiel jusqu'à 20 l'angle maximal. Au moment où cet angle d'amorçage maximal est atteint, l'induit 11 du moteur a accéléré et présente une force contre-électromotrice suffisante pour maintenir la tension de crête en fonction du courant.traversant les redresseurs d'alimentation 31 à un niveau raisonnable. Il est clair d'après 25 ce qui précède que l'invention permet d'incorporer, au circuit de commande d'un moteur, un montage propre à assurer la temporisation voulue entre les déclenchements successifs de redresseurs commandés, quelle que soit la temporisation des signaux de commande de démarrage et d'arrêt du moteur pour empêcher l'amorçage 30 simultané de ces redresseurs, ainsi qu'un montage empêchant un taux excessif d'élévation de l'intensité du courant d'anode en réponse à un ordre de démarrage du moteur. Une fiabilité de fonctionnement améliorée, des étalonnages moins impératifs,des composants et un prix de revient moins élevé sont, en conséquence, 35 quelques uns des avantages de ce circuit de commande. 70 01878 9 2028788 REVENDICATIONS 1/ Montage permettant l'amorçage de premier et second redresseurs commandés, en réponse à des premier et second signaux de commande, respectivement, caractérisé en ce qu'il comprend 5 des moyens (38, 39* 46, 35, 33* 34) pour empêcher la conduction simultanée desdits redresseurs (31 ^u^)* ces moyens comprenant un circuit résistance-condensa/(38, 39) pour retarder le déclenchement du second redresseur (45) après l'émission d'un premier signal de commande et des moyens (46, 45, 33, 34) capa-10 bles, en réponse au déclenchement du second redresseur (45), d'empêcher le déclenchement du premier redresseur (31) par un premier signal de commande pendant un temps prédéterminé. 2/ Montage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (46, 35* 33 3^0 sensibles au déclenchement du 15 second redresseur commandé (45) comprennent un dispositif monostable (46) qui, lorsqu'il est dans son état quasi-stable, empêche le déclenchement du premier redresseur (31) en mettant à la masse son conducteur de déclenchement (32). 3/ Montage suivant la revendication 2, caractérisé en ce 20 qu'il est prévu un transistor de commutation (35) monté entre la masse (22) du montage et le conducteur de déclenchement (32) du premier redresseur commandé (31)et normalement polarisé au blocage, ledit dispositif monostable (46) étant connecté audit transistor (35) moyennant quoi, lorsqu'il est à son état quasi-25 stable, le transistor (35) fonctionne à la saturation. 4/ Montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (33, 34) pour limiter la vitesse d'augmentation d'un premier signal de commande sur le conducteur de déclenchement (32) du premier redres-30 seur commandé (31) lorsque le temps prédéterminé ci-dessus — mentionné est . écoulé „ - , 5/ Montage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une diode.à seuil (D) intermédiaire entre le circuit résistance-capacité (38, 39) et le second 35 redresseur (45). 6/ Dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à courant continu destiné à être alimenté à partir d'une source de tension alternative, ce dispositif comprenant un moteur à courant continu et un montage suivant l'une quelconque des revendications 4C précédentes, dispositif caractérisé en ce que le premier redres- BAD ORIGINAL' 70 01878 10 2028788 seur commandé est destiné à fournir au moteur son courant d'excitation et en ce que le second redresseur commandé est destiné à connecter une charge électrique de freinage en récupération dissipatrice au moteur. 5 7/ Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une série de premiers redresseurs commandés tous sensibles à un premier signal de commande, moyennant quoi le moteur à courant continu peut être branché sur une source de tension alternative multiphasée. BAD