Brevet FR2278190A1 — publié le 19760206

L'invention concerne un moteur synchrone sans balais dans lequel l'énergie d'excitation est transmise sens contact sur le rotor et alimente à travers un commutateur à thyristor l'enroulement excitateur et qui comporte une résistance de démarrage en parallèle avec l'enroulement excitateur. Le développement de circuits semiconducteurs de puissance élevée a permis de transmettre l'énergie d'excitation d'un moteur synchrone sans bagues collectrices ni balais à travers des transformateurs tournants sur le rotor, les redresseurs étant également fixés sur le rotor. Des circuits semiconducteurs, notamment des thyristors, assurent l'isolation de l'énergie d'excitation lors du démarrage de l'enroulement excitateur de sorte que le moteur démarre de manière asynchrone. On peut prévoir d'autres thyristors pour supprimer la résistance de démarrage, disposés en parallèle avec l'enroulement excitateur. après avoir attsint l'état synchrone du circuit excitateur. I1 s'est avéré nécessaire d'obtenir, notamment pour les démarrages difficiles et très difficiles, une coordination précise des phénomènes de commutation mentionnés ci-nessus eux donnés de fonctionnement atteintes. Une première condition pour la conjonction de la tension excitatrice est le glissement qui est proportionnsl à la fréquence de la tension de la roue polaire. C'est seulement au moment où une fréquence de glissement déterminée n'est plus atteinte, que l'excitation doit Outre connectee. Une autre condition est que la tension d'excitation doit entre connecté le plus exactement possible au passage à zéro positif de la tension de la roue polaire. Le passage au régime synchrone se produit de façon sOre, c'est-à-dire sans trop de grands perturbations provoquées par des moments pendulaires du système en rotation à la condition que les deux conditions soient remplies. Dans des agencements connus ces conditions ont été constates à l'aide de circuits logiques qui détectent le position de phase de la tension de la roue polaire et sa fréquence et engendrent une commande d'amorcage pour la connexion de la tension d'excitation lorsque les deux conditions coIncident. L'invention a pour but de réduire la complexité de tels circuits ce qui améliore la fiabilité. Une fiabilité élevée est primordiale car il s'agit de commandes des puissances mécaniques st électriques élevées et un petit défaut au niveau du dispositif de commande peut entralner la destruction du système moteur entier. Dans le cas d'un moteur sans balai du type mentionné au début l'invention est caractérisée par le fait que le commutateur à thyristor est relié à un premier circuit d'allumage comportant un circuit de mesure de fréquence qui dépend d'un seuil pour mesurer la fréquence de la tension de la roue polaire et un générateur d'impulsions d'allumage qui dépend de la phase et est déclenché avec précision par la tension de la roue polaire au moment de son passage par zéro, ledit générateur notant commandé par le circuit de mesure de fréquence que lorsque la fréquence de la tension de la roue polaire descend au-dessous d'une valeur de seuil. Au lieu du circuit logique au sein duquel les deux conditions pour la connexion de la tension d'excitation sont formés séparément et amenées à travers une porte ET à un générateur d'impulsions d'allumage, l'invention prévoit d'abord une mesure de fréquence et tient compte seulement ensuite de la phase de telle manière que le signal indiquant les conditions de fréquence soit utilisé pour connecter la tension alternative de la roue polaire à un circuit de déclenchement. Dans une réalisation préférée de l'invention on dispose en dehors du circuit de commande mentionné ci-dessus un autre circuit en parallèle au premier présentant un circuit d'allumage comprenant un relais de temporisation. I1 faut veiller ici à ce que l'intervalle de temps avant l'allumage du transistor soit nettement supérieur à la durée d'oscillation du glissement le plus petit possible efin d'éviter de façon sûre les courts-circuits d'excitation. La tension pour le relais de temporisation est prélevée parallèlement au thyristor. En régime synchrone du moteur le thyristor présente essentiellement la tension continue d'excitation, alors qu'en régime asynchrone la tension continue d'excitation est appliquée, le thyristor est allumé après environ 4 secondes. Dans un autre exemple de réalisation de l'invention le relais de temporination fonctionne, lorsque la tension présente sur un condensateur chute au-dessous de la tension Zener d'une diode. Cela n'est le cas qu'on régime synchrone du moteur, lorsque la tension induite de la roue polaire tombe à des valeurs très faibles (tension d'ondulation) et le condensateur n'est plus chargé de manière suffisante. Si le moteur démarre vite et se synchronise à travers son moment de réaction sans que le circuit, qui dépend de la fréquence ou de la phase, ne réponde, les circuits dépendant du temps excitent le moteur synchrone. A cet effet le relais de temporisation est réglé de telle sorte que ce circuit d'allumage soit par exemple activé après trois fois la durée de la période qui corrsspond audit seuil de fréquence. I1 est avantageux d'alimenter au moins l'un des deux circuits d'allumage, de préférence les deux avec des tensions de fonctionnement qui sont prélevés directement de la tension de la roue polaire à travers des éléments stabilisateurs de tension. L'invention sera décrite ci-après plus en détail en se basant sur un exemple préféré de réalisation de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. La figure 1 représente le schéma de connexion d'un moteur triphasé synchrone sans balais. La figure 2 montre schématiquement la connexion des circuits de commande essentiels pour l'invention appartenant à ce moteur synchrone. La figure 3 indique en détail le schéma de connexion de ces circuits selon une forme de réalisation. La figure 4 montre une variante de la figure 3. Un moteur synchrone 1 selon la figure 1 est alimenté par un réseau triphasé dont les bornes sont référencées par 2. Le rotor de ce moteur porte un enroulement excitateur 3 qui reçoit en régime stationnaire une tension continue, la tension d'excitation. On prévoit comme source de tension pour la tension d'excitation une machine à excitation triphasée 4 avee ui pont triphasé 28. Un thyristor 5 est inséré en série avec ledit pont triphasé dans le circuit d'excitation, dont la fonction est d'isoler la tension d'excitation de l'enroulement excitateur 3 pendant le démarrage et de la connecter ensuite. A cet effet l'électrode d'al limage de ce thyristor est reliée à la bobine secondaire d'au moins un transformateur pour impulsions d'allumage.Dans le présent exemple les bobines secondaires de deux transformateurs 6 et 7 sont branchées en parallèle et découplées à travers des diodes 8 et 7 comme il sera décrit en détail plus bas. Lors du démarrage du moteur synchrone une résistance de protection 10 est disposée en parallèle avec l'enroulement excitateur 3 à travers une diode 11 et un thyristor 12 branché en antiparallèle avec la diode Il de telle sorte que les courants des deux polarités puissent traverser la résistance de démarrage et que les tensions trop élevés pouvant entre induites lors du démarrage synchrone par le moteur synchrone dans l'enroulement excitateur 3, puissent entre absorbées. L'électrode de commande du thyristor 12 est reliée à travers une résistance 13 au circuit de puissance d'un thyristor 14 monté on amont dont l'électrode de commande est également reliée à travers une résistance 15 et une diode Zener stabilisatrice de tension 16 à la cathode du thyristor 5 inséré dans le circuit d'excitation. Les bobines primaires 17 et 18 des transformateurs dont les bobines secondaires sont insérées dans le circuit de commande du thyristor 5, sont alimentées par deux circuits d'allumage séparés 19 et 20. qui comportent les caractéristiques essentielles de l'invention et qui seront décrits ci-aprEs en détail en référence aux figures 2, 3 et 4. Dans la figure 2 ces circuits d'allumage sont représentés sous forme de diagrammes schématiques. La valeur d'entrée entrant dans ces s circuits d'allumage est uniquement la tension ds la roue polaire de l'enroulement excitateur 3. qui est présente sur une entrée 21. Cette entrée alimente les deux circuits d'allumage dont le circuit 19 qui dépend de la fréquence et de la phase, est représenté dans la partie supérieure de la figure et dont le circuit 20 qui dépend du temps est représenté dans la partie inférieure de la figure. Le premier circuit d'allumage 19 qui fonctionne en régime normal comporte en entrée un élément intégrateur 22 dans lequel est intégrée une demi-onde de la tension de la roue polaire.Plus la fréquence de la roue polaire est élevée, plus la tension intégrée dans le temps est petite : à une fréquence limite déterminée ou bien si cette fréquence est dépassée vers le bas, les conditions de glissement importantes pour la synchronisation sont remplies. Cette fréquence limite est définie ici par un amplificateur de seuil 23 qui est branché après l'élément intégrateur 22. Dans le seul cas où la fréquence de la tension de la roue polaire est suffisamment basse, l'amplificateur de seuil fournit une tension de sortie logique pouvant ouvrir une porte 24 branchée à la suite. Cette porte reçoit sur une deuxième entrée une deuxième fois la tension de la roue polaire. Lorsque la porte est passante une demi-onde de la tension de la roue polaire est transmise sur un générateur d'impulsions 25, celui-ci génére alors à partir de cette demi-onde une tension rectangulaire, et un élément différentiateur 26 monté derrière ledit générateur 25 génère à partir de ladite demi-onde deux impulsions en forme de pointes.L'impulsion de pointe positive, qui apparatt précisément à l'instant du passage par zéro positif de la tension de la roue polaire, c'est-b-dire lorsque la tension de la roue polaire engendre un courant de meme direction que le courant continu d'excitation, est amenée à un générateur 27 d'impulsions d'allumage de sorte qu'une impulsion d'allumage est envoyés sur la bobine primaire 17 du transformateur d'impulsions selon la figure 1 à chaque passage par zéro positif de la tension polaire, si la fréquence de la tension de la roue polaire est descendue au-dessous de la valeur limite. Ce fait assure une connexion correcte au point de vue phase et fréquence de la tension d'excitation après le démarrage asynchrone. L'autre circuit d'allumage 20 comportant l'élément à temporisation alimentant l'enroulement primaire 18, comprend en entrée un élément d'intégration 29. La constante d'intégration de cet élément est choisie telle qu'une tension limite définie est atteinte à la sortie après un temps prédéterminé. Cette tension limite est définie dans un amplificateur de seuil 30 et sert à générer sur la bobine primaire 18 une impulsion d'allumage. Ci-après, on donnera la description, en se référant à la figure 3, d'un exemple de réalisation utilisé on pratique des circuits représentés schématiquement dans la figure 2. Les tensions de fonctionnement de ce montage comportant des transistors proviennent exclusivement de la tension de la roue polaire, qu'on peut prélever de l'enroulement excitateur 3 de la figure 1. parallèlement à l'enroulement excitateur sont disposées en série une résistance série 31 et plusieurs diodes Zener 32 qui sont choisies telles qu'à un point 33, relié à travers une diode 34 au point de connexion de la résistance série 31 et des diodes Zener, soit disponible une tension stable de 32 volts par exemple. Un condensateur 35 de grande capacité assure un lissage suffisant meme pour une fréquence basse de la roue polaire. La tension de la roue polaire stabilisée par les diodes Zener est appliquée à travers une résistance série 36 au premier circuit d'allumage et arrive de là à un condensateur 37 fonctionnant comme filément intégrateur. Une autre diode Zoner 38 reliée au condensateur 37 et ayant une tension de seuil de 18 volts par exemple fonctionne comme élément de seuil 23 de la figure 2 en commun avec un transistor d'amplification 39. C'est seulement lorsque le tension de seuil de cette diode 38 est atteinte, que le transistor 39 devient passant. A travers une diode 40 un autre transistor 41 suit le transistor 39 comme étage d'inversion, de me'me un transistor 42, dans lequel sont engendrées des impulsions rectanguleires. Après un étage d'amplification et d'inversion avec le transistor 43 est monté le générateur de tension d'allumage avec un transistor unijonction 44 dans le circuit de sortie duquel est insérée la bobine primaire 17, qui a déjà été montrée dans les figures 1 et 2. De mssme que le circuit d'allumage qui dépend de la fréquence et de la phase, le circuit d'allumage qui dépend du temps est alimenté par les tensions dérivées de la tension de la roue polaire. Ce circuit d'allumage 20 (voir figure 43 est disposé dans le figure 3 à gauche des diodes Zener 32. Dès que le moteur tourns en régime synchrone, le condensateur de mémoire 35 n'est plus chargé de manière suffisante. Un transistor 45 est bloqué et un élément d'intégration suivant, qui se compose de la résistance 46 et du condensateur 47, est chargé par le condensateur de mémoire 35. Dès que la tension de seuil d'un transistor unijonction 48 est atteinte celui-ci passe à un état de faible résistance et fournit à la bobine primaire 18 une impulsion.Le thyristor 5 reçoit une impulsion correspondante d'allumage et le moteur est excité. Ce montage n'excite le moteur que si le thyristor 5 n'a pas déjà atteint auparavant son état passant par l'intermédiaire du circuit d'allumage qui dépend de la fréquence et de la phase. Pour terminer on va maintenant expliquer en se référant à la figure 4 une variante dudit circuit qui dépend du temps. Le circuit qui dépend du temps est monté en parallèle avec le thyristor 5, c'est-3-dire entre la connexion 21 et le pont triphasé 28, la tension traitée étant stabilisée à travers une diode Zener 49. Lors du régime asynchrone du moteur un élément d'intégration se composant d'une résistance 50 et d'un condensateur 51 est chargé et déchargé périodiquement. La durée de la constante de temps de cet élément est environ trois fois celle de l'oscillation de la fréquence de la roue polaire dans le cas du glissement le plus petit possible. C'est pourquoi l'élément de temporisation ne peut atteindre la tension de seuil au niveau d'un transistor unijonction 48' que si le moteur tourne en régime synchrone et le thyristor S reçoit ainsi une tension continue. Le moteur est alors excité après environ 4 secondes. La solution selon la figure 4 présente l'avantage de ne pas nécessiter de montage en parallèle avec le thyristor et de se passer de la diode Zener 49 ainsi que de la résistance série 52. L'invention n'est pas limitée dans tous ces détails aux exemples de réalisation représentés ici. Ainsi il est avantageux, mais non indispensable, de dériver les tensions de fonctionnement des circuits d'allumage de la tension de la roue polaire. De m8me la présentation de l'invention peut, comme le fait ressortir une comparaison des figures 2 et 3, changer par combinaison de diverses fonctions dans un élément de commutation ou par insertion d'autres éléments, par exemple d'amplificateurs. REVENDICATIONS 1/Moteur synchrone sans balais dans lequel l'énergie d'excitation est transmise sans contact sur le rotor et alimente à travers un comnutateur à thyristor l'enroulement excitateur et qui comporte une résistance de démarrage en parallèle avec l'enroulement excitateur, caractérisé par le fait que le commutateur à thyristor t5) est relié à un premier circuit d'allumage t191 comportant un circuit de mesure de fréquence (22, 23) qui dépend d'un seuil pour mesurer la fréquence de le tension de la roue polaire et un générateur d'impulsions d'allumage (27) qui dépend de la phase et est déclenché avec précision par la tension de la roue polaire, ledit générateur n'étant commandé par le circuit de mesure de fréquence que lorsque la fréquence de la tension de la roue polaire descend au-dessous d'une valeur de seuil. 2/ Moteur synchrone selon la revendication 1, ceractérisé par le fait que me thyristor t5) est relié à un autre circuit d'allumage 120) qui comporte un élément de temporisation t29, 301 tel que le thyristor t5) est allumé dans tous les cas après une durée de temps prédéterininée à partir du fonctionnement synchrone. 3/ Moteur synchrone salon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des deux circuits d'allumage (19, 20) reçoit toutes ses tensions de fonctionnement en provenance de la tension de la roue polaire à travers des éléments stabilisateurs de tension 32. 4/ Moteur synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le premier circuit d'allumage tt9) comporte une porte t241 qui reçoit d'une part la tension de la roue polaire et d'autre part le signal de sortie du circuit de mesure de fréquence (22, 23) et à partir du signal de sortie duquel les impulsions de déclencne"int correctes au point de vue phase du générateur d'impulsions d'allumage (27) sont dérivées.