Brevet FR2381414A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne la commande de moteurs à courant continu à excitation séparée, tels que des moteurs de levage et en particulier des moteurs de treuil. Ut moteur de levage doit pouvoir travailler en traction et en freinage aussi bien à la montée qu'à la descente, la phase de freinage étant bien entendu plus importante en descente et la phase de traction en montée, Pour que le moteur travaille comne frein, ctest-à-dire produise un couple résistant, il faut qu'il fonctionne en génératrice et que l'induit débite sur une charge, ladite charge étant constituée par les diodes de récupération qui font partie du système de comnande par découpage de la tension d'induit. Pour cela, lorsque le moteur doit freiner, ctest-à-dire lorsque sa vitesse réelle est supérieure à la vitesse ordonnée par l'opéra- teur, on inverse le sens de circulation du courant dans L'incluit tout en coupant l'alimentation, au moyen d'un montage en pont à quatre interrupteurs constitués par des amplificateurs de puissance travaillant en saturation. Cependant, l'intensité du courant d'induit étant très élevée, les amplificateurs à prévoir sont très cotfteux, volumineux et lourds. L'invention vise à remédier à cet inconvénient du système connu, et à cet effet le circuit de commande selon l'invention, du type comprenant un circuit recevant deux tensions représentatives respectivement de la vitesse réelle et de la vitesse de commande du moteur et délivrant un signal représentatif du signe de la différence algébrique entre les dites tensions, est caractérisé par le fait qu'il comprend un interrupteur pour commander l'alimentation du circuit d'induit et un montage d'interrupteurs pour commander le sens de passage du courant dans L'inducteur, le dit interrupteur et le dit montage étant commandés à partir du dit signal. Lorsque la vitesse réelle dépasse la vitesse de commande, l'in- version du sens du courant dans l'inducteur provoque l'inversion du flux et permet au courant d'induit, engendré par la f,e.m, du moteur fonctionnant alors en génératrice, de débiter dans la charge constituée par les diodes de récupération. Il suffit de pouvoir couper l'alimentation de 11 induit, et un seul amplificateur est nécessaire dans le circuit d'induit au lieu des quatre amplificateurs du système connu, Le montage en pont se trouve dans le circuit d'excitation, et comme ltintensité du courant d'excitation est beaucoup plus faible que celle du circuit d'induit, par exemple dans un rapport 1 : 20, les amplificateurs du pont sont beaucoup moins coûteux et volumineux. la fait que l'inducteur, par suite de son inductance élevée, ait une constante de temps nettement supérieure à celle de l'induit, augmente certes le temps de réponse, mais dans l'application envisagée d'un moteur de levage où la vitesse linéaire de la charge est très faible, le retard de l'inversion par rapport à la commande se traduira au pire par une course de quelques centimètres. Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un circuit de découpage de la tension d'excitation, agencé pour fonctionner, en réponse au dit signal, uniquement lors du freinage. Ce circuit de découpage permet de réduire le flux au début de freinage, donc la f.e.m. du moteur fonctionnant en génératrice, et de limiter le courant d'induit. Ceci évite à la fois la destruction des diodes et un couple de freinage trop élevé qui est à éviter dans le cas du levage. On a ainsi deux asservissements différents de la vitesse suivant que l'on est en traction ou en freinage, En traction, on asservit la vitesse par la tension d'induit, le flux étant maximal, et en freinage, on asservit la vitesse par la tension d'excitation. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la fig. 1 est un schéma du système de commande d'un moteur à courant continu, et - la fig. 2 est un schéma de la logique qui commande les interrupteurs de la fig. 1, Le schéma de la fig. 1 représente un moteur à courant continu destiné en particulier au Levage tel qu'un moteur de treuil, qui comprend un induit 1 et un inducteur 2, la circuit d'induit, alimenté par un système à découpage, comprend une diode de récupération 6 et un interrupteur 5, constitué par un amplificateur de puissance commandé par le circuit logique qu'on va décrire ci-après. Le circuit d'excitation comprend un montage en pont à quatre interrupteurs 3, 3,, 4, 4', les interrupteurs 3 et 4' d'une part, 3' et 4 d'autre part étant toujours dans le mEme état, La fermeture des interrupteurs 3 et 4' correspond au sens Ex 1 de passage du courant et la fermeture des interrupteurs 3' et 4 au sens inverse Ex 2, lorsque le moteur travaille en traction, c'est-à-dire lorsque la vitesse de consigne est supérieure à la vitesse réelle, l'interw rupteur 5 est fermé et le courant d'excitation circule par exemple dans le sens Ex 1, ctest-à-dire que les interrupteurs 3 et 4' sont fermés, la tension d'induit est commandée par découpage, lorsque la vitesse de consigne du moteur est inférieure à la vitesse réelle, c'est-à-dire lorsqu'il faut que le moteur freine, le moteur travaille en génératrice et il est nécessaire, d'une part, que le circuit d'induit ne soit plus alimenté, d'autre part, que le moteur puisse débiter dans la diode 6 servant de charge, ctest-à- dire que le courant délivré par la génératrice circule dans le meme sens, et enfin, que la f.e,m, de la génératrice soit réduite pour ne pas détruire la diode 6, ce qui suppose une réduction du flux,- donc du courant d'excitation. A cet effet, sous la commande du circuit logique décrit ciaprès, l'interrupteur 5 s'ouvre, les interrupteurs 3' et 4 du pont se ferment tandis que les interrupteurs 3 et 4' s'ouvrent et la tension d'excitation est soumise à un découpage. On va maintenant-décrire, en se référant à la fig. 2, le circuit logique qui commande les interrupteurs représentés sur la fig. 1. Il est clair que la réalisation décrite n'est donnée qu'à titre d'exemple. Le circuit de la fig. 2 reçoit sur ses bornes d'entrée U et C des tensions respectivement proportionnelles à la vitesse réelle Vr du moteur (tension "vitesset') et à la vitesse Vc ordonnée par 1 'opérateur (tension "commande"), On obtient donc à la sortie de L'amplificateur différentiel 11 une tension Vr - Vc, qui est négative en traction et positive en freinage. Cette tension est fournie à l'amplificateur différentiel 12 dont la borne d'entrée (+) est à la tension de référence, soit 7V. Par suite, la sortie de l'amplificateur 12 est à l'état "un" lorsque la tension Vc - V2 est négative, c'est-à-dire en traction. Le circuit logique comporte également des bornes d'entrée montée M et descente D. Lorsque l'ordre de montée est donné par l'opé- rateur, l'entrée M est à l'état "zéro" et l'entrée D à l'état "un", et réciproquement, Enfin, le circuit reçoit par la borne - d'entrée S un signal en dents de scie fourni par un générateur de dents de scie de type connu, ce signal servant à générer le signal de découpage de la tension d'induit en traction et de la tension d'excitation en freinage. La tension "vitesse" est également fournie à l'amplificateur différentiel 13 dont la borne (+) est à une tension un peu supérieure à la tension de référence, par exemple 7,5 V. La sortie de l'ami plificateur 13 est donc à l'état une Si la tension "vitesse" est inférieure à 7,5 V, soit 0,5 V par rapport à la référence. Comme on le verra, le relue de cet amplificateur 13 est d'empecher de changer le sens de rotation du moteur si la vitesse à laquelle il tourne est supérieure à un seuil prédéterminé fonction des caracté ristiques du moteur et de son usage. le circuit logique comprend tout d'abord les deux chaînes d'excitation 72 et 73 comprenant chacune une bascule de type D 20 (ou 30), une porte OU exclusif 21 (ou 31), et une porte ET 22 (ou 32), IL comprend également une chaîne d'inversion 74, composée des portes NI 42 et 43, de la porte OU exclusif 44 et de la porte ET 45, et une chaîne de découpage 75 comprenant les portes OU exclusif 50 et 52 et la porte NI 51. I comprend enfin la channe d'induit composée du generateur de créneaux 61 et de la porte ET 60, et la porte ET L4 qui bloque ou non les bascules 20 et 30. On va décrire maintenant les états pris par les composants de ce circuit dans les différentes phases de fonctionnement. Supposons qu'à partir d'une position de repos, on donne un ordre de montée. L'état "zéro à l'entrée D de la bascule 30 se retrouve à la sortie de la bascule et à l'entrée de la porte 31, L'autre entrée de cette porte 31 est à l'état "un", car la porte ET 45 de la channe d'inversion a ses deux entrées à l'étant "un" : celle reliée à l'amplificateur 12, car la tension "commande" est supérieur re à La tension "vitesse", et celle reliée à La porte OU exclusif, 44 du fait que la porte NI 43 est à l'état "un" (zéro à l'entrée et à la sortie de la bascule 30) alors que la porte NI 42 est à l'état "zéro" (un à l'entrée et à la sortie de la bascule 20, les bascules exécutant les ordres transmis en M ou D, elles sont donc passantes)0 La sortie de la porte OU exclusif 31 est donc à l'état "un". Par ailleurs, la porte ET 32 reçoit de la porte 52 un signal, car la porte NI 51 recevant un signal de l'amplificateur 12 a sa sortie à l'état "zéro", et la porte OU exclusif a une de ses entrées toujours à l'état "un't, Ia porte ET 32 émet donc un signal de commande Ex 1 (cf. fig 1) qui fait tourner l'induit dans le sens correspondant à la montée D'autre part, la porte ET 60 de la chaîne d'induit est autorisée par la porte 45, et délivre des impulsions de découpage de la tension d'induit dont la Largeur est fonction de la différence entre la tension "commande" et la tension 'tvitesse". Le générateur de créneaux 61 superpose en effet le signal en dents de scie entrant en S et la tension issue de l'amplificateur 11. Supposons maintenant que la tension "vitesse" soit supérieure à la tension "commande", le moteur devant alors fournir un couple résistant. Ceci se produit par exemple à La fin de la montée d'une charge. L'amplificateur 12 ne délivrant plus de signal, la porte 45 est à ltétat "zéro", donc aussi la porte ET 60. L'induit n'est donc pas alimenté. I1 en résulte que la porte 31 se ferme, donc aussi la porte 32, mais que la porte OU exclusif 21 s'ouvre, car elle est reliée à la sortie de la bascule 20 qui est toujours à l'état "un". L'ouverture de la porte 21 et la fermeture de la porte 31 commandent l'inversion du sens de passage du courant dans l'inducteur, mais le signal correspondant Ex 2 est découpé par la chaine de découpage 75 de manière que, comme indiqué ci-dessus, le freinage ne soit pas trop brutal et la f.e.m. de l'induit pas trop élevée. La porte 50 recevant le signal en dents de scie de la borne S délivre des impulsions qui traversent la porte NI 51 puisque ltentrée de celle-ci reliée à l'amplificateur 12 est à l'état "zéro". la porte ET 52 transmet ces impulsions à la porte ET 22 autorisée par la porte 21. Pour la descente, il est clair que les channes d'excitation 72 et 73 échangent leur rôle. En traction, c'est-à-dire au lancement de la charge, le courant circule dans le sens Ex 2, le moteur devant tourner dans le sens inverse au sens de la montée. En freinage, le sens du courant s'inverse en Ex 1 et la tension d'excitation est découpée par la channe de découpage 75. I1 faut ajouter, en ce qui concerne les bascules 20 et 30, qu'elles reçoivent des impulsions d'horloge de la porte ET 14, qui reçoit le signal en dents de scie de la borne S, lorsque l'amplificateur 13 délivre un signal, c'està-dire lorsque la tension "vitesse" est inférieure à 7,5 V, la tension de référence étant de 7 V. Dans le cas d'un moteur dont la vitesse nominale est de 10 000 tsmn, cela correspond à 1 000 t/mn. Le déblocage des bascules provoque la fermeture de la porte 44 de la channe d'inversion, et donc des portes ET 45 et 60. L'induit ntest plus alimenté et tourne librement et le sens de passage du courant dans l'inducteur s'inverse0 On ménage ainsi une plage "morte" de + 0,5 V de manière à éviter des transitions constantes de l'état de traction à l'état de freinage. Dans le cas d'un moteur de levage, cette plage morte n'est nullement gênante car les vitesses de montée (ou de descente) sont faibles, par exemple 70 cm/s à la vitesse nominale de LO 000 t/mn. - REVENDICATIONS 1.- Circuit de commande pour moteur à courant continu à excitation séparée, du type comprenant un circuit recevant deux tensions représentatives respectivement de la vitesse réelle et de la vitesse de commande du moteur et délivrant un signal représentatif du signe de la différence algébrique entre les dites tensions, caractérisé par le fait qu'il comprend un interrupteur pour commander l'alimentation du circuit d'induit et un montage d'interrupteurs pour commander le sens de passage du courant dans l'inducteur, le dit interrupteur et le dit montage étant commandés à partir du dit signal. 2.- Circuit selon la revendication 1, dans lequel il est prévu un circuit de découpage de la tension d'excitation, agencé pour fonctionner, en réponse au dit signal, uniquement lors du freinage.