Brevet FR2204074A1 — publié le 19740517

Les moteurs synchromes polyphasés les plus courants sont très certainement les moteurs triphasés à rotor bobiné qui comportent un stator bobiné à trois phases et un rotor en court-circuit. Aux tensions d'alimentation normale, ces moteurs ont une vitesse de rotation sensiblement constante qui ne diffère de la vitesse de synchronisme que d'une faible valeur dite glissement. Pour commander la vitesse de rotation de tels moteurs, il a.déjà été proposé d'utiliser des commandes du temps d'application du courant ce qui signifie qu'on ne laisse s'écou- ler le courant dans les enroulements du stator que pendant une partie donnée de chaque demi-période de l'alimentation en courant de chaque phase.La durée de la partie de ladite demi-période pendant laquelle le courant est appliqué à l'enroulement correspondant du stator peut ainsi être commandée de sorte que, lorsque l'on réduit cette durée d'application, la charge totale ou l'intégrale du courant par rapport au temps diminue également et il en résulte que la vitesse de rotation du moteur peut être réduite au-dessous de la vitesse de rotation nominale d'une manière facile et aisément commandée. Ainsi, au moyen de cette commande seule une impulsion de durée variable est reçue pour chaque phase à partir de chaque demi-période du courant du réseau de distribution et plus cette impulsion est courte plus la vitesse de rotation est faible. La présente invention concerne un dispositif de comma de de vitesse pour des moteurs polyphasés à rotor en court-circuit du type ci-dessus. Dans les dispositifs du type déJà connu, il a été nécessaire de prévoir une disposition de couplage très compliquée pour assurer que la position relative dans le temps de l'impulsion de chacune des phases est identique à celle des autres phases pour éviter un déséquilibre de la charge et les inconvénients qui en découlent. Dans le dispositif de commande de vitesse selon la présente invention, cet inconvénient est évité du fait qu'on obtient un dispositif de couplage extrêmement souple qui est néanmoins, en service, beaucoup plus sûr. Selon l'invention, un interrupteur électronique est connecté dans chacun des circuits des enroulements des trois phases du moteur de telle sorte ou'il ne laisse passer le courant dans l'enroulement correspondant qu'au cours d'une partie donnée de chaque période qui commence à un temps susceptible d'être commandée à l'intérieur de chaque demi-période et s'achève lorsque la valeur du courant passe par zéro. La position dudit temps est déterminée par une grandeur de commande et par rapport au point de valeur nulle du courant. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera plus complètement décrite ci-après en se référant à deux modes de réalisation de dispositifs de régulation représentés sur les dessins annexés, mais il est bien entendu que l'invention ne doit pas être limitée à un mode de réalisation spécifique et que de nombreuses variantes et modifications peuvent etre réalisées sans sortir du cadre de l'invention. Dans les dessins La figure 1 représente un schéma de principe, sous la forme très simplifiée d'un schéma-bloc qui représente un dispositif de régulation connu; La figure 2 représente les trois sinusoïdes dont le courant triphasé serait composé s'il était complètement utilisé et montre également la division des demi-périodes de ce courant en parties actives et inactives; La figure 3, représente un schéma de circuit plus détaillé d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande selon l'invention. Le principe du moteur triphasé commandé par les temps d'applications du courant de la façon déåà connue peut être expliqué en considérant le schéma-bloc de la figure 1, en combinaison avec les courbes de la figure 2. Les conducteurs des trois phases sont désignés par les références R, S et T, et le conducteur neutre est désigné par 0. Le moteur est alimenté au moyen des dispositifs de commande habituelle, non représentés sur les dessins, par les trois phases et par l'intermédiaire d'interrupteurs électronique, 11, 12 et 13 après quoi les conducteurs des trois phases sont connectés suivant un montage en étoile au conducteur neutre. Chaun des trois interrupteurs électroniques 11, 12 et 13 est commandé par un générateur d'impulsions respectif 14, 15, 16, ces générateurs d'impulsions étant d'un type spécifique . La durée des impulsions à l'intérieur de la demi-période est en pratique commandée par la tension appliquée sur le conducteur de commande 20. Ce dispositif connu fonctionne de la façon suivante. Les conducteurs des trois phases R,S et T portent chacun une phase d'un courant triphasé, de forme sinusoïdale, comme représenté sur la figure 2, sur les diagrammes A et B. Lorsque le courant de l'onde sinusoïdale R passe par la valeur nulle au cours de sa phase ascendante, au point 21, le générateur d'ondes en dents de scie 17 e,st déclenché et la tension en dents de scie s'accroit åusqutà une valeur déterminée par la tension de commande et retombe ensuite rapidement à O de telle sorte que le générateur d'impulsions 14 est déclenché et applique une impulsion de commande à l'interrupteur électronique Il de sorte que le courant s'écoule à travers l'enroulement du moteur connecté au conducteur de phase R et pendant un intervalle de temps représenté par la participation 24 de l'onde sinusoldale de la phase R. Lors du passage suivant de l'onde sinusoidale R par sa valeur nulle, au point 25, le même processus se répète exactement de sorte que la participation 28 du courant de la phase R s'écoule dans l'enroulement correspondant du moteur. De cette manière, le moteur reçoit un courant réduit pendant une période de temps réduite correspondant aux parties hachurées de l'espa- ce délimité par la courbe R sur le diagramme A. Le courant des phases S et T est traité de la meme manière et en conséquence le moteur est alimenté par trois phases mais avec des demi-périodes tronquées constituées par les 6 parties hachurées représentées sur le diagramme A de la figure 2 Si la tension du conducteur 20 s'élève, la tension s'élève plus rapidement et les impulsions de commande sont re çues plus tôt. Les parties du courant qui s'écoulent dans les enroulements du moteur triphasé 10 s'éccroissent également de la manière représentée sur le diagramme B de la figure 2. il apparait ainsi que de cette manière on dispose de moyens appropriés pour commander le glissement du moteur et ainsi sa vitesse de rotation. Plus l'intégrale du courant qui s'écoule dans les enroulements du moteur par rapport au temps est faible, plus le glissement est important et plus le moteur tourne lentement. Un dispositif du type décrit en se référant aux figures 1 et 2 fonctionne certes convenablement mais il est, en pratique, sensible aux perturbations, en particulier du fait qu'il existe trois circuits différents, un pour chaque phase, qui comportent chacun des organes électroniques sensibles et il en résulte en outre que le dispositif est onéreux. Le mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 3 a en conséquence comme premier objectif de simplifier le dispositif en conservant ses principes de base et comme autre objectif de le rendre moins sensible aux perturbations et en conséquence d'un fonctionnement plus sûr. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de commande de vitesse par commande du temps dRapplication du courant pour des moteurs ynchromes polyphasés à rotor en court-circuit. Dans chacun des enroulements de phase du moteur, un interrupteur électronique commandé est connecté d'une manière telle qu'il ne laisse passer le courant dans l'enroulement correspondant que pendant une partie donnée de la période à partir d'un point dans le temps susceptible dêtre commandé à l'intérieur d'une demi-période jusqu'à ce que le courant passe une nouvelle fois par sa valeur nulle. La position dudit point dans le temps est déterminée par une grandeur de commande et par rapport au pas sa ge du courant par sa valeur nulle. Selon l'invention, la tension est reçue d'un seul des conducteurs de phase existants de sorte que cette phase est utilisée comme phase de référence et la tension du courant dans le conducteur de phase est appliquée à un indicateur pour déterminer le passage de ladite tension du courant par sa valeur nulle, cette indication étant appliquée, après amplification, à un générateur d'impulsions pour déterminer le point de départ de l'état conducteur de l'interrupteur électronique. Des éléments à retard sont connectés à un point du canal (ou voie) pour transférer ces indications de sorte qu'un retard, établi en fonction de la fréquence, des périodes de temps de montée du courant pour les autres phases est créé.Les éléments à retard sont ainsi réalisés d'une manière telle que, pour un moteur triphasé, ils provoquent l'un un retard d'un sixième de période et l'autre un retard d'un tiers de période. Un dispositif du type général représenté sur la figure 1 mais modifié conformément à l'invention a été représenté sur la figure 3. Ce dispositif comporte également les trois conducteurs des phases R, S et T et le conducteur neutre 0. Les conducteurs des phases sont raccordés à un interrupteur de moteur classique et ensuite à un filtre anti-parasites 30. Ces deux éléments ne concernent pas l'invention mais ils doivent néanmoins être présents conformément aux réglementations actuelles. Le moteur, comme dans l'exemple précédent, est un moteur triphasé 10 à rotor en court-circuit dont les enroulements du stator sont connectés chacun à l'un des trois conducteurs, de phase.L'arbre de sortie du moteur est désigné par la référence 31 mais, en outre, il est prévu un arbre de tachymètre 32 portant un disque perforé 33 qui se déplace dans un intervalle de lecture 34 qui comporte, par exemple, une source de lumière et une cellule photoélectrique de sorte qu'une impulsion est engendrée à chaque passage d'un trou du disque. Ces impulsions sont appliques à un amplificateur 35 et on doit noter que cet amplificateur est un amplificateur produisant des impulsions rectangulaires. Les impulsions de l'amplificateur 35 sont appliquées à un circuit conformateur d'impulsions 36 dont l'objet est d'assurer que les impulsions ont une forme rectangulaire relativement précise. Si nécessaire, on peut raccorder au circuit conformateur d'impulsions 36 un conducteur relié à un compteur d'im pulsions 37 qui indiquent aussi le nombre de tours/minute du moteur 10 lu par le dispositif tachymétrique. il peut entre également avantageux de monter un filtre 38 après le circuit conformateur d'impulsions bien que cette disposition ne soit pas absolument nécessaire pour la mise en oeuvre de l'invention. La tension de sortie du filtre 38 est transmise par un conducteur 39 à un amplificateur différentiel 40 où elle est comparée à une tension représentant une valeur désirée 44. L'amplificateur différentiel 40 peut être réglé sur une amplification maximale donnée et sur une autre amplification minimale donnée mais il peut être également réglé sur des valeurs intermédiaires. La tension de différence amplifiée produite à la sortie de l'amplificateur différentiel 40 est appliquée par un conducteur 41 à un circuit changeur de signe 42 d'où elle est appliquée à un socillateur 43 connecté à la phase T du système au moyen duquel des impulsions en dents de scie peuvent être engendrées comme représenté par le symbole à l'intérieur du cadre représentant l'oscillateur 43. La tension du dispositif changeur de signe 42 correspond à la tension de commande 20 du dispositif de la technique antérieure représenté sur la figure 1. L'oscillateur est d'un type tel que l'impulsion en dent de scie commence à un moment donné, par exemple lorsque l'onde sinusoïdale de la phase T passe par sa valeur nulle ou, en d'autres termes, en considérant la figure 2A, à chacun des deux temps 45 et 46.Pour que cette condition soit assurée, un conducteur est raccordé au conducteur de phase T par exemple sur la partie reliant l'enroulement du moteur 10 au conducteur neutre 0, ledit conducteur aboutissant à un indicateur de passage du courant par sa valeur nulle 47 en série avec un isolateur optique 48 dont le circuit de sortie est connecté à l'oscillateur 45 pour servir de circuit de déclenchement d'impulsion pour ledit oscillateur.(Un isolateur optique au coupleur optique, comporte une paire émetteur-de-lumière-récepteur-de lumière pour permettre le passage d'un signal en évitant le danger des hautes tensions, par exemple). il est prévu un circuit de déclenchement 49 qui est déclenché par le front à pente raide de l'impulsion en dent de scie de sorte qu'une impulsion de forme rectangulaire est obtenue qui est appliquée à un transformateur d'impulsions 50 dont le secondaire est connecté au circuit de commande de deux thyristors commandés montés tête-bêche (Triac)5I. Cet ensemble est à action lente de telle sorte qu'il reste conducteur tant que le courant traverse le thyristor c'est-à-dire jusqu'à ce que le courant passe par sa valeur nulle. Le courant s'écoule ainsi dans 11 enroulement du moteur 10 connecté à la phase T jusqu'au conducteur neutre de ce montage en étoile. L'oscillateur 43, cependant, a une seconde fonction à remplir. Ainsi, un conducteur relie sa sortie à un générateur d'impulsions 52 qui engendre lors du front à forte pente de l'impulsion en dent de scie une impulsion rectangulaire d'une largeur donnée, à savoir aussi proche que possible de 3,3 millisecondes si la fréquence du réseau est de 50 périodes. Le temps de 3,3 millisecondes est en fait exactement le sixième d'une période ou, en d'autres termes, la distance entre les points 45 et 53 sur le diagramme A de la figure 2. Si la fréquence du réseau est différente, naturellement la largeur de cette impulsion du générateur d'impulsions sera différente.Le front arrière de l'impulsion du générateur d'impulsions 52 provoque la production par un générateur d'impulsions 54 d'uneimpulsion rectangulaire qui est en conséquence décalée d'un sixième de période après l'impulsion rectangulaire correspondante du générateur d'impulsions 49 et qui esttransmise comme tension de commande à deux thyristors montéstbte-be-che 55 par l'intermédiaire d'un transformateur 56. De même, un conducteur est branché entre la sortie du générateur d'impulsions 52 et le déclencheur 54, ce conducteur étant raccordé à un générateur d'impulsions 57 cor respndant au générateur d'impulsions 52 qui crée également une impulsion rectangulaire d'une durée d'un sixième de période, ou pour un-courant a' 50 périodes, de 3,3 millisecondes, et cette impulsion est appliquée au circuit de déclenchement 58 qui engendre une impulsion rectangulaire au front arrière de 11 impulsion du générateur 57.L'impulsion du circuit de déclenchement 58 est appliquée par l'intermédiaire du transformateur 59, aux deux tyrStors tnonté -bêche 66* Les trois ensembles de thyristors 51, 55 et 60 fonctionnent ainsi comme des interrupteurs électroniques pour le courant de chacune des phases T,S et R de sorte qu'une impulsion de durée donnée, dépendant de la tension appliquée sur le conducteur 44, est transmise par chacun des ensembles de thyristors. il est exact que-seule la valeur nulle de la phase T est détectée mais par le retard de 3,3 millisecondes du géré? rateur d'impulsions 52 et le second retard de 3,3 millisecondes du générateur d'impulsions 57, on obtint des impulsions de commande appliquées aux thyristors 55 et 60 à des temps qui sont relativement identiques par rapport à chaque phase. Dans l'amplificateur différentiel 40, les tensions du conducteur 44 et du conducteur 39 sont comparées l'une à l'autre de sorte que lorsqu'un état équilibré est atteint, les impulsions des circuits de déclenchement 49, 54 et 58 se produisent à un temps identique à l'intérieur de chaque demi-période de chaque phase qui donne au moteur une alimentation en courant en fonction du temps qui a pourrésultat l'obtension de la vitesse de rotation désirée qui correspond à la tension du conducteur 44.Cela signifie que les impulsions de commande sont appliquéesaux trois interrupteurs électroniques 51, 55 et 60 à un temps donné après chaque passage du courant de la phase T, R ou S correspondant par sa valeur nulle, cependant, avec un décalage dans le temps déterminé par la tension différentielle entre les conducteurs 39 et 44 après amplification par l'amplificateur différentiel 40. De cette manière, la même fonction qui a été décrite en se référant au dispositif de la figure 1 et à l'aide des diagrammes de la figure 2, est obtenue mais en outre cette fonction est dependante de la vitesse de rotation du moteur telle que déterminée par le disque tachymétrique et transmise par le conducteur 39, de sorte qu'une commande plus précise est obtenue. Cependant, il serait possible de se limiter à l'emploi du seul indicateur de courant nul 47 qui du fait de l'introduc- tion de retards successifs permet d'obtenir la m4me action que celle obtenue au moyen de l'appareil extremement plus com plexe de la figure 1. La fréquence du réseau de distribution est fixe et on a admis qu'elle était de 50 périodes par seconde. En conséquence, le retard provoqué par les générateurs d'impulsions est fixé aussi proche que possible de 3,3 millisecondes. La fréquence des impulsions du disque tachymétrique 33, au contraire, dépend de la vitesse de rotation du moteur et plus le glissement du moteur est important, ce qui est obtenu en réduisant les intervalles de temps pendant lesquels les interrupteurs électroniques 51, 55 et 60 sont conducteurs, plus la fréquence tachymétrique est faible. C'est cette fréquence convertie en un courant continu par le circuit conformateur d'impulsions 36 et le filtre 38 qui est comparée à la valeur de tension désirée appliquée par le conducteur 44 dans l'amplificateur différentiel 40 et qui commande le générateur en dents de scie 43 de sorte que la durée des impulsions en dent de scie est variable. En conséquence, une division de l'onde sinusordale est créée, comme décrit en se référant à la figure 2, et il en résulte que seules des parties de tonde sinusoidale, représenté par les zones hachurées sur la figure 2 sont appliquées aux enroulements du moteur 10. Plus ces parties sont petites, plus le glissement du moteur est important et plus sa vitesse de rotation est faible. L'ensemble de ces dispositions permet d'obtenir une commande extrêmement sensible et précise de la vitesse de rotation du moteur qui est de loin supérieure à la commande de la vitesse de rotation du moteur au moyen du dispositif représenté sur la figure 1, REVENDICATIONS 1) Dispositif régulateur de vitesse par commande du temps d'application du courant pour des moteurs polyphasés à rotor en court-circuit (10) dans lequel un interrupteur électronique commandé (11, 12, 13, 51, 55, 60) est monté dans chacun des circuits des enroulements de phase du moteur d'une manière telle qu'il ne laisse passer le courant dans l'enroulement correspondant que pendant une partie donnée d'une période qui commence à un point dans le temps susceptible d'être commandé à l'intérieur d'une demi-période et prend fin au moment où le courant passe par sa valeur nulle, la position dudit point dans le temps étant déterminée par une grandeur de commande (44) et par rapport au passage de courant par sa valeur nulle, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une tension est dérivée de l'un des conducteurs de phase existants (T) de sorte que cette phase est utilisée comme phase de référence et en ce que la tension de ce circuit est appliquée à un indicateur (47) détectant le passage du courant pour sa valeur nulle, cette indication étant appliquée, après amplification, à un générateur d'impulsions (43) pour déterminer le point de commencement de l'étant conducteur de l'interrupteur électronique (51), des ié- ments à retard (52, 57) étant connectés à un point du canal pour transférer cette indication de sorte qu'il est créé un retard des périodes de transfert du courant pour les autres phases, (R,S) adapté à la fréquence, les éléments à retard (52,57) étant réalisés de telle sorte qu'ils créent un retard égal, dans le cas d'un moteur triphasé, le premier à un sixième et-le second à un tiers de la durée d'une période du courant. 2) Dispositif de commande de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier élément à retard (52) est monté pour provoquer un retard d'un sixième d'une période du courant et l'impulsion de sortie de cet élément à retard est appliquée à un second élément à retard (57) qui est monté pour ajouter audit premier retard d'un sixième de période un nouveau retard de la même grandeur. 3) Dispositif de commande de vitesse selon l'une quelconque des revendications t et 2, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques sont des thyristors doubles commandés montés tete-bêche (51, 55, 60). 4) Dispositif de commande de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'un conducteur alimentant ledit indicateur (47) est branché sur au moins l'un des conducteurs de phase (T) entre l'enroulement du moteur de ladite phase et l'interrupteur électronique (51) monté sur la meme phase. 5) Dispositif de commande de vitesse selon l'une quelconquedes revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un générateur tachymétrique (32, 33, 34) est raccordé au moteur (10) pour engendrer une tension proportionnelle à la vitesse de rotation effective dudit moteur. 6) Dispositif de commande de vitesse selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tension engendrée par le générateur tachymétrique (32, 33, 34) est appliquée comme tension d'entrée à une entrée d'un amplificateur différentiel (40) dont l'autre tension d'entrée (appliquée sur le conducteur 44) constitue la tension de commande de la commande de vitesse, la tensionde sortie de l'amplificateur (40) étant appliquée à un générateur d'impulsions (43) pour engendrer l'impulsion de départ commandant le passage du courant par l'enroulement de la phase (T) qui sert de phase de référence. 7) Dispositif de commande de vitesse selon la revenu dication 6, caractérisé en ce qu'un circuit de déclenchement (49) est connecté entre le générateur d'impulsions (43) et l'enroulement correspondant du moteur (10) pour transformer l'impulsion en dents de scie engendrée par le générateur d'impulsions (43) en une impulsion rectangulaire. 8) Dispositif de commande de vitesse selon la revendication 7, caractérisé en ce que deux thyristors commandés montés tête-bêche (51) constituant un interrupteur électronique sont montés dans le trajet entre le circuit de déclenchement (49) et l'enroulement correspondant du moteur (10). 9) Dispositif de commande de vitesse selon la revendication 8, caractérisé en ce que les circuits de déclenchement (49, 54, 58) sont montés de façon à appliquer des impulsions de commande aux interrupteurs électroniques (5t, 55, 608 par l'intermédiaire de transformateurs d'impulsions. 10) Dispositif de commande de vitesse selon la revendication 9, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques (51, 55, 60) sont à action lente de telle sorte qu'ils ne provoquent pas d'interruption ou d'arrêt des impulsions de courant traversant l'enroulement tant qu'ils sont traversés par un courant.