Brevet FR2248634A1 — publié le 19750516

L'invention concerne un dispositif de connexion pour moteur électrique, comportant, sur le circuit ae courant de service, un étage transistorisé qui fournit un courant constant dépendant d'une grandeur de référence. Un tel dispositif de commutation est installé avan- tageusement quand le moteur électrique doit fournir un effort constant qui, Si le courant d'excitation est constant, est déjà fonction du courant de service. En outre, du fait que le fonctionnement du moteur électrique est assuré par ce quon appelle une source de courant constant, le courant maximal admissible est aussi limité en même temps, de sorte que le moteur électrique est protégé contre les surcharges. L'inconvénient dans un tel dispositif de commutation est toutefois que l'étage transistorisé doit éventuellement admettre une importante dissipation de puissance. Si notamment le moteur est bloqué, il s'applque, sur l'étage transistorisé qui fournit le courant constant, une tension relativement élevée qui se forme par la différence entre la tension de la batterie et la ter sion qui s'applique sur le moteur qui est égale au courant régulé multiplié par la résistance intérieure de courant continu du moteur, qui est, suivant toutes les règles, très petite. La dissipation de puissance de l'étage transistorisé est alors le produit de cette tension par le courant fourni. D'étage transistorisé doit transformer cette importante puissance dissipée en chaleur et il est nécessaire, en conséquence, de faire appel à des transistors qui aient une puissance appropriée et donc onéreux. L'invention a pour but de perfectionner le dispositif de commutation de telle façon que l'étage transistorisé soit proté- gé, ce qui permet alors d'utiliser des transistors de faible puissance et donc moins coûteux. A cet effet, l'invention est caractérisée en ce que le dispositif comprend un organe de sécurité pour la protection de l'étage transistorisé, qui Ee-wt être déclenché par un signal US dont la valeur est fonction aussi bien de la tension UT qui s'ap- plique à l'étage transistorise que de la grandeur de référence UF et du courant de service, de telle façon que, si le courant de service s'élève, il suffit d'une tension plus faible UT sur l'étage transistorisé pour déclencher l'organe de sécurité que Si le cou- rant de service est plus faible. Le principe de l'invention réside en ce que le point de mise en service de l'organe de sécurité est programmé par l'intermédiaire de la grandeur de référence. Cela signifie que cet organe de sécurité répond, si le courant de service est élevé, pour une tension relativement faible, sur l'étage transistorisé, alors que si le courant de service est faible, il admet une tension plus grande sur l'étage transistorisé. Si l'organe de sécurité est établi de cette façon, avec un joint de mise en route fonction de la grandeur de référence et, par suite, du courant de service, on peut aussi fixer à une valeur déterminée le produit du courant de servi ce avec la tension qui s'applique sur l'étage transistorisé. Suivant une caractéristique de l'invention, le signal qui déclenche l'organe de sécurité est égal à la moyenne arithmétique d'une tension analogue à la tension qui s'applique sur-l'é- tage transistorisé et d'une tension correspondant à la grandeur de référence. L'organe de sécurité contient un comparateur aux entrées duquel sont fournies ces tensions, le signal étant envoyé à la sortie d'un commutateur à valeur seuil qui peut déconnecter l'étage transistorisé. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels 9 - la figure 1 représente un dispositif de commuta- tion conforme à l'invention, - la figure 2 est un diagramme dans lequel sont représentées les tensions essentielles en fonction de la grandeur de référence. On peut relier au moyen d'un interrupteur 11 un potentiomètre 10 avec une source de tension 12. La sortie 13 du pctentiomètre 10 est reliée, par une résistance 14 et une diode 15, à la base 16 d'un transistor 17 d'un étage transistorisé, désigné dans son ensemble par 18, qui fournit un courant de service cons- tant au. moteur 19 à excitation permanente. La résistance 14 sert à limiter le courant à la base de ce transistor 17. Le point de sera vice de la diode 15 est fixé, par les résistances 80 et 81, de fa çon telle que cette diode 15 contribue à la stabilisation de la tem- pérature du transistor 17. l'étage transistorisé 18, que l'on peut désigner aussi comme la source de courant constant, contiant un étage terminal. de Darlington constitue par les transistors complémentaires 20 et 21. Le parcours colle@teur-émetteur du @transistor 2 est monte en série avec une réalistance de mesure 22 du circuit de courant de service du moteur électrique 19. L'étage terminal de Darlington est commandé par un transistor pilote 23, dont le collecteur 24 est raccordé, par une résistance 25, à la base du transistor 20.La base 26 de ce transistor pilote est raccordée au point de jonction 27 de deux résistances 28 et 29 montées en série qui relient le collecteur 30 du transistor 17 avec le potentiel de référence. Cet étage transistorisé 18 fonctionne de la façon suivante : On suppose que le commutateur 11 est fermé, de sorte que la tension de la batterie 12 s'applique sur le p@tentiomètre 10. Aussi longtemps que la prise 13 reste reliée avec le potentiel de la source de tension 12, le transistor 17 reste fermé, car son émetteur reçoit également, par la résistance 22 et une conduite de couplage de rétroaction 31, un potentiel positif.Mais, des que la prise est déplacée dans le sens du potentiel de référence, le potentiel qui s'applique à la base 16 du transistor 17 devient de plus en plus bas, de sorte que ce transistor est de plue en plus commandé dans le sens de l'ouverture. Grâce au courant collecteur- émetteur de ce transistor 17, le potentiel devisent ainsi positif au point de couplage, de sorte qu'un courant de base peut passer par la résistance 28 dans le transistor pilote, et que ce dernier est également commandé de plus en plus dans le sens de l'ouverture. Les transistors 20 et 21 sont aussi, par suite, amenés à l'état conducteur, de sorte que le moteur 19 est alimenté en courant de service. Ce courant de service s'accroît conformément à la charge du moteur, la vitesse de rotation s'ajustant, pour l'easen- tiel, librement. Avec l'augmentation du courant de service, la chute de tension sur la résistance de mesure 22 devient toutefois aussi plus grande, de sorte que l'émetteur du transistor 17 devient de plus en plus négatif. Comme la tension à la base de ce transistor 17 est toutefois fixée par le potentiomètre 10, la tension hase- émetteur de ce transistor 17 se modifie de façon telle que le cou rant qui passe par ce transistor 17 et par suite aussi par les transistors 23, 20 et 21, redewr.ent plus faible. Le courant de ser vice du moteur 19 reste en @@nséquence constant et est fonction du réglage de la sortie 13 du potentiomètre 10. La différence de tension UT mesurée entrs le pôle positif de la source de tension 12 e@ le point de couplage 40, qui est entre l'émetteur du transist@r 21 et le moteur 19, est très re- tite quand l'étage transistorisé est complètement à l'état c@nduc- teur, car la résistance de mesure 22 est de quelques milliohms seu- lement. Quand l'étage transistorisé est fermé, en revanche, il s'applique sur le point de couplage 40 le potentiel de référence, de sorte que les transistors 20 et 21 sont pratiquement sous la tencr de service.La figure 2 montre l'allure linéaire de la tension UT en fonction de la position de la prise 13 du potentiomètre 10. Ce qui est désavantageux dans ce dispositif de ccm- muation avec une source de courant constante dans le cirouit de courant de service est alors que la tension UT s'élève, quand le moteur est bloqué, indépendamment du point de travail, à une valeur qui se situe seulement, en dessous de la tension de fonctionnement au produit du courant de service avec la faible résistance intérieure du moteur. Pans la figure 2, on suppose qu'au cours du fonction- nement le moteur cale au point de travail a, de sorte que la tension UT Si élève alors à la valeur a2.La source de courant constant maintient toutefois le courant de service constant, de sorte qui a lors les transistors 20 et 21 doivent transformer en chaleur une puissance dissipée élevée. On prévoit, pour l'empëcher, un organe de sécurité électronique pour la protection de cet étage transistorisé. Cet organe de sécurité contient un comparateur, dé- signé dans son ensemble par 50, et un commutateur à valeur seuil 51. Le comparateur 50 est constitué, dans le cas de réalisation plus simple, par deux résistances 52 et 53 montées en série, qui sont reliées aux points de couplage 54 et 40, qui représentent en m8me temps les entrées du comparateur 50. A l'une des entrées 54, est envoyée une tension qui est fonction de la grandeur de référence. D'autre part, la prise 13 du potentiomètre 10 est reliée par les deux ré- sistances 56 et 57, avec le pôle positif de la souros de tension 12. sur l'entrée 54 s'applique ainsi une tension proportionnelle à la tension de référence UF entre le pôle positif de la source de tension 12 et la sortie 13 du potentiomètre 10. L'autre entrée est ra@ cordée au point de couplage 40, de sorte qu'à ce point s'applique la tension UT rapportée au potentiel positif de la source de tension. Le comparateur 50 forme, à partir de ces deux tensions fournies aux entrées, la valeur mcyenne arithmétique qui apparaît au point de couplage 60, à la sortie du comparateur 50. La figure 2 représente aussi, pour plus de clart, la tension UF en fonction de la position de la prise du potentiomè- tre 10. cette tension croît quand augmente le déplacement de la prise 13 dans la direction du potentiel de référence du montage, de 0 à la valeur de la tension de la batterie UB. A la sortie 60 du comparateur 50, apparaît en conséquence une tension de signal US, qui reste constante dans le domaine normal du fonctionnement comme le montre la figure 2. Naturellement, cela n'est possible que si les résistances 52 et 53 et 56 et 57 ont des dimensions appropriées.Le diviseur de tension des résistances 56 et 57 sert ainsi à élever le potentiel au point de couplage 54 à une valeur correspondant au potentiel du point de couplage 40. Les résistances 52 et 53 doivent alors être de même importance. Le commutateur à valeur de seuil, désigné dans son ensemble par 51, contient deux transistors complémentaires 61 et 62. La base 63 du transistor d'entrée 61 est reliée, d'une façon conductrice de l'électricité, avec le point de couplage 60 et, à l'émet- teur 64 de ce transistor est envoyée une tension positive déterminée par le diviseur de tension constitué des résistances 65 et 66. Le collecteur 67 du transistor d'entrée 61 est relié, par les résistances 68 et 69, avec le potentiel de référence du montage et -sur le point de couplage 70 commun. Entre ces deux résistances, est raccordée la base 71 du transistor de sortie 62. La jonction collec- teur-émetteur de ce transistor de sortie 62 est parallèle à la jonction base-émetteur du transistor-pilote 23, de sorte que, si le transistor de sortie 62 est conducteur, la jonction base-émetteur de ce transistor pilote est court-circuitée, et par suite, ce transistor et les transistors 20 et 21 de l'étage transistorisé 18 sont bloqués. D'une façon générale, l'organe de sécurité fonctionne comme suit : En fonctionnement normal, la tension de signal US au point de couplage 60 est constante, comme on le voit dans la figure 2. Le point de fonctionnement des transistors 61 et 62 est fixé de telle façon qu'ils sont bloqués en fonctionnement normal. Mais aussitôt que le moteur étant bloqué, la tension UT s'élève, comme le montre la figure 2, le potentiel au point de couplage 40 s'abaisse, de même qu'à l'entrée du comparateur 50, de sorte qu'il apparat aussi à la sortie du comparateur 50, un potentiel plus faible. Ce signal de sortie, dont le potentiel est faible, est envoyé à la base 63 du transistor d'entrée 61 de sorte que ce transistor devient conducteur, car la tension de son émetteur est fixe du fait qu'elle est formée par le diviseur de tension à partir des résistances 65 et 66. Le potentiel à la base du transistor de sortie 62 est, par suite, élevée, de sorte que ce transistor aussi arrive à l'état conducteur, et, par suite, court-cirouite la jonction base-émetteur du transistor pilote 23.Le courant de ser- vice du moteur est alors coupé, de sorte que les transistors 20 et 21 sont protégés efficacement. Comme au moment du déclenchement de l'organe de sécurité, la tension UF est supérieure à 0, mais comme, d'autre part le potentiel au point de couplage 40 descend immédis- tement au potentiel de référence Si le courant de service est cou- pé, le potentiel s'abaisse au point de couplage 60 et aussi encore plus fortement à la sortie du comparateur 50, de sorte que les transistors 61 et 62 continuent à s'ouvrir. Le commutateur à valeur seuil 51 bascule aussi dans un. état de coupure. Un point essentiel aans ce dispositif de commutation est, en outre, que l'on peut remettre l'installation en route d'une façon simple, après avoir remédié à la perturbation, en ramenant la prise du potentiomètre 10 au potentiel positif. Il s'appli- quera alors aux deux entrées du comparateur 50, à nouveau, une tension telle que le signal de sortie présente à nouveau une tension de la valeur U5, et, par suite, les transistors 61 et 62 se trou- vent fermés. On peut monter, en parallèle avec la jonction base- émetteur du transistor 61, un condensateur 72, qui provoque un retard dans la réponse de l'organe de sécurité. Cette disposition est nécessaire pour assurer le démarrage du moteur, car il règne à ce moment, pendant de courts instants, des conditions analogues à celles qui se produisent lors du blocage du moteur, Si l'on a donné aux différents éléments de construction des dimensions correctes, la sécurité de fonctionnement du dispositif de commutation que l'on vient de décrire est extrêmement bonne. Le moteur est protégé con- tre toute surcharge par la constance de la source de courant du circuit de courant de service. les transistors de l'étage transistorisé, donc de la source de courant constant, sont à leur tour suf- fisamment protégés par un organe de sécurité composé d'un simple comparateur et d'un commutateur à valeur seuil. Il est en outre avantageux que le moment de rotation du moteur pet ajusté progres- sivement, ee pour quoi on peut, éventuellement, aussi utiliser une tension de commande externs. On a seulement besoin, à cet effet, d'une conduite de commande entre le régulateur de la grandeur de référence et l'étage transistorisé proprement dit. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentée, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D J C A T I O N S 1.- Dispositif de connexion pour moteur électrique comportant sur le circuit de service un étage transistorisé qui fournit un courant de service constant, dépendant d'une grandeur de référence, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un organe de sécurité pour la protection de l'étage transistorisé (18), qui peut être déclenché par un signal (US) dont la valeur est fonction aussi bien de la tension (UT) qui s'applique à l'étage transistorisé (18) que de la grandeur de référence ( ) et du courant de service, de telle façon que, si le courant de service s'élève, il suffit d'une tension plus faible (UT) sur l'étage transistorisé pour déclencher l'organe de sécurité que si le courant de service est plus faible. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le signal (US) de déclenchement de l'organe de sécurité est égal à la moyenne arithmétique d'une tension analogue à celle qui s'applique sur l'étage transistorisé (18) et d'une tension correspondant à la grandeur de référence. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de sécurité contient un comparateur (50) aux entrées duquel sont fournies la tension correspondant à celle qui s'applique sur l'étage transistorisé (18) et la tension correspondant à la grandeur de référence, le signal (Us) de la sortie (60) du comparateur (50) étant envoyé à un commuta-teur à valeur seuil (51) qui peut mettre hors circuit l'étage transistorisé (18). 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le, commutateur à valeur de seuil (51) contient deux transistors complémentaires (61, 62) fermés en fonctionnement normal, la jonction base-émetteur d'un transistor pilote (23) de l'é- tage transistorisé (18) pouvant 8tre court-circuitée par la jonction collecteur-émetteur du transistor de sortie (62). 50- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le courant de service peut être ajusté au moyen d'un potentiomètre 410), et, sur la prise de ce potentiomètre (10), est prélevée une tension (UF) correspondant au courant de service, tension envoyée à l'entrée du comparateur (50), qui présente duex résistances (52, 53), montées entre ses entrées, l'autre entrée étant reliée avec un point de couplage (40) entre le moteur (19) et l'étage transistorisé (18), le point de couplage (60) entre les deux résistances (52, 53) de la sortie du comparateur (50) étant raccordé à la base du transistor d'entrée (61) du commutateur à valeur de seuil (51). 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par un condensateur retardateur (72), monté en parallèle avec la jonction base-émetteur du transistor d'entrée (61) du com- imitateur à valeur de seuil (51). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 1 à 6, caractérisé en ce que la tension de la prise (13) du potentiomètre (10) est démultipliée, par un diviseur de tension formé de deux résistances (57, 56), à une valeur correspondant en marche normale à la tension (UT) de l'étage transistorisé (1 8). 8.- --Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que la valeur des résistances (52, 53) du comparateur (50) est la même.