Brevet FR2353159A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne un dispositif destiné à commander ltexcitation d'une machine électrique à courant continu. Les moteurs électriques à courant continu, à excitation en série, sont largement utilisés dans les cas où il est nécessaire d'obtenir une large gamme de vitesses. 'les procédés habituels de commande de la vitesse d'un moteur électrique impliquent soit de commander son excitation, soit de changer le nombre de spires de l'enroulement inducteur intervenant pour développer le champ inducteur, soit de régler un rhéostat de champ connecté en parallèle avec l'enroulement inducteur. tuais tous ces procédés présentent des inconvénients ; par exemple, si le nombre des spires de l'enroulement inducteur est réglé, la variation de l'excitation, et par conséquent la commande de vitesse ainsi obtenue, ne peut se faire en pratique que par gradins, une commande continue étant très difficile à obtenir. Dé même, la connexion d'un rhéostat en parallèle avec l'enroulement inducteur présente l'inconvénient que ce rhéostat doit présenter une faible résistance par rapport à la résistance de l'enroulement d'excitation, qui est elle-même faible, de sorte que la commande d'excitation, et par conséquent de la vitesse, ne peut se faire que dans une plage relativement limitée. En outre, les moteurs électriques à courant continu, à excitation en série, lorsqu'ils sont utilisés comme des moteurs de traction, ne peuvent être utilisés pour effectuer un freinage à récupération, bien que cela soit extrêmement souhaitable pour économiser de l'énergie, par exemple dans les véhicules à moteur électrique, particulierement ceux qui fonctionnent à partir de l'énergie électrique emmagasinée dans une batterie d'accumulateurs. L'invention a donc pour objet de résoudre le problème technique posé par la réalisation d'un dispositif de commande d'un moteur électrique à courant continu à excitation en série, ne présentant pas les avantages précités des dispositifs connus, et qui permeffleune commande continue, c'est-à-dire une commande qui ne soit pas par gradins, de l'excitation du moteur et qui, en outre, perpette d'utiliser le moteur pour le freinage à récupération. L'invention concerne donc un dispositif de commande de l'excitation d'une machine électrique à courant continu du type comportant un enroulement d'excitation connecté normalement en série avec l'induit ; ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comporte un générateur électrique avec une excitation séparée et un dispositif de connexion de l'induit du générateur aux bornes de l'enroulement d'excitation de la machine électrique à courant continu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel La fig. 1 est un schéma d'un mode de réalisation de l'invention, et la fig. 2 est un schéma plus détaillé d'un second mode de réalisation similaire à celui de la fig. 1. La fig. 1 montre donc un moteur électrique à courant continu qui doit être commandé, désigné par la référence 1, et comprenant un enroulement d'induit 2 connecté en série avec un enroulement inducteur 8. L'enroulement d'induit 2 est connecté à un conducteur d'alimentation 4 et à l'enroulement d'excitation 8 du moteur, par le point commun 15. L'enroulement d'ex citation 8 de la machine est connecté, au point commun 14, à un conducteur 25. Un générateur 11 à courant continu comporte un induit 12 connecté aux bornes de l'enroulement d'ex citation 8 de la machine 2, par l'intermédiaire d'un commutateur électromagnétique 16 comportant un contact mobile 18 et un enroulement de commande 19. le générateur Il comporte un enroulement d'excitation 20 indépendant connecté à une source de tension séparée, non représentée. Un conducteur 6 est connecté sélectivement, par un commutateur 24, à l'un de deux conducteurs 25 et 26, connectés respectivement aux points communs 14 et 15 auxquels sont connectées les bornes de l'enroulement d'excitation 8. La fig. 1 montre le commutateur 24 connecté au conducteur 25. Si une source de courant continu est connectée aux deux bornes 4a, 6a des conducteurs 4, 6, et Si le commutateur 24 se trouve dans la position représentée sur la fig. 1, une tension est appliquée aux bornes de l'induit 2 et de l'enrou- lement d'excitation 8 du moteur 1 qui se met ainsi à tourner dans les conditions d'excitation en série. La vitesse de rotation, en supposant que le commutateur 16 est couvert, dépend donc de la valeur de la tension d'alimentation V appliquée entre les bornes 4a et 6a et du courant I qui circule dans le circuit. Pour régler la vitesse de rotation de la machine 1, le contact 18 du commutateur électromagnétique 16 est fermé par l'excitation de l'enroulement 19. Si l'enroulement d'excitation 20 du générateur Il n'est pas alimenté, le courant I qui circule dans l'induit 2 du moteur 1 se sépare au point commun 15, une partie de ce courant passant par l'enroulement d'excitation 8 en série, et une partie circulant dans l'induit 12 du générateur 11. Bien que cela produise un changement de la vitesse du moteur 1, la fermeture du commutateur électromagnétique 16 produit une très brusque diminution du courant d'excitation dans l'enroulement 8 et, par conséquent, la vitesse du moteur 1 change brusquement. Cependant, cet inconvénient peut être éliminé si l'enroulement d'excitation 20 du générateur 11 est alimenté avec un courant, comme cela sera décrit ci-après. L'excitation de l'enroulement 20 augmente ou diminue la tension aux bornes de l'enroulement 8 d'excitation en série du moteur, en fonction du sens du courant d'excitation dans l'enroulement 20. Par exemple, si la tension aux bornes de l'induit de la machine Il dépasse la tension aux bornes de l'enroulement 8 et se trouve dans le même sens, le courant d'excitation qui circule dans l'enroulement 8 est la somme du courant I qui circule dans l'induit 2 et d'un courant i p dans le meme sens, comme le montrent les flèches sur la fig. 1. Ainsi, l'augmentation du courant d'excitation du moteur 1 diminue sa vitesse. Au contraire, si la-tension du générateur Il est opposée à la tension aux bornes de l'enroulement 8, ou dans le même sens mais de moindre amplitude, la machine il prélève un courant i p en sens inverse de celui représenté par la flèche sur la fig. 1, de sorte que le courant d'exci- tation du moteur 1 diminue, produisant une augmentation de sa vitesse de rotation. La fig. 2 représente un circuit similaire à celui de la fig. 1, mais comportant un dispositif de commande de l'excitation de la machine 11. Les éléments communs avec ceux de la fig. 1 sont désignés par les mêmes références numériques. Le mode de réalisation de la fig. 2 comporte un dispositif automatique destiné à éviter une variation soudaine du courant d'excitation dans l'enroulement 8, de manière que les variations de vitesse de la machine 1 puissent être effectuées progressivement sans changement brusque, quand le commutateur électromagnétique 16 est fermé ou ouvert, comme indiqué cidessus. Pour cela, la tension aux bornes de enroulement d'excitation 8 et la tension aux bornes de l'induit du générateur 11 sont appliquées aux entrées d'un détecteur de différence 40,par des conducteurs 41, 42, 44 et 45.Le signal de sortie du détecteur de différence 40, qui représente la différence entre la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation 8 du moteur 1 et la tension aux bornes de l'induit 12 du géné rater 11, est appliqué à une unité 46 de servocommande, qui peut etre munie d'unanplificateur d'entrée. L'unité 46 de servocommande détermine la position d'un curseur 34 d'une branche d'un double rhéostat 32, dont l'autre branche comporte un second curseur 35. les deux curseurs 34, 35 sont connectés, par des conducteurs 47 et 48, aux extrémités opposées de l'enroulement d'excitation 20 de la machine 11.Une tension est appliquée aux bornes du double rhéostat 32, et les positions relatives des deux curseurs 34, 35 déterminent la proportion et le signe de cette tension qui est appliquée aux bornes de l'enroulement d'excitation 20 du générateur 11. En pratique, le curseur 34 peut être fixé dans la région médiane de la branche associée du double rhéostat 32. L'unité 46 de servocommande ne fonctionne que lorsque la machine Il est excitée, et déplace le curseur 34 jusqu'à ce que l'excitation du générateur 11 soit telle que la tension aux bornes de l'induit 12 de cette machine soit égale à la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation 8 du moteur 1. Si le contact 18 n'est fermé que dans ces conditions, il ne se produit aucun changement brusque de la vitesse du moteur 1 à la fermeture du contact. En pratique, ce résultat peut être obtenu en retardant l'application d'un courant de commande à l'enroulement 19, pendant une durée minimale prédéterminée, à partir du démarrage de l'excitation du générateur 11, afin d'assurer qu'un temps suffisant s'est écoulé pour que l'égalité soit atteinte entre la tension aux bornes de l'induit 12 du générateur il et la tension aux bornes de l'enroulement 8 du moteur 1. Dien que la machine 1 connectée comme le montre la fig. 1, avec une excitation en série, ne puisse être utilisée pour un freinage à récupération d'énergie, l'invention permet de convertir cette machine en un type à excitation séparée afin de permettre le freinage à récupération. A cet effet, il suffit, quand le moteur 1 doit freiner, de changer la position du commutateur 24, en le plaçant en contact avec le conducteur 26, comme le montre le trait pointillé sur la fig. 2. La machine fonctionne alors en excitation séparée étant donné que son enroulement d'excitation 8 n'est alimenté dans ce cas que par le générateur 11. Le mode de réalisation décrit ci-dessus comporte des potentiomètres avec des curseurs qui sont déplacés physiquement pour modifier le courant dans l'enroulement d'excitation 20 du générateur 11. Cependant, il est évident que d'autres moyens connus permettent d'appliquer une tension de commande à l'enroulement 20, par exemple au moyen de deux découpeurs pour une commande automatique. 3ien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande de l'excitation d'une machine électrique à courant continu du type comportant un enroulement d'excitation connecté en série avec l'induit, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur électrique à excitation séparée et un dispositif de connexion de l'induit du générateur aux bornes de l'enroulement d'excitation de la machine électrique à courant continu. 2 - Dispositi! selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un détecteur de différence de tension sensible à la différence entre la tension aux bornes de l'en- roulement d'excitation de la machine à commander et'l'enroulement d'induit du générateur, et un dispositif de commande automatique qui commande la tension appliquée aux bornes de l'enroulement d'excitation du générateur en fonction de l'amplitude et du signe du signal de sortie dudit détecteur de différence, de manière à régler la tension aux bornes de l'induit du générateur dans un sens tel qu'il réduise ladite différence. 3 - Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que le circuit d'excitation dudit générateur est alimenté par un double rhéostat comportant deux curseurs dont les positions relatives déterminent l'amplitude et le signe de la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation du générateur. 4 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande automatique comporte un dispositif de servocommande destiné à commander la position de l'un au moins desdits deux curseurs en fonction de la valeur et du signe du signal de sortie dudit détecteur de différence. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit générateur est connecté au circuit d'excitation de la machine à commander au moyen d'un commutateur à action retardée qui ferme le circuit lorsqu'une période prédéterminée s'est écoulée après l'excitation dudit générateur.