Brevet FR2304210A1 — publié le 19761008

La Présente invention concerne un dispositif de controle électronique des moteurs électriques à induction et à bagues, permettant de réguler les courants rotoriques , et du meme coup d'asservir vitesse de rotation et couple , depuis ltarret jus qu'g une vitesse proche de celle du synchronisme Dans les dispositifs connus de ce genre , une solution actuellement utilisée consiste à l'emploi d'un convertisseur changeur de fréquence : les courants rotoriques sont redressés et le courant continu qui en résulte est récupéré sur le réseau par commutation naturelle - et c'est la fréquence de celui-ci qui sert de base à la synchronisation du système .Pratiquement avec ce dispositif on ne travaille que dans une zone de glissement modérée (o à 0,5) sans couple de surcharge Une autre solution actuellement utilisée consiste à in sérer trois diodes et trois thyristors dans le point neutre des résistanCes rotoriques . En faisant varier l'angle de conduction des thyristors , on peut faire varier la valeur moyenne des courants rotoriques , jusqu'à la valeur maxima acceptée par les résistances rotoriques .Un tel dispositif a pour inconvénient de ne travailler que dans les vitesses faibles de rotation , de O à 30% de.la vitesse de synchronisme , ce qui correspond à la plage de tension rotorique élevée Une autre solution également utilisée consiste à l'e.- ploi d'un hâcheur à thyristors : les courants rotoriques sont redressés , et le courant continu qui en résulte vient alimenter une charge résîstive par l'intermédiaire d'un hacheur , qui en régule le débit .L'inconvénient de cette solution est de ne permettre qu'une faible gamme de réglage , étant donné que le hacheur ne peut fonctionner que dans une plage de tension limitée Le dispositif suivant l'invention,permet d'éviter ces inconvénients : avec celui-ci il est possible de faire varier la vitesse de rotation du moteur à induction et à bagues depuis zéro Jusqu'S une vitesse proche du synchronisme , avec un couple mateur égal ou supérieur au couple nominal . Il est possible d' associer le dispositif suivant l'invention à un ou plusieurs paramètres qui détectent la vitesse ou le couple - permettant au moteur de tourner soit à une vitesse déterminée , soit avec un couple déterminé Dans un moteur a nduction , on sait que la tension rotorique varie d1une façon inversement proportionnelle à la vitesse de rotation , et elle est nulle à la vitesse maxima de synchronisme . La fréquence des courants rotoriques varie aussi d'une façon inversement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur - Elle est maxima , et égale à celle du secteur quand la vitesse est nulle - La fréquence est nulle à la vitesse maxima de synchronisme Sur la figure 1 , on a figuré en (1) le moteur à induction . Le stator de celui ci est relié au secteur par les jonctions (2) . Les sorties du rotor sont représentées en (3) et sont reliées à un pont redresseur mixte à trois diodes (4) et trois thyristors (5) .Ce pont redresseur controlé alimente la charge résistive (6) par les bornes (19) et (20) Chaque thyristor (5) est allumé par un circuit classique à transistor unijonction - mais synchronisé d'une façon particulière La tension de phase du thyristor concerné est détectée par la diode (8) à travers la résistance (7) . Cette diode (8) permet la détection d'une tension de phase très faible - ce qui est très important , puisqu'au voisinage de la vitesse de synchronisme la tension rotor est faible . Cette tension est amplifiée à saturation par les transistors (9) , de façon à produire un courant d'ondes rectangulaires .C'est ce courant qui sert à alimenter le circuit du transistor unijonc tion (12) , dès que la tension de phase est positive Le transistor (10) , controlé par la tension d'asservissement provenant de (16) , assure la charge du condensateur (11) aussitôt ç e l'on est sur une alternance positive de phase. Le condensateur se décharge ans le transistor unijonction (12) qui assure l'allumage du thyristor (5) concerné . Il Il en est de meme pour les deux autres thyristors (5) , allumés par les cir cuits (13) et (14) Il est très important de considérer que pour une ten sion d'asservissement en (16) , (17) , (la) déterminée , le moteur tourne d'une façon quasi stable . Si celui ci vient à ralentir la fréquence rotor augmente , la position de l'impulsion de controle dans chaque alternance positive recule ,le thyristor s'allume un peu plus tard , conduisant à moins de courant - mais en contre partie les impulsions de courant fournies par les thyristors sont plus nombreuses .Si le moteur vient à accélérer , la fréquence rotor diminue , la position de l'impulsion de controle dans chaque e alternance avance , le thyristor stallume un peu plus tot , conduisant à délivrer plus de courant par alternance - mais en contre partie dans le même temps , les impulsions de courant fournies par les thyristors sont moins nombreuses Le dispositif objet de la présente invention utilise cette propriété pour permettre le controle des courants rotor , par une tension auxiliaire d'asservissement , apparaissant sur les bornes (16) , (17t , (18) Comme le couple moteur est une fonction directe des azurants rotor , il s'ensuit que l'on peut asservir le moteur tant en vitesse qu en couple A titre d'éxempie , trois circuits d'asservissement sont décrits ci-après La figure 2 présente un circuit d'asservissement par tension rotor - parceque la tension rotor est sensiblement proportionnelle à la vitesse du moteur La tenion triphasée (3) sortant du rotor est redréssée en (21) , filtrée en(22). Le courant qui en résulte alimente un phototransistor (23), de telle façon qu'il sorte en(24) une tension proportionnelle aux courants rotor . On compare , avec le circuit intégré (26) la tension de consigne(25) à celle apparaissant en (24) - La différence des 2 tensions , amplifiée , passe par le circuit intégrateur (27) , avec sa capacité (28) Le rele de ce circuit intégrateur est de définir la pente de montée ou de descente de la tension d'erreur issue de (26) - et donc de dÉfinir l'accélération du moteur ,qui peut être rendue régla ble. n agissant sur le circuit (27) . Le tension issue de (27) apparait sur les bornes (15} , (17), (18) . Si l'on se reporte à la figure 1 , et si le moteur tourne trop lentement , une tension croîssante apparait sur les bornes (16) , (17) et (18) , qui va conduire à une plus grande ouverture des thyristors (5) et à accroître les courants rotor. Si le moteur V3 trop vite , il n'y a plus de tension sur (16) (17) et (18) , et il n'y a plus de courant rotor , puisque les thyristors (5) ne s ouvrent plus La figure (3) présente un circuit d'asservissement par dynamo tachymétrique . La tension issue de la dynamo tachymétrique -qui est entraînée par le moteur à induction- est comparée à la tension de consigne (33) .La différence des deux tensions , amplifiée , entre dans le circuit intégrateur (31) et en sort pour apparaitre sur les bornes (16) , (17) t (18) A noter que dans le cas de la figure 2 , la plus grande vitesse est obtenue avec une tension de consigne nulle puisque la tension rotorique est nulle à pleine vitesse . Dans le cas de la figure 3 , la plus grande vitesse est obtenue avec la tension de consigne la plus élevée , puisque la tension issue de la génératrice tachymétrique croît avec la vitesse . La figure 4 de la Planche III présente un circuit d' asservissement du couple moteur : on sait que celui ci est sensiblement proportionnel au courant rotorique , dont la valeur est proportionnelle à la tension en (19) et (20) aux bornes de la charge résistive (6) .Les bornes (19) et (20) sont reliées au phototransistor (34) , qui fournit à sa sortie une tension proportionnelle à celle entre(19) et (20) . Elle est comparée à la tension de consigne (36) , et la tension d'erreur qui en résulte passe dans le circuit intégrateur (38) et (39) - et aboûtit aux bornes (16) , (17) et (18) et aux circuits d'allumage des thyristors Ce dernier circuit peut être utilisé en couple de freinage : c'est le cas où le moteur est entraîné par une charge on inverse par le couplage stator le sens de rotation du moteur et on établit un couple plus ou moins important , qui est un couple de freinage Le dispositif , objet de la présente invention , peut être utilisé dans tous les cas où un moteur électrique doit fonc tionner à vitesse ou à couple variables Dans l t industrie , c'est le cas notamment de l'en- traînement des ponts roulant ,des pompes hydrauliques ,des machines textiles , des machines outils . REVEN CAT10NS 1- Dispositif de régulation électronique des courants roto riques des moteurs à induction et à bagues , permettant d'asservir la vitesse de rotation depuis zéro jusqu'à une vitesse proche du synchronisme , et le couple moteur jus qu'à des valeurs supérieures au couple nominal cette régulation est caractérisée par le fait que l'on fait passer ces courants par un pont mixte diodes thyris tors , où ils sont redressés d1une manière controlée et alimentent une résistance Chaque valeur de courant correspond à une vitesse de rota tion du moteur donnée . Un processus de réduction de la fréquence des impulsions d'allumage des thyristors entraîne une diminution de leur angle de conduction , et diminue de ce fait les courants rotoriques , d'où un ralentisse ment du moteur Ce ralentissement conduit à son tour à un processus d'ac croissement de la fréquence des courants rotoriques ten dant à accroître le dit angle de conduction Les deux processus précités jouent en sens inverse ltun par rapport à l'autre et s'équilibrent mutuellement 2- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le signal de déclanchement des thyristors est synchronisé avec les alternances des courants rotoriques par un système de détection à bas niveau , permettant d' assurer la synchronisation à tous les régimes , notamment à celui de la vitesse proche du synchronisme , où la ten sinon rotorique entre bagues est faible 3- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fat que la vitesse de rotation est asservie au moyen de la détection de la tension entre les bagues du rotor et au moyen d'une source de tension de référence dont la dif férence agit sur l'accroissement , voire le ralentissement de la fréquence des impulsions d'allumage des thyristors 4- Dispositif selon la revendication 2 , caractérisé par le fait que l'on peut asservir le couple moteur , sensible ment proportionnel aux courants rotoriques qui alimentent la résistance , et dont la valeur image est celle de la tension aux bornes de la dite résistance 5- Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé par le fait que l'on utilise les dits moyens de variation du cou ple moteur dans le but de freinage du dit moteur 6- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le paramètre de mesure de la vitesse de rotation est prélevé aux bornes d'une génératrice tachymétrique entraînée par le dit moteur