Brevet FR2293391A1 — publié le 19760702

l"invention a pour objet une commande d'entratnement électrique, notamment pour treuils d'appareils élévateurs tels qu'ascenseurs, monte-charges, machines d'extraction minière ou autres appareils anålogues, constitué par un dispositif de réglage et un moteur asynchrone ayant au moins deux enroulements, dont les couples de rotation en entraSnement et en freinage varient sous 11 action de commandes à retard de phase, dans leauel un afficheur de vitesse de consigne et un afficheur de vitesse réelle servent à asservir la vitesse du moteur. Le brevet allemand 299 477 a déJà proposé d'agir sur le courant dans deux enroulements du moteur au moyen de résistances que l'on peut faire varier a' l'aide de combinateurs. Les combinateurs sont manoeuvrés en soi d'une façon indépendante l'un de I'autre; ils sont seulement verrouillés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que l'enroulement de puissance du moteur ne puisse entre coupé que lorsque circule dans l'autre enroulement un courant continu suffisamment fort pour que la charge soit maintenue. Mais un tel dispositif de l'état de la technique ne se preste pas à un réglage automatioue. Il est déaà connu de régler le couple de freinage, dans un freinage à courant continu, de telle sorte qu'à l'instant du freinage, l'enroulement du moteur soit connccté à un dispositif redresseur commandable. Â titre d'exemple, la demande de brevet allemand 1 413 659 décrit un dispositif de réglage dans lequel, pour produire'le couple de freinage, on superpose à l'enroulement primaire d'un moteur triphasé, alimenté par un convertisseur, un courant continu, qui est fourni par une source de courent continu régulée. S'il est vrai oue ce dispositif permet un réglage automatique d'une vitesse régulée, à vitesse fixée, il a pour inconvénient d'obliger à utiliser un moteur spécial à deux enroulements montés en étoile, èt également de limiter la gamme de vitesse par la limite de fréouence inférieure du convertisseur. Un autre inconvénient est le fait que le réglage est fonction de la charge, ceci étant dû à ce que le dispositif de freinage à courant continu est constitué par un circuit de réglage propre, qui n'entre en action que lorsque la puissance du cqnvertisseur est devenue presque nulle, ce oui revient à dire que le dispositif de freinage ne peut empocher qu'une marche hypersynchrone.Pour le domaine du couple de rotation, il n'est pas prévu de réglage automaticue. Au lieu de ce réglage, il est proposé pour obtenir une précision très élevée un moteur synchro. L'inconvénient ci-dessus est évité grâce à la commande de moteur asynchrone décrite dans le brevet allemand 1 488 397, dans laquelle, pour l'entraSnement, l'enroulement à peu de pôles est alimenté en courait triphasé et, pour le freinage, l'enroulement à èeaiicoup/pôles est alimenté en courant continu. On agit sur ces courants par retard de phase par l'intermédiaire de redresseurs à semi-conducteurs commandables, une technique rendue possible par le développement des thyristors et triacs. Pour le réglage automatique, il est prévu des dispositifs de réglage particuliers pour la partie d'entratnement et pour la partie freinage. Ces deux dispositifs de réglage comparent la vitesse réelle avec le programme de vitesse préétabli et moai- fient en fonction de l'écart observé le temps de conduction des redresseurs à semi-conducteurs commandables associés. On utilise ici la constatation, faite en pratique, suivant laquelle des moteurs asynchrones triphasés peuvent entre commandés dans un large domaine de vitesse de rotation en modifiant la tension d'alimentation, si le moteur est réalisé de façon à avoir une courbe caractéristioue descendante, c'est-à-dire à ne pas comporter de couple maximum de décrochage.Nais la courbe carac téristiaue du couple de rotation d'un moteur asynchrone à freinage par courant continu présente un point de dêcrochaçe nettement caractérisé, même si le nombre de p8les est élevé, ce aui entrain des retards de freinage élevés oui ne sont pas admissibles. Pour éviter cet inconvénient, on construit le moteur connu avec un rotor spécial dont les barres sont isolées par rapport aux parois des encoches, et le nombre ae p8les pour 1 r enroulement de freinage est choisi juste suffisamment élevé pour avoir dans le freinage par courant continu un couple de freinage pratiçueinent constant.De plus, le rotor est construit comme induit à résistance de facon à obtenir dans le fonctionnement en moteur une courbe caractéristique à pente descendante constante, sans couple maximum de décrochage ni points d'inversion. Pour au'il soit possible de passer de facon continue et sans à-coup du fonctionnement en entrainement au fonctionnement en freinage, il ne faut pas que les deux circuits de réglage influent réciproquement l'un sur l'autre.Il faut donc choisir, pour l'enroulement à beaucoup de pôles,un nombre de piles tel que l'enroulement à peu de pifes - n'induise pas de tension dans l'enroulement à beaucoup / pOles.Si cette exigence ne peut entre satisfaite il est prévu un moyen de blocage, qui bloque dans chaque cas le circuit dont on n'a pas besoin. S'il est certain que la commande oui vient d'étire décrite permet un réglage automatique de vitesse suivant un programme de vitesse pré-établi dans un vaste domaine de vitesse, il ne peut entre utilisé dans la pratique que d'une façon limitée, ne serait-ce qu a cause de la nécessité de prévoir un moteur spécial.En outre il faut que les dispositifs de réglage pour le fonctionnement en entratnemssnt et le fonctionnement en freinage soient adaptés dynamiquement à la machine à entratner, et on se heurte alors à une sérieuse difficulté résultant du fait que le comportement en fonction du temps des deux dispositifs de réglage doit entre approximativement le mtme pour que le passage du fonctionnement en entratnement au fonctionnement en freinage s'effectue harmonieusement. Vautre part la dynamique du circuit de réglage pour le fonctionnement en entrainement reste différente de la dynamique du circuit de réglage pour le fonctionnement en freinage meme lorsqu'on utilise un moteur spécial, ce qui a pour suite que le réglage de ces dispositifs est différent. Enfin, on connu par la demande de brevet allemand 2 340 930 un dispositif de réglage oui évite dans une large mesure les problèmes dynamiques. Dans ce dispositif, le moteur possède égalementsdeux enroulements séparés, l'enroulement servant à produire le couple moteur étant connecté par l'intermédiaire d'une commande à retard de phase avec le réseau de courant triphasé et l'enroulement servant à produire le couple de freinage étant alimenté par l'intermédiaire d'un dispositif redresseur commandable. Dans ce cas, les deux commandes séparées à retard de phase ne sont pas commandées au moyen de dispositifs de réglage au sens strict du mot ( c'est-à-dire ne sont pas commandées par l'intermédiaire d'amplificateurs de réglage à forte amplification comportant une réaction impliquant un facteur temps), mais pour chaoue commande à retard de phase, la mesure de l'écart est obtenue séparément à partir de la vitesse réelle et 1e lc vitesse de consigne, et la mesure de cet écart est transmise directement à la commande à retard de phase. De cette façon, les commandes à retard de phase donnent naissance à des couples variables qui sont fonction de l'écart de réglage. Pour que, dans le domaine des écarts de faible valeur, il ne se produise pas ceci 'on appelle un trou dans le couple total du moteur, les courbes caractéristiques pour le couple sont décalées l'une par rapport à l'autre en fonction de l'écart de réglage des deux commandes à retard de phase, grâce à des grandeurs supplémentaires superposées à cet écart. Pour augmenter encore l'amplification des deux commandes à retard de phase, le couple produit d'au moins une des commandes à retard de phase est couplé en réaction, à travers un transformateur convenable, avec l'autre commande à retard de phase. Malgré cette mesure, la commande qui vient d'entre décrite ne peut conduire à un couple d'entratnement ou de freinage oue lorsau'il y a un écart de réglage très net. I1 n'est donc pas possible de suivre avec une précision élevée un programme de vitesse préétabli et c'est la raison pour laquelle on est également forcé de commander par exemple la marche d'un ascenseur en fonction de la position et non en prenant en compte le facteur temps, ce qui représente une dépense sensiblement plus élevée. Un but de l'invention est donc d'éviter les inconvénients énumérés ci-dessus et de perfectionner une commande d'entraSnement du type décrit plus haut, de telle sorte qu'elle soit capable de suivre un programme de vitesse quelconque dans un domaine de vitesse qui s'étende approximativement de la position de repos du moteur jus ou a son régime nominal, sans avoir à entre soumis à un écart de réglage gênant, tout en pouvant utiliser desmoteurs asynchrones triphasés de type très courant. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait oue l'écart de vitesse résulte de la comparaison de la vitesse de consigne et de la vitesse réelle, et la valeur de cet écart de vitesse est transmise à un régulateur unicue à coefficient d'amplification très élevé, dont le signal de sortie est transmis simultanément à des commandes à retard de phase d'au moins deux enroulements du moteur. Grâce à ce réglage il est possible de suivre automati quement un programme de vitesse préétabli quelconque de façon continue et progressive dans un vaste domaine de vitesse, à savoir depuis zéro jusqu'à la vitesse nominale, sans écart de réglage geXnant. Pour obtenir un couple de rotation variable et un couple de freinage variable, les courants sont régulés dans au moins deux enroulements du moteur par l'interméuiaire des commandes à retard de phase.Les entrées de, par exemple, deux comman- des à retard de phase sont avantageusement réalisées sous une forme telle que la commande à retard de phase est attaquée à la sortie négative du dispositif de réglage pour produire le couple de rotation d'entranement et à la sortie positive du dispositif de réglage pour obtenir le couple de freinage. Grace à l'amplifi- cation élevée du dispositif de réglage, les commandes à retard de phase sont, en cas de besoin, utilisés à plein-sans qu'il y ait écart de réglage gênant.Les courants dans les deux enroulements du moteur n'ont aucune action l'un sur l'autre si la sortie du dispositif de réglage n'attaque que l'une des deux commandes à retard de phase. Irais la courbe caractéristique d'au moins l'une des deux commandes à retard de phase peut également entre choisi elle aune, déjà avec une tension de sortie du dispositif de réglage égale à zéro, il y a obtention d'un couple. De ce fait, les couples des deux enroulements du moteur sont superposés dans un domaine étroit de tension de sortie du dispositif de réglage. En fonction du rapport entre les nombres de piles des deux enroulements, il peut y avoir aussi une influence réciproque des courants l'un sur l'autre.Cette influence se répercute évidemment sur le couple résultant mais, contrairement à ce oui se passe avec les commandes connues, elle est parfaitement déterminée et reproductible de sorte que le fonctionnement du réglage n'est pas gagné, Ce procédé de~réglage n'est pas lié à une courbe caractéristioue déterminée du couple de rotation du moteur parce que, suivant les nécessités du fonctionnement, la sortie du dispositif de réglage peut à tout instant accepter toutes les valeurs de tension avec lesquelles sont obtenus, par l'intermédiaire des commandes à retard de phase, des couples allant du couple de rotation maximal au couple de freinage maximal. Gracie à 1'emploi d'un seul dispositif de réglage, il vest possible de conférer de façon simple à la commande d'entratnement, gracie à une boucle de réaction convenable dans le dispositif de réglage, un comportement prenant en compte le facteur temps, qui soit le meilleur possible pour le fonction nement. A titre d'exemple, avec un régulateur proportionnel et intégral, on peut arriver à ce cue l'écart de réglage reste très petit sur la totalité du cycle de rotation du moteur, meme lors aue le moteur subit temporairement une surcharge dépassant le couple maximal qu'il peut supporter. Etant donné que la commande d'entrarnement suivant l'invention suit avec des écarts de réglage très réduits un programme de vitesse préétabli, il est possible de régler le programme de vitesse,par exemple pour le mouvement d'un ascenseur, en-prenant en compte le temps sans entre obligé de parcourir des parcours de grande longueur à vitesse ralentie. L'ascenseur fonctionne ainsi sans à-coup et indépendamment de la charge.Ce réglage permet également pour le parcours entre deux étages de fixer une vitesse intermédiaire plus petite que la vitesse de marche maximale de sorte aue, meme dans les limites de parcours de faible longueur, on obtienne un régime défini de la commande d'entraSnement, et, ici aussi, l'arrivée à un point d'arreAt s'effectue sans passer par un palier de vitesse lente. Un autre avantage réside en ce aue des différences de hauteur éventuelles, par exemple entre la plate-forme de charge et un étage, aui résultent de l'allongement du cabale sous l'effet de la charge de l'ascenseur peuvent être corrigées après coup par une vitesse réduite de la commande d'entratnement, de sorte que, dans tous les cas, l'ascenseur s'arrête exactement au niveau du point d'arret. La commande d'entratnement suivant l'invention offre de plus l'davantage d'être simple et claire et de ne nécessiter pour la commande dont elle détend aue trois ordres, "marche", "ralentissement" et arrêt. enfin, un autre avantage réside encore dans le fait u'il est possible de supprimer toute masse d'inertie supplémentaire, comme il en est nécessaire d'habitude avec les commandes a courant triphasé, de sorte cue, même lors de l'accélération de la charge à soulever et par conséquent à l'instant du démarrage, le courant de démarrage est réduit, ce oui soulage d'autant le réseau D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après unique ment à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera aux dessins annexés, dans lesquels: i - la figure 1 représente schématiauement une commande d'entratnement suivant l'invention, - la figure 2 représente un diagramme de marche, avec la courbe de consommation de courant correspondant à l'utilisa tion d'une commande conforme à celle de la figure 1. On a représenté en 1 à la figure 1 l'afficheur de valeur de consigne qui, par l'intermédiaire de commutateurs 2, reçoit de la commande d'un engin de levage ou ascenseur les ordres "marche", "ralentir" ou "arrêt", ainsi que l'information concernant la vitesse de marche de 1 'installation lors de la prochaine période de marche.Comme moteur d'entraSnement pour l'engin de levage où l'ascenseur il est prévu un moteur asyn chrone triphasé 3 qui, dans l'exemple représenté, comporte dans son stator un enroulement d'entratnement 4 à courant triphasé à peu de piles et un enroulement de freinage à courant continu 5 à beaucoup de pôlesnomme il a déjà été dit, ceci n'est qu'un exemple entre autres, car on peut parfaitement prévoir aussi deux enroulements à peu de pôles ou deux enroulements à beau couppôs.Mais, d'une façon particulièrement judicieuse, il faut que l'enroulement de freinage 5 comporte un nombre de spires aussi élevé que possible pour qu'il soit inutile de prévoir un transformateur dans la commande.Au moteur asynchrone 3 est relié un tachymètre ou tout autre dispositif afficheur de valeur réelle 6 analogue qui amène à la sortie 8 de l'afficheur de valeur de consigne 1, par l'intermédiaire d'un conducteur 7, une tension proportionnelle au régime. L'écart de réglage ainsi observé, c'est-à-dire la différence entre la tension de valeur de consigne et la tension de valeur réelle, est transmis à un régulateur 9 à rapport d'amplification élevé ou par tout ou rien qui, lui-mEme, agit en même temps sur un dispositif de commande à retard de phase 10 connu en soi pour l'enroulement d'entratnement 4 et un dispositif de commande à retard de phase Il pour l'enroulement de freinage 50 Le régulateur 9 se compose essentiellement d'un ampli ficateur de réglage et d'une boucle de réaction.La commande à retard de phase 10 de l'exemple représenté comprend essentiellement deux thyristors pour chaque phase, couplés en montage anti parallèle, qui, sous l'action de détentes commandées par le régulateur 9, libèrent un flux de courant. Par contre, pour la commande à retard de phase 11, on admet ou'elle est montée en pont et cu'elle est équipée aussi bien de thyristors que de redresseurs, les thyristors entrant également en action sous l'effet de détentes commandées par le régulateur 9. Etant donné que de tels dispositifs sont suffisamment connus et ou'ils ne sont pas revendiqués par le présent brevet, ils n'ont pas été représentés. Entre la commande à retard de phase 10 et l'enroule- ment d'entratnement 4 sont encore prévus des commutateurs-inverseurs 12 pour le changement de sens de marche (montée ou descente) de l'engin élévateur. Dans le diagramme représenté à la figure 2 on a porté en ordonnée 15 le temps t et en abscisse 16 la vitesse de marche v de ltappareil élévateur ainsi cue la consommation de courant h. La courbe 17 représente la vitesse pendant la totalité d'un parcours, c'est-à-dire y compris le démarrage et le freinage jusqu'à l'arrêt, tandis que la courbe 18 montre la variation de la consommation de courant pendant le trajet. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante. L'afficheur de valeur de consigne 1 reçoit par l'intermédiaire des commutateurs 2 l'information sur la vitesse que doit atteindre l'installation lors du trajet suivant. Les commutateurs-inverseurs 12 raccordent l'enroulement d'entratne- ment 4, dans l'ordre de phases nécessaire pour le sens de marche voulu, à la commande à retard de phase 10. Au début du trajet, la sortie de l'afficheur de valeur de consigne 1 a la valeur zéro, le moteur d'entratnement 3 est arr8té, le frein mécanique, par exemple celui de l'ascenseur, est fermé, et l'afficheur de valeur réelle 6 n'émet pas de signal; aucun écart de réglage n'est donc-signalé au régulateur 9 et la sortie 8 du régulateur 1 a également la valeur zéro.La courbe caractéristique de la commande à retard de phase il pour l'enroulement de freinage 5 est tracée de telle sorte que, pour une tension d'entrée nulle, une tension continue est déjà appliquée à l'enroulement de freinage 5 à beaucoup de ptôse du moteur 3. I1 en résulte ltapparition d'un couple de freinage qui maintient immobile la commande d'entraînement contre le couple de charge, alors que le frein mécanique est desserré. Puis 1 tension de sortie de l'afficheur de valeur de consigne 1 augmente en fonction de l'accélération réglée et-de la variation de l'accéléra- tion. La valeur7 de l'écart de réglage, c'est-à-dire la différence entre la tension de valeur de consigne et la tension de valeur réelle, est transmise au regulateur 9 qui, de son cté, agit sur les commandes à retard de phase 10 et 11 de telle sorte que le temps de conduction des dispositifs redresseurs à effet de freinage--diminue, tandis, qutau contraire, le temps de conduction du montage triphasé du courant de force dans la commande à retard de phase 10 augmente. L'ascenseur se met en mouvement. Le réglage de la commande est fonction de l'écart de réglage observé qui, en raisontde l'amplification très élevée du régulateur 9, est maintenue approximativement à la valeur zéro. De cette façon, le régime d'entratnement augmente sans à-coup et de façon bien contrôlée jusqutau régime de vitesse choisi. Lorsque le point de début de ralentissement est atteint, l'indication de vitesse pour l'afficheur de valeur de consigne 1 est ramenée à la vitesse ralentie. La tension de sortie de l'afficheur de vitesse s'abaisse d'une façon correspondant au ralentissement réglé et à la variation de ralentissement.Par l'intermédiaire des commandes à retard de phase 10 et 11, pontées en aval, le régulateur 9 oblige l'ascenseur à suivre dans sa marche la courbe de vitesse de consigne avec un écart de réglage très réduit. Lorsque le poste d'arrêt dé l'ascenseur est atteint, l'indica- tion de vitesse préétablie est ramenée à zéro. L'ascenseur est freiné- par le freinage à courant continu au moteur n pratiquement jusqu'à ltarrêt, et ce n'est qu'à ce riment rue le frein mécanique se ferme sans choc perceptible pour les occupants de l'ascenseur. Pour la compréhension non ambigue de la figure 1, il est précisé ici que les enroulements de freinage fonctionnent en courant continu et que I'ensemble redresseur du circuit de freinage, avec ou sans transformateur intercalé est monté en pont monophasé semi-commandé. suivant une variante le moteur asYnchrone comporte deux enroulements triphasés, dont les couples de rotation sont dirige en sens inverses au soins temporairement. RERIZICADIONS 1. Commande d'entraSnement électrique pour engins élévateurs constituée par un dispositif/régulation et un moteur asynchrone ayant au moins deux enroulements, dont les couples de rotation en entrainement et en freinage varient sous l'action de commandes à retard de phase, dans lequel un afficheur de vitesse de consigne et un afficheur de vitesse réelle servent à asservir la vitesse du moteur, caractérisée en ce que l'écart de vitesse résulte de la comparaison de la vitesse de consigne et de la vitesse réelle et la valeur de cet écart de vitesse est transmise à un régulateur (9) uniqueàcoefficient d'amplification très élevé, dont le signal de sortie est transmis simultanément à des commandes à retard de phase (10, 11) de deux enroulements (4, 5) du moteur (3). 2. Commande d'entratnement électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce aue l'on peut faire varier le couple de rotation, d'au moins deux enroulements (4, 5) du moteur (3), par retard de phase au moyen de semi-conducteurs. 3. Commande d'entratnement électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moteur (3) comporte au moins un enroulement de commande d'entraînement triphasé (4) et un enroulement de freinage (5). 4. Commande d'entratnement électrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le couple de rotation varie par retard de phase au moyen de deux thyristors montés antiparallèle sur chaque phase de moteur. 5. Commande dtentratnement électrioue suivant la revendication3 , caractérisée en ce que les enroulements de freinage (5) fonctionnent en courant continu. 6. Commande d'entratnement électrique suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'ensemble redresseur du circuit de freinage, avec ou sans transformateur intercalé, est monté en pont monophasé semi-commandéO 70 Commande d'entrarneent électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le moteur asynchrone (3) comporte au moins deux enroulements triphasés, qui sont alimentés en énergie en courant triphasé, les couples de rotation étant dirigés encens inverses au moins temporairement.