Brevet FR2422284A1 — publié le 19791102

La presente invention concerne les dispositifs de commande de vitesse de moteurs et plus particulièrement un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur par limitation du courant. On connaît déjà des dispositifs de commande de la vitesse d'un moteur dans lesquels on génère un premier signal représentatif de la vitesse instantanée du moteur, un second signal representatif de la vitesse du moteur désirée; ces deux signaux étant comparés en vue d'obtenir un troisième signal pour être utilisé pour la commande du moteur. De tels dispositifs sont susceptibles de présenter des défaillances, en ce qui concerne le premier signal, de nature à entraîner un régime de survitesse qui peut detruire le moteur, de même que les circuits de commande. Ces systèmes oints par suite, été améliorés en vue d'éviter de telles défaillances.Un tel système est decrit par exemple dans le brevet IS nO 2.940.030, dans lequel la tension d'induit d'un moteur à commande de vitesse est limitée a la vitesse de base, dans l'éventualité d'une defaillance dans le circuit de reaction dû par exemple a un tachymètre défectueux. Dans un tel cas, la commande est transférée de la boucle du tachymètre à la boucle de la tension d'induit. Un tel dispositif n'est pas avantageux du fait que, par exemple, il necessite un circuit de detection ainsi qu'un circuit de régulation. Le but de la présente invention - est de réaliser un dispositif de commande de la vitesse de commande d'un moteur perfectionne. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de contrôle de la vitesse d'un moteur dans lequel le courant envoyé au moteur est limité. L'invention a également pour but de realiser un tel dispositif capable de délivrer, en toute sécurité, le signal représentatif de la vitesse instantanee du moteur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur comportant des moyens pour générer un premier signal representatif de la vitesse instantanée du moteur, des moyens pour générer un second signal représentatif d'une vitesse de moteur désirée, des moyens pour agir sur les premiers et second signaux en vue de générer un troisieme signal representatif de la différence entre les vitesses instantanée et désirée et des moyens sensibles au troisième signal pour fournir un signal de commande au moteur, ce signal étant lié au troisième signal suivant une relation connue, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage pour empêcher le troisieme signal de dépasser une valeur maximale variable, fonction du premier signal. On va decrire, maintenant, plus en détails, l'objet de l'invention en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - Figure I, représente schématiquement un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur, du type connu ; - Figure 2, représente un schéma d'un dispositif connu de commande de la vitesse d'un moteur perfectionne ; - Figure 3, représente schématiquement liappli- cation des principes de la présente invention aux dispositifs repre- sentes sur la Figure 2 ; - Figure 4A et 4B, représentent le schéma de modes de réalisations d'éléments du circuit selon l'invention ; - Figure 5, représente le schéma d'un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur par limitation de courant selon l'invention, dans lequel sont incorporés les circuits des Figure 4A et 4B ;; - Figure 6, représente des courbes de courant en fonction du temps avec et sans limitation du courant. En se reférant maintenant aux dessins, dans lesquels les memes éléments portent les mêmes références, la Figure I illustre l'agencement de base d'un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur de type connu. a vitesse du moteur 10 est commandée par la tension Vm qui lui est appliquée par le -conducteur 12. Le conducteur 12 est le conducteur de sortie d'un amplificateur dont l'entrée est relise par un conducteur 16 a un sommateur 18. Le moteur 10 est relié a un tachymètre 20, comme represente sur la figure par un tiret. La tension de sortie du tachymètre Vt disponible sur le conducteur 22 est appliquez à un circuit de conversion 24 dont la sortie reliée au conducteur 26 est un multiple constant Kt de la tension de tachymetre Vt. Le signal présent sur le conducteur 26 est représentatif de la vitesse instantanée du moteur et est appliqué à une borne d'entree inverseuse du sommateur 18. L'entrée non inverseuse du sommateur 18 est reliée au conducteur 28 auquel est appliqué un signal représentatif de la vitesse désirée. Ceci est illustre sur la Ligure 1 par le conducteur 28 qui est relié à un potentiomètre 30, en vu de fournir une tension variable du sommateur 18.Le potentiomêtre 30 peut être, par exemple incorporé dans la pédale de commande d'une machine a coudre destinee à commander la vitesse du moteur d'entraînement de la machine à coudre. - La Figure 2 représente un dispositif de commande de la vitesse d'un moteur de type connu mais perfectionné par rapport au dispositif de la Figure 1. Le perfectionnement consiste en une boucle de réaction additionnel le ayant pour but d'introduire une relation connue entre la tension de commande de la vitesse du moteur Vm et la tension d'asservissement Vs qui est représentative de la différence entre la vitesse instantanée du moteur et la vitesse désirée. La tension d'assservissement Vs est constituée par le signal de sortie de l'amplificateur 32 sur le conducteur 34. Le signal d'entrée appliqué par le conducteur 16 sur l'amplificateur 32, est constitué par le signal de sortie du sommateur 18, comme décrit a propos de la Fig. 1. La tension d'asservissement Vs disponible sur le conducteur 34 est appliquée a l'entrée non inverseuse d'un sommateur 36. Le signal de sortie du sommateur 36 disponible sur le conducteur 38 est appliqué en entrée à l'amplificateur 40 dont le signal de sortie disponible sur le conducteur 42, constitue a tension de commande Vm appliquée au moteur 10. La tension de moteur Vm est également appliquee à un multiplicateur 44 dont le signal de sortie sur le conducteur 46 est un multiple constant (K1) de la tension de moteur Vm La relation entre la tension de moteur Vm et la tension d'asservissement Vs peut être obtenue de la maniere suivante Vm=A (V5-K1V) relation dans laquelle A = gain de l'amplificateur 40. Par suite, Vm=AV 5(1+AK1) En supposant que le gain A de l'amplificateur est très élevé. AK1 est alors supérieur à 1 et par suite, Vm=AVs/AKi=Vs/ K1 est la relation connue. Suivant le but de la présente invention, on désire limiter le courant de moteur. En même temps, on désire avoir un fonctionnement en toute sécurité au cas où un circuit ouvert apparaisse dans la boucle de réaction du tachymètre. A cet effet, on doit deriver une relation entre le courant de moteur et la tension du tachymètre. La tension Vm destinée à commander le moteur 10 est egale à la chute de tension dûe à la résistance dans les enroulements du moteur ajoutée à la force contre-électromotrice engendrée par le moteur. La force contre-électromotrice est une fonction linéaire (Ke) de la vitesse du moteur (S). Par suite, Ym-IR+KeS. Cependant la tension sur le conducteur 26 (KtVt) est une fonction linéaire (K) de la vitesse du moteur S. KtVt =KS. A partir de la dérivée précédente on sait aussi que Vm=Vs/K1. Par suite Vm=Vs/K1=IR+(Ke/K)KtVt. Dans un mode de realisation préféré, pour un moteur et un asservissement considéré particulier, K1=0,05 ; R=0,5 ; Ke/K=IO ; et pour un courant moteur désiré maximal I=40. Par suite : Vs=1+0,5KtVt. il est à noter que dans cette dernier équation, les chiffres considérés concernent les parametres spécifiques dont il est question ci-dessus. Pour un autre moteur et un autre asservissement, ces chiffres varieront, la linéarité demeurant toutefois. - La Figure 3 représente la manière dont on peut incorporer au dispositif de la Figure 2, un circuit de limitation et une sécurité additionnelle suivant l'équation cidessus. Comme représenté sur la Figure 3, un circuit de blocage 50 est relié entre les conducteurs 26 et 34. Le circuit 50 utilise la tension apparaissant sur le conducteur 263pour faire en sorte que la tension d'asservissement Vs sur le conducteur 34 ne dépasse jamais la tension indiquée par la derniere équation. On voit d'après cette équation, qu'en cas de circuit ouvert dans la boucle de réaction du tachymètre, la tension d'asservissement Vs est verrouillée a une valeur fixe, à savow,r 1 volt. Le circuit de blocage 50. peut être constitué par le circuit representé sur la Figure 4A. Ce circuit comporte une première résistance 52, une seconde résistance 54, et une troisième resistance 56, chacune de ces résistances comportant une extrémité connectée à une borne de jonction 58. L'autre extrémité de la première résistance 52 est connectée a une première source de tension fixe 60. L'autre extrémité de la seconde résistance 54 est reliée à une seconde source de tension fixe, par exemple, la masse. t'extrémité de la troisieme résistance 56 est reliée à une borne d'entrée 62. (Dans les circuits représentés sur la Figure 3, la tension d'entrée V. correspond à la tension de réaction du tachymètre KtVt).Entre la borne de jonction 58 et une borne de sortie 64, le circuit de blocage 50 comporte une diode ideale 66. Par:suite de l'action de cette diode idéale, la tension à la borne 64 ne peut jamais dépasser 7a tension à la borne de jonction 58. (Dans le circuit de la Figure 3, la tension de sortie Vout sur la borne 64 correspond à la tension d'asservissement Vs sur le conducteur 34). La tension à la borne de jonction 58 peut être calculez par sommation du courant à travers les résistances 52, 54 et 56 et en divisant le courant total par la somme des admitances, des résistances 52, 54 et 56.Connaissant la tension fixe 60, le fait que la résistance 54 soit connectée par sa seconde extrémité a la masse, et la relation désirée entre la tension au point 58 et celle à la borne 62, les valeurs de résistance peuvent être calculées. A titre d'exemple, avec la tension fixe 60 de 12 volts et en utilisant la derniere equation pour la relation de tension, on peut calculer la première résistance 52 pour qu'elle ait une valeur de 600 kilohms, la seconde resistance 54 pour qu'elle ait une valeur de 120 kilohms, et la troisième résistance 56 pour qu'elle ait une valeur de 100 kilohms. Dans ce qui précède on suppose ltexistance d'une diode idéale 66. En réalité, aucun composant n'agit comme une diode idéale. Cependant, le circuit représenté sur la Figure 4B est très proche des caractéristiques d'une diode idéale et dans toutes les applications pratiques peut être utilise comme tel. Le circuit 66 comporte un amplificateur operationnel 68 dont l'entrée non inverseuse est connectée à la borne 58 par l'intermédiaire d'un conducteur 70. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 68 est appliqué a la borne sortie 64 par l'intermédiaire d'une diode 72 dont l'anode est reliée à la borne de sortie 64 et dont la cathode est reliée à la borne de sortie de l'amplificateur 68.. La borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 68 est connectée par l'intermédiaire d'un conducteur 74 saune première extrémité de la résistance 76, dont la seconde extrémité est reliée à la borne de sortie 64. La borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel est également reliée par I'intermédiaire du conducteur 74 à la cathode de la diode 78 dont l'anode est reliée à la borne de sortie de l'amplificateur 78, comme représenté.Un amplificateur opérationnel avec une boucle de reaction comme représenté sur la figure 4B fonctionne de manière à rendre égaux les courants dans ses entrées non inverseuse et inverseuse. Par suite, si la tension sur la borne 64 cherche à s'élever au-dessus de la tension à la borne 58, l'amplificateur 68 agit de manière à reduire le courant et par suite a réduire la tension sur la borne 64. Ainsi, le circuit représente sur la Figure 48 agit comme une diode idéale. La Figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention, dans lequel sont incorporés les circuits des Figures 4A et 4B. Dans le dispositif de la Figure 3, en comparant les Figures 3 et 5, on constate que sur la Figure 5, l'amplificateur opérationnel 80 est une combinaison du sommateur 18 et de l'amplificateur 32 de la Figure 3. De même, l'amplificateur opérationnel 82 de la Figure 5 est une combinaison du sommateur 36 et de l'amplificateur 40 de la Figure 3. La Figure 6 représente des courbes de courant en fonction du temps avec ou sans limitation de courant. La courbe en trait plein montre le courant envoyé au moteur durant le demarrage sans limitation de courant. On voit que le courant atteint. une valeur de pic elevée et chute ensuite lorsque le moteur accélère jusqu'au moment T1.oû le moteur atteint sa vitesse de croisière et le courant est réduit à une valeur de croisière stable, faible. La courbe en tireté de la Figure 6 illustre le courant envoye au moteur, lorsqu'un circuit de limitation de courant est incorpore dans les dispositifs d'asservissement. On voit que le courant demeure essentiellement constant jusqu'au temps T2 où le moteur atteint sa vitesse de croisière, le courant à ce moment, etant encore réduit. il est à noter d'après les courbes de la Figure 6, qu'avec une limitation de courant il faut au moteur un temps suffisamment plus long pour atteindre sa vitesse de croisière mais le risque de griller le moteur est grandement réduit. L'analyse ci-dessus était basée sûr la situation idéale, dans laquelle on utilise la relation dérivee ci-dessus qui est Vs=1+015KtVt Par l'expérimentation, on a trouvé que du fait,-des variations de gain du dispositif du second ordreS l'accélération chute légèrement aux vitesses élevés voisines- de la vitesse de croisière désirée.Par suite, un facteur de correction de 15 % a été introduit ce qui modifie la relation ci-dessus de la manière suivante VS=1+0 ,58KtVt Avec cette relation, les valeurs de résistance dans le circuit~de blocage 50 doivent etre recålculees de manière à obtenir une premiere résistance 52 d'une valeur de 1 megohm, une seconde résistance 54 d'une valeur de 243 kilohms et une troisieme résistance 56 d'une valeur de 143 kilohms. Avec ces valeurs de resistance, on a trouve que l'accélération du moteur est sensiblement linéaire jusqu'à la vitesse de croisière désirée. La description ci-dessus est simplement destinee à illustrer un mode de réalisationparticulier de-la présente invention. Bien des variantes peuvent, en effet, être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications annexées. En particulier, les exemples numériques donnes dans la description ci-dessus le sont à titre essentiellement illustratif. REVENDICATIONS 1 - dispositif de commande de la vitesse d'un moteur comportant des moyens pour genérer un premier signal représentatif de la vitesse instantanee du moteur, des moyens pour générer un second signal représentatif d'une-vitesse moteur désirée, des moyens pour agir sur les premier et second signaux, en vue de générer un troi sième signal représentatif de la difference entre les vitesses instantanee et désirée du moteur, et des moyens sensibles au troisième signal, en vue de délivrer un signal de commande du moteur, ce signal de commande etant fonction dudit troisième signal suivant une relation connue, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte, en outre,des moyens de blocage destinés à empêcher le troisième signal de dépasser une valeur maximale variable fonction dudit premier signal. 2 - Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage comportent des moyens pour générer un signal de blocage qui est une fonction linéaire dudit premier signal et des moyens pour bloquer la valeur maximale du troi; sième signal à celle du signal de blocage. 3 - Dispositif, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction linéaire est une valeur constante, à laquelle est ajoutée un multiple constant dudit troisieme signal. 4 - Dispesit.if,-suivant la revendication 2, caractérise en ce que les moyens de génération du signal de blocage comportent : une première résistance dont une première extrémité est reliée à une première tension de référence, et dont une seconde extrémité est connectée à une borne de jonction, une seconde resistance dont une première extrémité est reliee à une seconde tension de référence et dont une seconde extrémité est reliée à ladite borne de jonction et une troisième résistance dont une première extrémité est connectée de manière à recevoir ledit premier signal et dont une seconde extrémité est reliee à ladite borne de jonction, les valeurs de résistance étant choisies de manière à satisfaire ladite fonction linéaire. 5 - Dispositif, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage comportent une diode idéale dont la cathode est reliée à ladite borne de jonction, et dont l'anode est reliee à la sortie des moyens de génération du troisième signal.