Brevet FR2142713A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne la commande des moteurs électriques, c'est- -dire plus précisément, du couple fourni par certains types de ces moteurs, et elle s'applique plus particulièrement au cas ou cette commande se fait par l'intermédiaire du taux d'ouverture d'organes tels que des thyristors connectés en série dans le circuit d'alimentation de ces moteurs. On sait en effet que les thyristors permettent, soit sous la forme de ponts redressexu -dans le cas d'une source d'alimentation alternative, soit sous la forme de pulseurs dans le cas d'une source d'alimentation continue, de commander les notera Blectriques à courant continu.Ils permettent aussi de commander dans des conditions analogues des moteurs à courant alternatif, étant entendu que certains types de ces moteurs, tels que les moteurs synchrones, ne sont évidement pas commandés de cette marnière. Plus précisément, un circuit de commande comporte classiquement un circuit qui sera appelé ici "circuit de réglage de taux d'ouverture " et qui applique à la borne de commande ou "gachette" des thyristors, des signaux de commande qui allument les thyristors à des instants convenablement choisis. Dans le cas où la source d'alimentation est alternative, la fréquence de récurrence des signaux de commande est imposée : c'est celle du courant alternatif, car les thyristors s'éteignent aux instants où le courant s'annule.Dans le cas où la source d'alimentation est continue, ctest le circuit de réglage de taux d'ouverture qui cl ante aussi l'extinction des thyristors, et la fréquence de récurrence des signaux de commande peut étre choisie variable. Il y a cependant intérêt, notamment dans le cas de la commande de moteurs de traction ferroviaire, à ce que cette fréquence soit fixe, car cela permet de simplifier les circuits. Le circuit de régulation d'ouverture commande alors seulement le taux d'ouverture des thyristors, c'est-à-dire, au cours de chaque période de récurrence, la fraction de cette période pendant laquelle les thyristors sont ouverts.S'il s'agit de commander un moteur à courant continu, shunté par une diode de récupération, moteur qui présente une self-inductance relativement importante, il est connu que tout se passe pour ce moteur à peu près comme s'il était alimenté sous une tension moyenne dont la valeur est obtenue en multipliant la tension continue aux bornes de la source d'alimentation par le taux d'ouverture. La présente invention s'applique aussi bien au cas où les thyristors agissent indépendacaent qu'au cas où ils sont assemblés en circuits tels que pulseurs à thyristors ou ponts redresseurs. De meme les thyristors peuvent titre remplacés par d'autres organes tels qu'ignitrons, thyratrons, transistors etc permettant de connecter le moteur à une source d'alimentation de fa çon intermittente. Ces circuits ou organes seront appelés ici hacheurs". Plus précisément, ce mot désigne ici des systèmes pouvant avoir deux états stables, un état dans lequel ils sont dits "allumés" et un état dans lequel ils sont dits "éteints".Un hacheur est muni de deux bornes principales entre lesquelles un courant électrique d'intensité suffisante pour alimenter au moins partiellement le moteur peut passer en rencontrant seulement une faible résistance lorsque le hacheur est allumé. Au contraire, lorsque le hacheur est éteint, aucun courant ne peut passer entre ces bornes principales, entre lesquelles peut apparattre une tension convenant à l'alimentation du moteur. Chaque hacheur est muni en outre d'une borne de commande apte à allumer ou à éteindre le hacheur selon des signaux de commande, de puissance moyenne plus faible, qui-lui sont appliqués. Les systèmes connus, à thyristors, ou plus généralement à hacheurs, donnent dans de nombreux cas des résultats satisfaisants, c-'-est-à-dire qu'ils permettent une commande régulière du couple moteur. Cependant, dans certains cas, par exemple dans celui de moteurs de traction ferroviaire, à courant continu, alimentés à partir d'une source de tension continue, le démarrage est délicat. En effet, on utilise de préférence des pulseurs à thyristors à fréquence fixe et ces pulseurs ne permettent que difficilement d'annuler la durée des périodes d'ouverture, c'est-à-dire le taux d'ouverture. I1 en résulte que la tension moyenne appliquée aux moteurs ne peut pas descendre en-dessous d'une valeur minimale, par simple commande du taux d'ouverture. Cette tension minimale est conditionnée à la fois par les caractéristiques du moteur et même de l'ensemble du convoi qu'il est chargé d'entratner. En fait, surtout dans le cas habituel de moteurs de traction du type "série", commandés par des pulseurs.àfréquence fixe, on observe au démarrage une oscillation amortie du courant à travers le moteur, c'e8t-à-dire du couple moteur.Ces variations de couple sont désagréables pour les passagers éventuels, et contribuent à la détérioration des attelages. Le problème du démarrage se pose d''unie façon semblable lorsque la source d'alimentation du moteur de traction ferroviaire à courant continu est -alternative.Plusieurs solutions sont possibles pour remédier à cet inconvénint L'une, déjà mentionnée précédemment, consiste à incorporer les thyristors, ou plus généralement les hacheurs, dans un circuit de hachage à fréquence variable. Si la fréquence diminue beaucoup, en effet, il est possible d'obtenir une tension moyenne appliquée au moteur extrémement faible alors même que le circuit de hachage ne permet pas de rendre très courtes les périodes d'ouvertures. Une autre solutior consiste, dans le cas de moteurs de traction à courant continu, commandés par des pulseurs à semiconducteurs fonctionnant à fréquence fixe, et dont le tamrX d'ouverture est utilisé comme moyen de commande, à choisir des pulseurs tèls que leur taux d'ouverture minimal soit extrémement faible. Ces deux solutions nécessitent des circuits relativement complexes et coûteux. Un but de la présente invention est la réalisation d'un circuit de com- sandre à hacheur pour moteur électrique permettant l'utilisation de hacheur à fréquence de récurrence de commande fixe, et à taux d' ouverture minimal rela tiverent important, en d me temps que l'obtention de couples moteurs très faibles, notamment lors du démarrage. La présente invention a pour objet un circuit de commande à "hacheur" pour moteur électriques circuit de commande colportant un circuit de "hachage" com, portant au moins un hacheur et connecté en série dans le circuit d'alimentation du moteur, chaque hacheur de ce circuit de hachage étant muni de deux"bornes trincipales" entre lesquelles passe au moins une partie du courant d'alizenta- tion du moteur lorsque ce hacheur est "alluaé"et ne passe pas de courant lorsque ce hacheur est "éteint", ce hacheur étant muni en outre d'une "borne de comP mand " apte à all-er ou à éteindre ce hacheur selon les signaux "de colmaande" qui lui sont appliqués, ce circuit de hachage étant muni d'un circuit "de réplage de taux d'ouverture" apte à fournir lesdits signaux de commande appliqués à chaque hacheur de telle sorte que ce circuit de hachage laisse passer le courant d'alimentation du moteur pendant des périodes "d'ouverture" et l'empê- che de passer pendant des périodes "de fermeture", et que ces périodes d'ouverture et de fermeture se succèdent régulièrenent, le taux d'ouverture, c 'est-à-dire le rapport de la durée des périodes d'ouverture à la durée de leur période de récurrence pouvant varier à partir d'un taux minimal et étant com- nd psr un signal "de pilotage" fourni par un "circuit de pilotage", trace à quoi la tension doyenne appliquée au moteur peut varier à partir d'une tension moyenne minimale et est commandée par ce signal de pilotage, circuit de commande caractérisé en ce qu'il colporte en outre un circuit de "mesure d'intensité" apte a fournir un signal ae mesure" représentatif de l'intensité effective parcourant le moteur, et un circuit "d'interdiction" recevant d'une part ce signal de mesure et d'are part un signal "de référence" dont chaque valeur correspond à une intensité "de référence" pouvant parcourir le moteur, ce circuit d'interdiction étant apte à fournir audit circuit de hachage, un signal l'interdiction", ce signal d'interdiction étant fourni à partir de chaque instant où ladite intensité effective a dépassé d'une quantité prédéter aînée ladite intensité de référence et cessant d'etre fourni à partir de chaque instant où ladite intensité de référence a dépassé d'unc quantité prédéterminée ladite intensité etfective, ce signal d'interdiction empechant l apparition des périodes d'ouverture de ce circuit de hachage. A l'aide de la figure unique ci-jointe, on va décrire ci-après à titre non limitatif, un exemple de mise en oeuvre de la présente invention. Cette figure représente un schéma par blocs d'un circuit de commande selon l'invention. Ce circuit est particulièrement destiné à améliorer le démarrage de convois ferroviaires entratnés à l'aide de moteurs à courant continu alimentés à partir d'une ligne à tension continue. On voit sur cette figure e moteur 2 à courant continu, alimenté à partir de bornes positive 3 et négative 6 reliées à une ligne d'alimentation s'étendant le long de la voie de chemin de fer parcourue par le convoi ferroviaire. L'alimentation de ce moteur est assurée de manière classique par l'intermédiaire d'un circuit de hachage 4 comportant des pulseurs à thyristors. On sait qu'on appelle "pulseur" un thyristor muni d'un circuit auxiliaire permettant, une fois qu'il a été allumé,sse l'éteindre malgré que la tension qui lui est appliquée par une source d'alimentation soit continue. Ce circuit de hachage permet d'appliquet la tension de manière intermittente. Le moteur 2 peut par exemple être un moteur de type "série" alimenté sous 360 volts et parcouru par un courant de 450 ampères. En parallèle sur le moteur 2, est connecté un élément redresseur constitué par une diode de récupération 8. Lorsque le circuit de hachage est en état d'ouverture, c'est-à-dire lorsqu'il laisse passer le courant, la diode 8 est polarisée en inverse et la tension de 360 volts est appliquée au moteur 2.Elle fait crottre le courant à travers celui-ci, si du moins, bien entendu, la force contre-électro-motrice ne de ce moteur est inférieure à ce moment là à 360 volts. Si on/désire pas faire crottre le couple moteur de façon considérable, on arrête cette croissance de l'intensité parcourant le moteur 2 en faisant débuter une période de fermeture, pendant laquelle le circuit de hachage 4 ne permet plus le passage du courant. A ce moment là, le courant traversant le moteur parcourt un circuit fermé constitué par ce moteur et la diode de récupération 8 qui se trouve alors polarisée en direct. L'existence, notamment, d'une force contre-électro-motrice au sein du moteur 2 aboutit alors à une décroissance du courant. On sait que l'on peut commander ainsi l'intensité à travers le moteur 2 et le couple moteur qu'il produit, en agissant sur le taux d'ouverture du circuit de hachage 4. Plus précisément, tout se passe comma si on appliquait au moteur 2, non pas la tension de 360 volts qui existe entre les bornes 4 et 6, mais une tension obtenue en multipliant cette valeur par le taux d'ouverture. Le circuit de hachage 4 est muni d'un circuit de réglage de taux d'ouverture 10 qui lui fournit les signaux de commande qui provoquent l'allumage et l'extinction des thyristors, c'est-à-dire l'ouverture et la fermeture du circuit de hachage. Ce circuit de réglage du taux d'ouverture est synchronise par une base de temps 12 à fréquence de récurrence fixe. il est d'autre part commandé par un circuit de pilotage 14 qui délivre un signal de pilotage représentatif du taux d'ouverture désiré. Comme expliqué précédemmnt, les pulseurs ou les ponts redresseurs, à moins qu'on ne les complique de manière cotteuse, ne peuvent pas fournir un taux d'ouverture aussi faible qu'on le souhaiterait, notamment lors du démarrage du convoi, lorsqu'ils sont associés à un circuit de commande de ce type. C'est pourquoi, selon la présente invention le circuit de commande comporte en outre un circuit de mesure d'intensité 16 élaborant un signal de mesure représentatif de l'intensité parcourant le moteur 2. Ce signal de mesure peut être constitué par exemple par la tension aux bornes d'une résistance de très faible valeur placée en série sur le circuit moteur. I1 est cependant bien évident que bien d'autres dispositifs sont utilisables pour obtenir un tel signal. Ce signal de mesure est appliqué à un comparateur 18 qui reçoit d'autre part un signal de référence fourni par un générateur de rampe 20.Ce comparateur qui peut etre d'un type connu est agencé de manière à fournir un signal sur sa borne de sortie 22 si le signal de masure est supérieur au signal de référence d'une quantité prédéterminée convenable, et à fournir un signal sur sa borne de sortie 24, si c'est, au contraire, le signal de référence qui est su périeur d'une quantité prédéterminée convenable au signal de mesure. Ces signaux fournis par le comparateur 18 sont appliqués à un circuit bistable 26 dont le signal de sortie est appliqué au circuit de hachage 4. Ce signal de sortie peut prendre deux valeurs distinctes. Lorsqu'il prend une première valeur, ce signal de sortie est appelé ici "signal d'interdiction".Lorsqu'il prend au contraire sa deuxième valeur, il sera dit ci-après que le circuit bistable 26 ne fourntt pas de signal dtinterdiction. Dès que le signal de mesure devient suffisamment supérieur au signal de référence pour qu'un signal apparaisse sur la borne 22, le circuit bistable 26 fournit de manière permanenteun signal d'interdiction. Au contraire, dès que le signal de référence est suffisamment supérieur au signal de mesure pour qu'un signal apparaisse sur la borne 24, le circuit bistable 26 cesse de fournir un signal d'interdiction. Lorsqu'un.; signal d'interdiction est appliqué au circuit de hachage 4, il est appliqué, au besoin par l'intermédiaire d'autres circuits, aux bornes de commande des thyristors constituant les éléments essentiels des pulseurs et à travers lesquels peut passer le courant d'alimentation du moteur 2. Ce signal d'interdiction empeche alors l'allumage de ces thyristors, quels que soient par ailleurs les signaux fournis par le circuit de réglage du taux d'ouverture 10. Au contraire, en l'absence de signal d'interdiction, le circuit de hachage 4 peut fonctionner normalement en étant commandé par le circuit de réglage du taux d'ouverture 10. il est facile de voir que l'on réalise ainsi, à travers le circuit de hachage 4, et un "circuit d'interdiction" constitué par le comparateur 18 et le ctrcuit bistable 26, une channe d'asservissement qui asservit le courant à travers le moteur 2 au signal de re- férence fourni par le générateur de rampe 20.Ce générateur qui peut par exemple etre mis en action lors du démarrage du convoi, fournit par exemple une rampe linéaire de tension, correspondant, compte tenu des caractéristiques du D'autre part, à partir de la fin de la période de démarrage, il convient de revenir à un fonctionnement normal du circuit de hachage 4. Ceci signifie que le signal d'interdiction ne doit plus pouvoir etre délivré par le circuit bistable 26, à partir de la fin de la rampe délivrée par le générateur de rampe 20. Pour cela, des "moyens de coordination" sont prévus. Ils sont représentes sur la figure par un circuit 28, étant évidemment entendu qu'en pratique, ces moyens de coordination peuvent aussi bien etre constitués par un agencement convenable du générateur de rampe 20, du circuit de pilotage 14 et du circuit bistable 26, et des connexions convenables entre ces circuits. Le fonctionnement de ces moyens de coordination est alors le suivant A l'instant initial, correspondant à la délivrance d'un ordre de démarrage, le générateur de rampe 20 délivre un signal correspondant à la valeur minimale de l'intensité de référence, le circuit bistable 26 est dans un état tel qu'il ne délivre aucun signal d'interdiction et le circuit de pilotage 14 délivre un signal de pilotage correspondant au taux d'ouverture minimal.Le générateur de rampe 20 délivre alors comme indiqué précédemment, une rampe qui s'interrompt au bout d'une demi-seconde. I1 délivre en outre, au circuit de coordination 28, à l'instant de l'interruptsou de la rampe, une impulsion "de fin de rampe Le circuit de coordination 28 a empoché jusqu'à ce morent-là le circuit de pilotage 14 de aéliver aucun autre signal de pilotage que celui qui correspond au taux d'ouverture minimal. A partir de l'instant où ce circuit de coordination a reçu cette impulsion de fin de rampe, il permet au circuit de pilotage 14 de fournir tout signal de pilotage convenable indiqué de manière, soit automatique, soit manuelle, à ce circuit de pilotage.A partir du me instant, il bloque d'autre part le circuit bistable 26 dans un état tel que ce circuit bistable ne peut plus fournir de signal d'interdiction. Bien entendu, le circuit qui vient d'entre décrit, pourratt extra adapté à d'autres situations que le démarrage de convois ferroviaires. Par exemple, il serait possible de mettre en oeuvre le circuit d'asservissement de l'intensité du courant à travers le moteur 2, non pas seulement pour le faire démarrer, mais encore chaque fois que l'on désire le faire fonctionner sous une tension moyenne três faible et ce moteur pourrait etre un moteur fixe à l'intérieur d'une usine. De plus, il est bien évident que, quoique les éléments qui ont été décrits aient eté jugés particulièrement avantageux pour la mise en oeuvre de l'inventin, tous autres éléments de mEme effet technique pourraient être utilisés à leur place, sans sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1.- La présente invention a pour objet un circuit de commande à "hacheur" pour moteur électrique, circuit de commande comportant un circuit de "hachage" comportant au moins un hacheur et connecté en série dans le circuit d'alimentation du moteur, chaque hacheur de ce circuit de hachage étant muni de deux "bornes principales" entre lesquelles passe au moins une partie du courant d'alimentation du moteur lorsque ce hacheur est "allumé" et ne passe pas de courant lorsque ce hacheur est "éteint", ce hacheur étant muni en outre d'une "borne de commande" apte à allumer ou à éteindre ce hacheur selon les signaux com- mande" qui lui sont appliqués, ce circuit de hachage étant muni d'un circuit "de réglage de taux d'ouverture" apte à fournir lesdits signaux de commande appliqués à chaque hacheur de telle sorte que ce circuit de hachage laisse passer le courant d'alimentation du moteur pendant des périodes "d'ouverture" et ltempêche de passer pendant des périodes "de fermeture", et que ces périodes d'ouverture et de fermeture se succèdent régulièrement, le taux d'ouverture, c'est-à-dire le rapport de la durée des périodes d'ouverture à la durée de leur période de récurrence pouvant varier à partir d'un taux minimal et étant commandé par un signal " de pilotage" fourni par un "circuit de pilotage", grâce à quoi la tension moyenne appliquée au moteur peut varier à partir d'une tension moyenne minimale et est commandée par ce signal de pilotage, circuit de commande caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de "mesure d'intensité " apte à fournir un signal "de mesure" représentatif de l'intensité effective parcourant le moteur, et un circuit "d'interdiction" recevant d'une part ce signal de mesure et d'autre part un signal "de référence" dont chaque . valeur correspond à une intensité "de référence" pouvant parcourir le moteur, ce circuit d'interdiction étant apte à fournir audit circuit de hachage, un signal "d'interdiction", ce signal d'interdiction étant fourni à partir de chaque instant où ladite intensité effective a dépassé d'une quantité prédéterminée ladite intensité de référence et cessant d'étire fourni à partir de chaque instant où ladite intensité de référence a dépassé d'une quantité prédéterminée ladite intensité effective, ce signal d'interdiction empechant l'apparition des périodes d'ouverture de ce circuit de hachage. 2.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit d'interdiction est connecté à la borne de commande de chaque hacheur dudit circuit de hachage de manière à ce que ledit signal d'interdiction maintienne ce hacheur éteint, quels que soient les signaux de commande fournis par ledit circuit de réglage de taux d'ouverture. 3.- cuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de coordination connectés auxdits circuits d'interdiction et de pilo tage et agencés de manière à empêcher que ledit signal d'interdiction soit fourni lorsque ledit signal de pilotage ne présente pas la valeur qui correspond audit taux minimal d'ouverture. 4.- Circuit selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de rampe fournissant ledit signal de référence sous la forme d'une rampe dont la valeur initiale, à un instant initial, correspond à l'intensité de référence la plus petite possible, et fournissant en outre auxdits moyens de coordination une impulsion de fin de ramp lorsque ce signal de réfé rencc a atteint Sa valeur correspondant à l'intensité de référence la plus grande, lesdits moyens de coordination étant aptes à faire fournir par ledit circuit de pilotage un signal de pilotage de valeur correspondant audit taux minimal d'ouverture, à partir dudit instant initial et jusqu'à ladite impulsion de fin de rampe, lesdits moyens de coordination commandant en outre ledit circuit d'autorisation de manière à empocher la fourniture dudit signal d'interdiction à partir de ladite impulsion de fin de rampe. 5.- Circuit selon la revendication 1, applicable à la commande du démarrage d'un moteur à courant continu à partir d'une source de tension continue, et dans lequel lesdits hacheurs sont constitués par des pulseurs à thyristors, caractérisé"en ce que ledit circuit de réglage de taux d'ouverture est muni d'une base de temps de fréquence fixe de telle sorte que la fréquence de récurrence desdites périodes d'ouverture est constante en l'absence dudit signal d'interdiction.