Brevet FR2285745A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne les groupes moto-variateurs asservis constitués par un organe d'entrainement, un moteur électrique, ensuite un organe de transmission répondant à l'asservissement recherché, et enfin un organe de commande d'asservissement permettant d'obtenir une vitesse et/ou un couple constants ou programmés en fonction des besoins de l'appareil à entrainer. Actuellement, d'une façon générale, pour obtenir un tel résultat, il est possible de se procurer dans le commerce un moteur électrique, un coupleur électro-magnétique à poudre, un capteur de mesure du paramètre asservi et un appareillage électrique de commande du couple ou de la vitesse Mais ces divers élements ne sont pas normalement rassemblés dans un ensemble constituant un appareil d'entrainement asservi aux besoins précis en couple et/ou vitesse de l'organe entrainé De plus les inconvénients suivants sont généralement constatés drabord les glissements provoquent des échauffements limitant l'utilisation des appareils, ensuite les corrections continues d'intensité étant peu compa la tibles avec les effets selfiques deitransmission, il y a apparition de temps de réponse trop longs, de glissements et de phénomènes de pompage provoquant un manque de réponse de la commande et une instabilité de l'asservissement réalisé, conduisant à un manque de fiabilité de celui-ci. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Avec celui-ci en effet il est possible : d'abord d'évacuer par un ailetage approprié les calories produites et par conséquent de diminuer les échauffements et donc d'augmenter non seulement le rendement mais encore les plages d'utilisation, notamment à basse vitesse, et ensuite d'obtenir la vitesse ou le couple choisi, pôrfaitement stable du fait que les oscillations inhérentes au système sont amorties par utilisation d'un dispositif de commande présentant un temps de réponse permettant de réduire les risques de formation d'oscillations de tension dans l'élément selfique du coupleur électromagnétique. I1 en résulte une amélioration générale des performances et une stabilité appréciable de fonctionnement. L'invention a donc pour objet un groupe moto-variateur, asservi en vitesse et/ou en couple constitué par un moteur asynchrone à une ou plusieurs vitesses tournant en régime de vitesse permantent à la variation de glissement près, entraînant un coupleur électromagnétique à poudre, avec dispositif d'asservissennent effectuant le pilotage du courant dans le coupleur à partir du paramètre à réguler : vitesse et/ou couple. Ce coupleur électromagnétique à poudre, d'un type connu en soi, est constitué de deux solides de révoîuùon concentriques et indépendants. Une bobine inductrice est logée dans la partie extérieure. Un entrefer d'air est ménagé entre la partie extérieure et la partie intérieure. Cet entrefer est en partie comblé par une charge de poudre magnétique. Lors du passage du courant dans la bobine, la poudre tend à s'orienter selon les lignes de force du champ magnétique jusqu'à former une masse compacte qui rend le primaire solidaire du secondaire. Ce coupleur est muni d'un ailetage emmanché sur la cage extérieure et spécialement conçu pour améliorer l'évacuation des calories. Un collecteur extérieur alimenté par des porte-balais raccordés par câbles à une boite à bornes de jonction permet d'amener le courant à la bobine. Quant au dispositif d'asservissement, il comporte au moins un élément à self-induction susceptible d'introduire des perturbations dues aux phénomènes transitoires qu'il engendre. Pour remédier à ces perturbations, le dispositif selon l'invention comprend un amplificateur différentiel dont la première entrée est connectée à une source de tension de consigne et la seconde entrée à un détecteur sensible à l'état du paramètre physique asservi, cependant que la sortie est raccordée à l'élément à à self-induction du dispositif à commander. Dans le cas d'un asservissement de vitesse, ce dispositif est caractérisé en ce que ce détecteur est connecté à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un circuit d'intégration rapide et de régulation des signaux de sortie du dit détecteur. D'autres caractéristiques de l'objet de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé à simple titre d'exemple, et sur lequel la figure 1 est une vue en coupe axiale du groupe moto-variateur selon l'invention; la figure 2 représente le schéma électrique du dispositif d'asservissement en vitesse de ce groupe; la figure 3 représente le schéma électrique du dispositif commandant le transfert d'une vitesse à l'autre dans le cas d'un moteur d'entrainemint à deux vitesses; la figure 4 représente le schéma électrique d'un dispositif permettant d'obtenir un couple déterminé avec le présent groupe moto variateur. Celui-ci comporte principalement - un socle en alliage léger (1) supportant l'appareil, - un moteur asynchrone triphasé (2) à rotor à cage 220/380 V., - un coupleur électromagnétique à poudre désigné par la référence générale (3), - et un dispositif d'asservissement en vitesse qui sera décrit plus loin en détail. Le coupleur (3) de type connu, est constitué par deux rotors (4 et S), axes alignés, tournant l'un à l'intérieur de l'autre, et entre lesquels est interposée une charge (6) de poudre magnétique. Une bobine torique (7) d'induction est rapportée dans le rotor extérieur (4). Par modification de l'intensité du courant la traversant,cette bobine permet de faire varier la compacité :e la poudre (6) et par suite d'accoupler les deux rotors avec un glissement nul l'un par rapport à autre, ou un glissement plus ou moins important. Le rotor externe (4) est fixé par emboitement dur à l'intérieur d'un moyeu (8) portant des ailettes (9) de refroidissement. A la base de celles-ci il est prévu une série de trous concentriques (9ja permettant d'éviter effet de cavitation propre à ce type de radiateur. A sa partie arrière le moyeu (8) comporte un manchon qui est em manché sur l'arbre (I1) de sortie du moteur (2) et accouplé avec celui-ci par un système de rainures. Ce manchon porte un collecteur de courant (12) destiné à assurer l'alimentation de la bobine (7). Ce collecteur est lui-même alimenté par l'intermédiaire de balais de contact raccordés par des câbles à une boite de jonction (13). Quant au rotor interne (5) du coupleur (3), il est muni de roulements (15) et est claveté sur un arbre mené (I 4). Cet arbre mené (14) est relié, par un accouplement élastique (16), à un arbre de sortie (17) destiné à etre accouplé avec l'appareil à entrainer, Le coupleur et ses organes annexes sont disposés à l'intérieur d'un carter (19) comportant deux flasques arrière (20) et avant (21) fixés sur le socle (1). Le flasque arrière sert au centrage du moteur. Quant au flasque avant, il porte une boite (18) à roulements (18g) formant palier pour l'arbre de sortie (17). Le mode de montage ainsi décrit pallie, par l'utilisation d'une part de ltaccouplement élastique (I 6) et d'autre part de roulements indépendants (18a) de forte capacité, la transmission anormale, d'efforts radiaux eu axiaux, à l'arbre (14) du coupleur électromagnétique, et permet ainsi une durée de vie maximale aux roulements (15) du coupleur. I1 est prévu un capteur tachymétrique délivrant une information, proportionnelle au nombre de tours de l'arbre de sortie (17), cette information étant utilisée par le dispositif d'asservissement qui sera décrit par la suite en référence à la figure 2. Ce capteur tachymétrique comprend un disque (22) comportant des trous près de sa périphérie et qui est solidaire en rotation avec l'arbre de sortie (17). En regard de la trajectoire des trous de ce disque est disposé un détecteur de proximité (23), par exemple un détecteur photoélectrique ou inductif raccordé par un cable (24) avec le circuit du dispositif d'asservissement en vitesse. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Le moteur d'entrainement est mis en service à vide de façon à diminuer tout appel préjudiciable de courant au démarrage. Le coupleur électromagnétique (3) à poudre est alors entrainé, la bobine (7) du coupleur étant alimentée en courant continu avec une intensité ajustable permettant l'excitation progressive de l'induct eur du coupleur. I1 y a entrainement de l'arbre de sortie (17) suivant un couple progressif, pour atteindre la valeur affichée en vitesse ou en couple. I1 est alors préférable d'utiliser un moteur à deux vitesses pour bénéficier de l'davantage ci-après - existence de deux régimes de vitesse ou le coupleur est entrainé à glisse ment nul et par suite le glissement relatif global est moindre que dans le cas d'un moteur à une seule vitesse, ce qui permet de réduire les pertes de puissance par échauffement, et par conséquent une transmission de puissance plus importante à une vitesse donnée, et en particulier aux basses vitesses. Dans un tel cas, il est utilisé un dispositif de transfert automatique de PV (petite vitesse) en GV (grande vitesse) ou inversement, décrit plus loin en référence à la figure 3. La figure 2 représente le schéma électrique du dispositif d'asservissement en vitesse du groupe moto-variateur selon l'invention. Ce dispositif comporte un potentiomètre (25) connecté entre la masse et le pôle positif d'une source de tension qui est destinée à délivrer, sur son curseur, une tension de consigne ou grandeur électrique de référence. Le curseur du potentiomètre (25) est donc connecté à une première entrée d'un amplificateur différentiel (26) dont la sortie est reliée à une borne de la charge selfique (7) constituée par la bobine d'induction du coupleur électromagnétique à poudre intercalé entre l'élément menant (4) de la transmission, calé sur la sortie du moteur asynchrone (Z), et l'élément mené (5) solidaire de l'arbre de sortie (17) à entrainer Cette liaison est assurée par l'intermédiaire d'un limiteur réglable (27) de la tension ou de l'intensité dans la bobine du coupleur et ce par un amplificateur de puissance (28). Comme déjà indiqué, l'arbre (17) porte le disque à trous (22) dont les perforations défilent devant le détecteur tachymétrique (23). Ce détecteur est connecté à la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel (26) par l'intermédiaire d'un doubleur dtimpulsion (29) destiné à obtenir une meilleure intégration, et d'un circuit (30) de mise en forme des signaux de sortie du détecteur et d'un circuit L/C (31) d'intégration constitué par une self (32) et un condensateur (33). Le dispositif qui vient d'etre décrit fonctionne de la façon suivante L'asservissement en vitesse est obtenu par réglage de la variation du courant d'excitation des bobines du coupleur provoquant une modification de son taux de glissement. L'amplificateur différentiel (26) compare la tension de consigne donnée par le potentiomètre (25) avec le signal mis en forme émis par le détecteur (23) qui, dans le cas présent, mesure la vitesse de sortie de l'arbre (17) à entrainer. Le disque à trous (22), lors de sa rotation devant le détecteur (23), provoque l'apparition, à la sortie de. ce dernier, d'impulsions électriques qui sont doublées, mises en forme et amplifiées par le doubleur (29) et le circuit (30). Ces impulsions sont ensuite intégrées par le circuit L/C (31) qui applique, à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel (26), une tension aralogique proportionnelle à la valeur de la vitesse de sortie de l'arbre (17). Cette tension est comparée à la tension de consigne délivrée par le potentiomètre (25). Si la vitesse V de l'arbre de sortie (17) varie de aV par rapport à la vitesse affichée, matérialisée par la tension délivrée par le potentiomètre de consigne (25), cette variation de vitesse est détectée par le détecteur (23), de sorte que la tension délivrée par le circuit L/C (31) est légèrement différente de la valeur de la tension de consigne. Cette différence est amplifiée par l'amplificateur différentiel (26) qui corrige la tension appliquée à l'élément selfique (7) constitué par la bobine du coupleur électromagnétique à poudre. Le rôle du circuit L/C est de permettre la comparaison de grandeurs de même nature. En effet le capteur de vitesse employé donne un train d'impulsion dont la fréquence est proportionnelle à celle-ci. Or, la grandeur de consigne estu/isignal constant ou programmé dont l'amplitude est proportionnelle à la vitesse désirée. Le circuit L/C (31) a donc pour rôle d'effectuer une transformation de fréquence du premier signal en amplitude grâce à une intégration. La figure 3 représente le dispositif selon l'invention permettant, en cas d'entrainement du coupleur par-un moteur à deux vitesses, d'assurer automatiquement le passage de l'une à l'autre, c'est-à-dire avec temporisation et sans à-coups, le transfert GV/PV. L'information tachymétrique, en provenance du condensateur (33) est a cheminée sur les bornes (34) du circuit du dispositif de transfert en respectant la polarité. Par l'intermédiaire d'un système Pont Diviseur/Diode (35), cette information vient commander un Thyristor assurant le fonctionne ment de l'excitation d'un relais (36). En position travail, celui-ci permet des déverrouillages successifs et programmés de deux relais (37) et (38) d'une part et d'autre part l'envoi de la tension de commande GV (Grande Vitesse) par la borne (39), cette tension actionnant directement un mécanisme électromagnétique (non re présenté) assurant le transfert de vitesse sur le moteur. A partir de la meme information tachymétrique reçue par le circuit (34) un dispositif potentiométrique (40) excitant un transistor débloquera ou non deux diodes permettant la mise en service du relais (37) qui, en position travail, fournira sur un circuit (41) l'excitation du circuit PV (Petite Vitesse) du mécanisme électromagnétique de transfert de vitesse. La commande de ltexcitation du relais (37) est assurée par un Thyristor ainsi que la mise en service du relais (38) assurée d'une manière identique par un circuit Diode-Thyristor. Un ensemble (42) stabilisé par Diode Zener permet de réguler la tension d'alimentation du transistor et de conserver un point précis de changement de vitesse. L'enclenchement du relais (37) est temporisé pour éviter l'influence de ladémagnétisation habituellement constatée sur les moteurs à deux vitesses. Pour obtenir un asservissement en couple du groupe moto variateur selon I'invention, il est possible d'utiliser le meme dispositif que pour l'asservissement en vitesse décrit précédemment en référence à la figure 2. Toutefois, le potentiomètre (25) sert alors à définir la valeur du couple affichée. Par ailleurs le détecteur tachymétrique (23) est remplacé par un capteur de couple de type approprié. Dans le cas où ce capteur délivre un signal directement proportionnel à la grandeur mesurée, le circuit d'intégration L/C est alors supprimé. Pour commander le système en couple constant, le dispositif élémentaire représenté sur la figure 4 permet de maintenir à une valeur déterminée le courant I d'excitation de la bobine du coupleur en alimentation stabilisée. La commande est effectivement réalisée par un potentiomètre (25S) définissant le couple affiché et la stabilisation de l'intensité est assurée par un circuit (43), Par ailleurs, un potentiomètre (44) limitant la tension U permet de ne pas dépasser l'intensité nominale dans le coupleur. L'intensité I étant constamment corrigée, on obtient effectivement un fonctionnement à couple constant à-la valeur prévue. Ce couple peut être éventuellement programmé. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas (chaines de montage, papéteries, industries textiles, etc...) où un groupe moto-variateur doit entrainer un ensemble ou un appareil pour lequel il peut être nécessaire d'obtenir - soit une vitesse prédéterminée malgré des appels variables de couple, - soit un couple constant malgré des variations intempestives de vitesse. Les avantages essentiels du dispositif selon l'invention sont les suivants 1 - Ce dispositif constitue un ensemble complet, cohérent et compact, susceptible de fonctionner sur un réseau alternatif standard. 2 - Ce dispositif permet lavoir un refroidissement optimal du coupleur assurant le meilleur rendement possible. 3 - L'arbre de sortie de l'appareil est monté de telle sorte que le coupleur est protégé des efforts anormaux éventuels axiaux ou radiaux en prove nance de l'organe entrainé. 4 - L'appareil permet de disposer d'une plage étendue de combinaisons mul tiples avec une grande progressivité dans les variations. 5 - L'asservissement répond aux critères ci-après : rapidité de réponse, précision du résultat, - fiabilité, stabilité et fidélité. REVENDICATIONS 1 - Ensemble formant un groupe moto-variateur asservi ou commandé en vitesse et/ou en couple, caractérisé en ce qu'il est constitué par la combinaison d'un moteur asynchrone à une ou plusieurs vitesses, tour nant en régime de vitesse permanent, à la variation de glissement prés, d'un coupleur électromagnétique à poudre entrainé par ce moteur, et dlun dispositif d'asservissement provoquant la variation du courant de commande dans ce coupleur à partir du paramètre à réguler, constant ou programmé. 2 - Ensemble, selon la revendication I, caractérisé en ce que le coupleur électromagnétique à poudre est encastré dans un moyeu aileté rendu solidaire de l'arbre de sortie du moteur asynchrone et porteur d'un collecteur permettant l'alimentation en courant de la bobine du coupleur. 3 - Ensemble, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est intercalé, entre le coupleur et l'arbre de sortie de l'appareil, un accouplement élastique sur lavant duquel se trouve une boite à roulements destinés à pallier les efforts axiaux et/ou radiaux provenant de l'organe entrainé. 4 - Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur asynchrone d'entrainement est choisi dans une gamme à plusieurs vitesses et qu'il est prévu un dispositif de transfert automatique tempo risé d'une vitesse à l'autre sans modification des paramètres asservis ou commandés. 5 - Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comporte un amplificateur différentiel dont la première entrée est connectée à une source de tension de consigne (correspondant à l'affichage d'une vitesse ou d'un couple) et dont la seconde entrée est connectée à un détecteur contrôlant le paramètre à réguler. 6 - Ensemble, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas où le détecteur contrôlant le paramètre à réguler délivre un signal modulé en fréquence, ce détecteur est connecté à l'amplificateur dif férentiel à travers : un doubleur d'impulsions, un circuit de mise en forme des signaux et un circuit L/C d'intégration. 7 - Ensemble, suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel de tension est raccordé à la bobine d'excitation du coupleur par l'intermédiaire d'un limiteur réglable du voltage ou de l'intensité et d'un amplificateur de puissance, apte à assurer la protection du circuit tout en alimentant la bobine à un niveau correct d'intensité. 8 - Ensemble, suivant les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le transfert automatique d'une vitesse à l'autre sur le moteur est commandé sans temporisation dans le sens montant de l'information tachymétrique, et avec une temporisation ajustable dans le sens descendant de l'informa tion tachymétrique afin d'absorber les phénomènes de démagnétisation des moteurs en passant par un temps mort.