Brevet FR2270119A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne d'une manière générale les dispositifs de traction électriques mettant en oeuvre un moteur à courant continu, et vise plus particulièrement leur application aux véhicules automobiles. Le moteur à courant continu mis en oeuvre peut étre du type à excitation séparée ou à excitation série. Dtns tous les cas ce moteur est, en traction, mis en liaison avec une source de courant continu, sous le contrle d'un hacheur piloté par un circuit de commande, en réponse à un quelconque organe de commande, tel que pédale d'accélération, à la disposition de l'usager. I1 est avantageux qu'un tel moteur à courant continu puisse également fonctionner en génératrice pour assurer un freinage moteur utile au véhicule qu'il équipe. SLagissant dsun moteur à courant continu à excitation séparée, un tel freinage conduit à un contrôle de deux paramètres, à savoir d'une part le champ inducteur, et d'autre part le courant d'induit, nécessitant le plus souvent la mise en oeuvre de deux hacheurs. S'agissant au contraire d'un moteur à courant continu à excitation série, le freinage ne nécessite avantageusement le contrtle que dtun seul paramètre, le courant moteur généralement commun à l'inducteur et à l'induit, et ce contre peut se faire à l'aide d'un seul hacheur, ce qui constitue une solution économique, tout particulièrement intéressante pour les véhicules de puissance modégrée Mais le fonctionnement en génératrice d'une machine à excitation série, nécessaire à l'obtention du freinage moteur recherché, est par nature instable à cause de la réaction positive qui existe entre le champ inducteur et le force électromotrice développée lors d'un tel fonctionnement en génératrice. I1 importe donc, dans ce cas, de contrtler cette réaction pco sitive, et plus précisément d'éviter ltemballement électrique du moteur lors du fonctionnement en génératrice de celui-ci ; il im- porte donc en pratique d'assurer une valeur limite au courant dtin- duit compatible en particulier avec une bonne commutation, et ce quelle que soit la vitesse, d'assurer un amorçage effectif du fonctionnement en génératrice, et d'empocher ensuite le désamorçage de ce fonctionnement. La présente invention a dtune manière générale pour objets des dispositions répondant à ces diverses conditions. De manière plus précise, et selon un premier aspect, la présente invention a tout d'abord pour objet un dispositif de traction électrique, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant un moteur à courant continu du type à excitation série dont la liaison à une source de courant continu est contrôlée par un hacheur piloté par un circuit de commande, sous la dépendance dun quelconque organe de commande à la disposition de l'usager, tel que pédale, un tel dispositif étant caractérisé en ce que le dit circuit de commande est asservi à une boucle de régulation de courant comprenant un comparateur recevant, dsune part une information de régulation image du courant d'induit ou du courant d'inducteur, et de préférence du courant d'induit, et d'autre part une information de consigne de courant. Cette boucle de régulation de courant permet avantageusement de maîtriser la réaction positive du moteur mis en oeuvre, lors du fonctionnement en génératrice de ce moteur, tant vers l'emballement que vers le désamorçage. En effet la boucle de régulation de courant suivant l'invention maintient le courant qu'elle contrôle à une valeur prédéterminée. L'information de régulation introduite dans ce but dans cette boucle de régulation de courant est avantageusement réglable à l'aide d'un élément extérieur, tel qu'un moyen d'affichage, ou encore tel quaune boucle de régulation de vitesse recevant ellemême, dune part une information de régulation, image de la vitesse du moteur, et d'autre part une information de consigne de vitesset Quoi qu'il en soit, la boucle de régulation de courant suivant l'invention est en outre de préférence asservie à un détecteur de tension à forte impédance branché entre les bornes de l'induit du moteur. En variante ce détecteur de tension peut entre branché aux bornes d'une diode d'induit montée de manière connue en soi entre une borne de l'induit du moteur et la borne de la source de courant qui ntest pas reliée directement à l'induit du moteur, en dérivation vis-à-vis de l'inducteur de ce dernier. Quoi qu'il en soit cette disposition, qui conduit à limiter le courant débité par la diode d'induit lorsqu'une telle diode d'induit est présente, permet d'assurer une limitation du courant d-induit, de façon convenant à une bonne commutation et à une absence d'instabilité, quelle que soit la vitesse. Par ailleurs une dérivation d'amorçage est de préférence prévue pour mettre l'inducteur du moteur en série avec les bornes de la source de courant, à travers ou non l'induit du moteur, sous la dépendance de l'organe de commande. Cette disposition permet d'établir transitoirement un courant inducteur, lors du passage en freinage du fonctionnement1 et donc d'amorcer effectivement à ce passage l'établissement d'un flux inducteur autre que l'éventuel flux rémanent, et par conséquent d'assurer immédiatement le développement effectif d'un couple de freinage. Selon ce deuxième aspect, la présente invention a encore pour objet un dispositif de traction électrique, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant un moteur à courant continu du type à excitation série, dont la liaison à une source de courant continu est contrôlée par un hacheur piloté par un circuit de commande, sous la dépendance d'un quelconque organe de commande à la disposition de l'usager, tel que pédale, ce dispositif étant caractérisé par une dérivation d'amorçage apte à mettre l'inducteur du moteur en série avec les bornes de la source de courant, à travers ou non 1 induit du moteur, sous la dépendance de 1 'organe de commande. De préférence, cette dérivation d'amorçage comporte un condensateur de façon à assurer que, lors du passage en freinage, la durée du courant d'amorçage que permet d'établir cette dérivation d'amorçage, soit brève. Quoi qutil en soit, pour éviter par ailleurs, en cours de fonctionnement, un désamorçage intempestif du fonctionnement en génératrice du moteur, l'information de consigne de courant introduite dans la boucle de régulation de courant suivant l'invention est de préférence bornée inférieurement à une fraction de sa valeur maximale De cette façon le courant circulant dans l'inducteur du moteur reste supérieur à une valeur déterminée, propre à en maintenir le fonctionnement en génératrice. Les objets de l'invention, leurs caractéristiques èt leurs avantages ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : la figure 1 est un bloc diagramme d'un dispositif de traction électrique suivant l'invention la figure 2 reprend une partie de ce bloc diagramme et concerne une variante de réalisation. De manière connue en soi le dispositif de traction électrique suivant l'invention met en oeuvre un moteur à courant continu du type à excitation série, dont on a schématisé en 10 l'induit et en 11 l'inducteur, et une source de courant continu dont on a représenté en 12 la borne positive et en 13 la borne négative. L'induit 10 et l'inducteur 11 sont en série entre les bornes 12 et 13 par l'intermédiaire successivement d'un interrupteur général 14, d'un dispositif inverseur 15, et d'un thyristor 16. L'interrupteur 14 est normalement ouvert et, pour un fonctionnement en traction, est commandé en fermeture par un quelconque organe de commande à la disposition de l'usager, une pédale d'accélération par exemple, non-représenté. Le dispositif inverseur 15 présente en amont et en aval de l'induit 10 des contacts en parallèle AV AR commandés respectivement en fermeture pour une marche avant du véhicule - ou pour une marche arrière de celui-ci. Le thyristor 16 est en série avec une diode de dérivation 18 aux bornes 12, 13 de la source de courant, et constitue avec cette diode de dérivation un hacheur 17. Par une liaison 19 le thyristor 16 est piloté en conduction et en extinction par un circuit de commande 20 sous la dépendance de l'organe de commande associé, à savoir de la pédale d'accélération dans l'exemple mentionné ci-dessus. Dans l'exemple représenté à la figure 1, une diode d'induit 21 est en outre montée en dérivation vis-à-vis de l'inducteur 11, entre une borne de l'induit 10 du moteur et la borne de la source de courant qui ntest pas reliée directement à l'induit du moteur Z en pratique, dans l'exemple représenté, la diode d'induit 21 est montée entre la borne positive 12 de la source de courant et-le point milieu inducteur induit M du moteur. Enfin une diode de freinage 24 est disposée entre la borne négative 13 de la source de courant et l'induit 10 du moteur. Ces dispositions sont bien connues par elles-memes. En fonctionnement en traction l'interrupteur 14 est fermé, les contacts AV ou AR également, et le hacheur 17 que constituent conjointement le thyristor 16 et la diode de dérivation 18 délivre aux bornes de l'inducteur 11 une tension moyenne Vm qui est une fraction de la tension U de la source de courant continu. Cette tension moyenne Vm, qui est contrôlée par le circuit de commande 20, dépend du rapport entre la durée de conduction t du thyristor 16 au cours d'un cycle de fonctionnement de celui-ci à la durée totale T de ce cycle. Soit V t U t ra=T U Lorsqu'un freinage est désiré, il est obtenu par le rel che- ment de l'action exercée par l'usager sur l'organe de commande 1'interrupteur 14 s'ouvre et l'inverseur 15 est commandé en inversion, pour inversion de la polarité de l'induit 10 par rapport au fonctionnement en traction. La diode de freinage 24 est conductrice et assure la connexion du circuit comportant en série l'inducteur 11 et l'induit 10 avec le p81e négatif 13 de la source de courant, en substitution de l'interrupteur 14 qui assurait en traction la connexion de ce circuit avec le pôle positif 12 de ladite source. Conjointement la diode de dérivation 18 dérive vers le poule positif 12 de la source de courant, le courant résultant dès lors du fonctionnement en génératrice du moteur, ce qui assure une recharge dé cette source de courant. En effet, et du fait des inversions de polarité pratiquées, l'induit 10 développe une force électromotrice, qui se trouve opposée à -la tension de la source de courant, en restant inférieure ou égale à celle-ci. Le hacheur 17 constitué conjointement par le thyristor 16 et la diode de dérivation 18, fonctionne, lors d'un tel freinage, suivant le mode dit élévateur de tension. Selon l'invention le circuit de commande 20 pilotant le thyristor 16 est asservi à une boucle de régulation de courant 25 comprenant un comparateur 26 qui reçoit, d'une part, en 26k,- une information de régulation image, soit du courant induit} soit du courant d'inducteur, et d'autre part, en 26B, une information de consigne de courant. Dans l'exemple représenté à la figure 1, l'information de régulation est une information image du courant d'induit, délivrée par un appareil de mesure de courant 27 établi à cet effet entre l'induit 10 et l'inducteur 11. De préférence cet appareil de mesure de courant est isolé du circuit de puissance, par exemple par des transducteurs utilisés suivant le montage de Kramer. Un tel appareil de mesure est bien connu par lui-meme et ne sera donc pas décrit en détail ici. Par ailleurs, dans l'exemple représenté à la figure 1, la boucle de régulation de courant comporte encore un amplificateur 28. De préférence ltinformation de consigne de courant appliquée en 26B au comparateur 26 est réglable à l'aide d'un élément extérieur. Un tel élément extérieur peut par exemple etre un moyen d'affichage manuel. Dans l'exemple représenté à la figure 1, il s'agit cependant d'une boucle de régulation de vitesse 30 comprenant un comparateur 31 qui reçoit, d'une part, en 3lA, une information de régulation image de la vitesse du moteur, cette information étant par exemple délivrée par un appareil de mesure de vitesse 32 calé sur l'induit 10 du moteur, et d'autre part, en 31B, une information de consigne de vitesse par exemple affichée manuellement. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la boucle de régulation de vitesse 30 comporte également un amplificateur 33. Enfin dans l'exemple représenté à la figure 1, la boucle de régulation de courant 25 est asservie à un détecteur de tension à forte impédance 36 branché entre la borne positive 12 de la source de courant et le point milieu inducteur induit M du moteur. Dans exemple représenté, ce détecteur de tension est un comparateur dont les entrées opposées sont respectivement reliées à la borne 12 et au point M et dont la sortie est reliée à une entrée 26'A du comparateur 26 de la boucle de régulation de courant par l'intermédiaire-d'un amplificateur 38 et d'une diode d'orientation 39. Enfin, selon un autre aspect de l'invention, une dérivation d'amorçage 40 est prévue pour mettre directement l'inducteur 11 en série avec les bornes 12, 13 de la source de courant par l'intermédiaire du thyristor 16. Dans l'exemple représenté à la figure 1, cette dérivation d'amorçage est disposée en aval de l'induit 10, entre le point mi- lieu inducteur induit M du moteur et la borne positive 12 de la source de courant. Dans ce cas, et tel que représenté, elle comporte successive ment un interrupteur 41 qui est normalement ouvert et qui est asservi en fermeture à l'organe de commande, un interrupteur à ouverture temporisé 42, qui est normalement fermé, et un condensateur 43 doublé par une résistance 44. Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, une élévation, lors d'un fonctionnement en freinage, du courant régulé, à savoir dans l'exemple représenté à la figure 1, du courant d'induit, provoque par la boucle de régulation 25 une intervention sur le circuit de commande 20 propre à augmenter la tension moyenne opposée par le hacheur 17 à - la force électromotrice délivrée par 1induit 10, et donc à réduire le courant d'induit. Cette disposition permet donc de maîtriser la réaction positive du fonctionnement en genératrice d'un tel moteur à courant continu à excitation série. Par la boucle de régulation de vitesse 30 une élévation de vitesse de rotation de l'induit 10 aboutit aux memes résultats. Conjointement, et de manière connue en soi, la diode d'induit 21 peut, au-delà d'un certain seuil, dériver directement vers la borne 12 une partie du courant d'induit, et donc, en évitant le passage dans 1:inducteur 11 du courant qu'elle dérive, elle assure elle-meMme une protection contre I'emballement électrique du moteur lors de son fonctionnement en génératrice. Lorsque cette diode d'induit 21 devient ainsi conductrice, la tension inverse à-ses bornes, c'est-d-dire sa tension anode cathode, cesse d'entre négative. Le comparateur 36 qui reçoit, d'une part la tension de la batterie, et d'autre part la tension au point milieu M du moteur délivre alors, compte tenu de la diode d'orientation 39 qui lui fait suite, au comparateur 26 de la boucle de régulation de courant 25, une information propre à modifier l'information de consigne de courant dans le sens conduisant, comme précédemment, à une élévation de la tension délivrée par le hacheur 17 constitué conjointement par le thyristor 16 et la diode 18. Au début du fonctionnement en freinage, l'interrupteur 14 étant ouvert, l'interrupteur 41 de la dérivation d'amorçage 40 est commandé en fermeture. I1 en résulte la circulation directe d'un courant de la borne positive 12 à la borne négative 13, à travers l'inducteur ll et le thyristor 16. Le courant qui circule ainsi dans l'inducteur 11 permet de pallier l'annulation momentanée du courant lors d'une commutation de freinage, et donc d'amorcer effectivement le fonctionnement en génératrice du moteur. Le condensateur 43, qui se charge, permet d'assurer que la durée de circulation de ce courant d'amorçage est courte. Au bout d'un temps déterminé l'interrupteur temporisé 42 s'ouvre, ce qui met hors service la dérivation d'amorçage 40, et le condensateur 43 se décharge instantanément à travers la résistance 44, ce qui permet à la dérivation d'amorçage 40 d'entre pre- te à une éventuelle nouvelle intervention. Ainsi il s'établit dans l'inducteur 11, de manière transitoire, un courant d'une valeur suffisant à assurer l'amorçage du fonctionnement en génératrice, et ce jusqu'à des vitesses aussi faibles que possible, de l'ordre de 5 % de la vitesse maximale par exemple, vitesses pour lesquelles le flux rémanent de l'inducteur serait généralement insuffisant pour assurer par lui-mEme l'établissement du courant. En pratique, les'interrupteurs 41 et 42 de la dérivation d'amorçage 40 sont par exemple fermés ou ouverts en synchronisme avec ceux d'un relais dont la bobine se trouve excitée dès que l'action exercée par l'usager sur l'organe de commande se trouve relachée. Pour éviter en cours de freinage un désamorçage intempestif du fonctionnement en génératrice du moteur, l'information de consigne de courant introduite dans la boucle de régulation de courant 25 est bornée inférieurement à une fraction de sa valeur maximale au moins égale à 10 % de celle-ci, et de préférence de l'ordre de 20 % de cette valeur maximale. Autrement dit, une action de l'usager sur l'organe de commande dont il dispose fait passer instantanément cette consigne de courant d'une valeur nulle à une valeur immédiatement égale à une fraction de sa valeur maximale. De cette façon le courant circulant dans l'inducteur 11 reste supérieur à une valeur très faible, de l'ordre de quelques centièmes de sa valeur maximale par exemple, suffisant à éviter un désamorçage intempestif du fonctionnement De préférence le circuit de commande 20 agit en tout ou rien pour la commande en conduction ou en extinction du thyristor 16. Cette disposition autorise une durée suffisante de conduction au thyristor 16, à sa première conduction lors du fonctionnement en freinage, et ainsi l'extinction de ce thyristor n'intervient pas avant que le courant circulant dans l'inducteur ait atteint en toute certitude une valeur suffisante pour le maintien du fonctionnement en génératrice, En pratique, et du fait de ltintervention du détecteur ou comparateur 36, le courant admis à circuler dans la diode d'induit 21 est très réduit ; cette diode d'induit peut dès lors cotre supprimée, tel qu'il est représenté à la figure 2, le comparateur 36 formant détecteur de tension demeurant branché entre les bornes de l'induit du moteur. Cette figure 2 illustre d'ailleurs à titre d'exemple d'autres variantes d'exécution. Selon une première de ces variantes, le courant régulé est le courant inducteur, Appareil de mesure de courant 27 étant disposé en aval de-llinducteur 11. Selon une autre variante, la dérivation d'amorçage 40 est disposée en amont de l'induit 10 et comporte en parallèle, d'une part le condensateur 43, et d'autre part la résistance 44 et un interrupteur 45 qui est normalement fermé et qui est asservi en ouverture à l'organe de commande. En outre dans l'exemple représenté à la figure 2, cette déri- vation d'amorçage 40 comporte encore une diode d'étouffement 48. L'interrupteur 45 permet d'éviter une consommation intempestive de courant par la résistance 44 lors du fonctionnement en freinage ; d'autres dispositions pourraient être adoptées dans ce but et par exemple l'interrupteur 45 pourrait autre remplace par l'interrupteur général 14 puisque, comme lui, il est ouvert lors du fonctionnement en freinage. Lorsqutil est fermé l'interrupteur 45 assure, comme précédemment, la décharge du condensateur 43. Enfin la diode 48 permet d'éviter les éventuelles oscillations du circuit oscillateur constitué conjointement par le condensateur 43 et la résistance 44 et donc de limiter à une demipériode la durée d'intervention de ce condensateur. Une telle diode dletouffemEnt 48 pourrait aussi bien etre associée à la dérivation d'amorçage 40 décrite en référence à la figure 1. Selon une autre variante non représentée, cette diode d'étouffement 48 est remplacée par un thyristor rendu conducteur en début de freinage et demeurant bloqué ensuite ; dans ce cas l'interrupteur 45 est supprimé, le thyristor en question remplissant son office, et la résistance 44 est directement branchée en parallèle sur le condensateur 43. Bien entendu la présente invention ne se limite pas aux formes d'exécution décrites et représentées, mais s'étend à toute forme d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments. REVENICÂTI0NS lo Dispositif de traction électrique, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant un moteur à courant continu à excitation série dont la liaison à une source de courant continu est contrôlée par un hacheur piloté par un circuit de commande, sous la dépendance d'un quelconque organe de commande à la dispo- sition de I'usager, ledit circuit de commande étant asservi à une boucle-de régulation de courant elle-même asservie à un détecteur de tension à forte impédance branché entre les bornes de l'induit du moteur, caractérisé en ce que ce détecteur de tension comporte un comparateur dont les entrées opposées sont respectivement re- liées à la borne positive de la source de courant et au point milieu inducteur-induit du moteur et dont la sortie est reliée à l'une des entrées d'un comparateur de la boucle de régulation de courant par-l'intermédiaire d'une diode d'orientation et éventuellement d'un amplificateur0 2e Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de tension est branché aux bornes d'une diode d'induit qui, montée entre une borne de l'induit du moteur et la borne de la source de courant qui n'est pas reliée directement à l'induit du moteur, est en-dérivation vis-à-vis de l'inducteur dudit moteur. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications t, 2 dans lequel la boucle de régulation de courant comprend un conparateur qui reçoit d'une part une information de régulation image du courant d'induit ou du courant d'inducteur et d'autre part une information de consigne de courant, caractérisd en ce que l'information de consigne de courant est bornée inférieurement à une fraction de sa valeur maximale, au moins égale à 10- % et de préférence de l'ordre de 20 ffi de celle-ci. 4e Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par une dérivation d'amorçage apte à mettre l'ino ducteur du moteur en série avec les-bornes de la source de courant à travers ou non l'induit du moteur, sous la dépendance de lors gane de commande 5e Dispositif de traction électrique, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant --un moteur à courant continu à excitation série dont la liaison d une source de courant continu est contrôlée par un hacheur piloté par un circuit de commande, sous la dépendance d'un quelconque organe de commande à la disposition de l'usaèr, tel que pédale, caractérisé par une dérivation d'amorçage apte à mettre l'inducteur du moteur en série avec les bornes de la source de courant, à travers ou non l'in- duit du moteur, sous la dépendance de l'organe de commande. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4, 5, caractérisé en ce que la dérivation d'amorçage est en aval de l'induit du moteur, entre le point milieu indueteur-induit de celui-ci et la borne positive de la source de courant. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la dérivation d'amorçage comporte un interrupteur normalement ouvert et asservi en fermeture à l'organe de commandee 8o Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce que la dérivation d'amorçage comprend un interrupteur à ouverture temporisée normalement fermé.