Brevet FR2397745A1 — publié le 19790209

L'invention est relative aux dispositifs de régulation automatique de la vitesse des moteurs électriques à courant continu alimentés à partir de convertisseurs à soupapes, et elle concerne plus précisément la conception d'un dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur électrique à courant continu à commande asservie du champ de moteur. Les dispositifs de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur à courant continu à commande asservie du champ du moteur sont utilisés pour régler la vitesse des moteurs à courant continu dans une large gamme. L'utilisation du dispositif de régulation est particulièrement efficace pour lesmoteurs à courant continu de forte puissance utilisés pour divers mécanismes industriels, par exemple pour le contrôle automatique de la vitesse des moteurs de laminoirs, des cages finisseuses des trains de laminage continu de larges feuillards, et dans tous les cas de laminage à chaud ou a' froid. On connait un dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur à courant continu à commande asservie du champ du moteur, comportant un régulateur de force électromotrice (force désignée ci-après par les lettres F,E,M,) dont l'une des entrées est raccordée à une unité de signal de consigne propor tiânnel à la valeur nominale de la F.E.M. du moteur, une autre entrée du régulateur de F.E.M. étant relié électriquement au mo teur à partir duquel cette entrée est attaquée par un signal proportionnel à la F.E.M. réelle du moteur.La sortie du régulateur de la F.E.M. est raccordée à l'une des entrées d'un régulateur de courant d'excitation, dont une autre entrée est raccordée électriquement au moteur, à partir duquel cette entrée est attaquée par un signal proportionnel au courant d'excitation réel. La sortie du régulateur de courant d'excitation est raccordée électriquement a' un convertisseur à soupapes alimentant l'enroulement d'excitation du moteur. Lorsque la vitesse du moteur est inférieure à la vitesse nominale, le signal de sortie du régulateur de la F.E.N., et par conséquent le courant d'excitation du moteur, ne dépendent pas de la vitesse, car le régulateur de F.E.M. est saturé. Lorsque la vitesse donnée au moteur est supérieure à la vitesse nominale, il se produit à l'entrée du régulateur de F,EI, un changement du signe du signal résultant du fait que le signal de réaction en F.E.N. dépasse le signal de consigne; le régulateur de F.E.M. entre alors en action en réduisant le signal de consigne à l'entrée du régulateur de courant d'excitation. Il en résulte que le niveau du signal de sortie du régulateur de courant d'excitation diminue. Le convertisseur à soupapes qui alimente l'enroulement d'excitation du moteur est partiellement bloqué et réduit le courant d'excitation du moteur jusqu'à la valeur correspondant à la valeur assignée de la vitesse, dépassant la vitesse nominale. Lorsque le couple résistant sur l'arbre du moteur est élevé et lorsque le moteur fonctionne à une vitesse dépassant la vitesse nominale, le courant du moteur augmente sensiblement. Compte tenu de ce fait t il faut choisir la valeur assignée invariable de la F.E.N. de telle façon que, pour le courant maximal de la charge, la tension aux bornes de l'induit du moteur ne dépasse pas la valeur nominale. Pour satisfaire à cette condition la valeur de consigne de la F.E.M. doit être inférieure à la F.E.M. nominale du moteur, ce qui entraîne une utilisation insuffisante de la puissance du moteur lorsqu'il fonctionne dans la place des faibles charges. Le maintien de la F.E.M. au niveau nominal entraine l'augmentation de la réserve en tension du convertisseur de puissance à soupapes alimentant l'induit du moteur. Cette réserve en tension est nécessaire pour compenser les pertes actives dans le circuit de l'induit en cas de fortes intensités du courant de charge. Lorsque les intensités du courant de charge sont faibles le convertisseur de puissance à soupapes fonctionne en régime de surrégulation, ce qui entraine la dégradation du Cos Y de la commande électrique à soupapes. Ainsi, l'utilisation d'un tel dispositif connu de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur à courant continu avec commande asservie du champ du moteur, pour un moteur qui fonctionne dans une large gamme de vitesses et de charges,-entrat- ne la dégradation des indices énergétiques de la commande électrique à soupapes. L'invention vise à modifier ce dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur électrique à courant continu à commande asservie du champ. du moteur, de telle façon que, lorsque l'intensité du courant de charge croit jusqu'à une valeur dépassant la valeur nominale, on puisse faire varier la valeur de consigne de la F.E.M. à l'entrée du régulateur de la F.E.M.,en maintenant la tension appliquée à l'induit du moteur à un niveau cons tant. Le dispositif de régulation selon l'invention à deux plages de la vitesse d'un moteur électrique à courant continu à commande asservie du champ du moteur, comporte un régulateur de P.E.N. dont l'une des entrées est raccordées à une unité du signal étalon de consigne proportionnel à la F*E.M. nominale du moteur et dont une autre entrée est liée électriquement au moteur, et un régulateur de courant d'excitation dont l'une-des entrées est raccordée à la sortie du régulateur de F.E.M. et une autre entrée au moteur, la sortie dudit régulateur de courant d'excitation étant reliée à un convertisseur à soupapes alimentant ltenroule- ment d'excitation du moteur, le susdit dispositif de régulation étant. caractérisé en ce qu'il comporte en outre un régulateur de tension à un pôle et une unité de tension de consigne, le régulateur de F.E.M. possédant une entrée supplémentaire à laquelle est raccordée la sortie dudit régulateur de tension dont l'une des entrées est raccordée à l'unité de tension de consigne, et une autre entrée reliée au moteur. Une telle réalisation du dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur à courant continu à commande asservie du champ du moteur permet d'améliorer les indices énergétiques de la-commande électrique à soupapes, ctest-à-dire, d'ameliorer l'utilisation de la puissance du moteur et le Cos t de la commande électrique à soupapes Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement encore de la descriptisn suivante d'un mode de réalisation préféré, mais non limitatif, description qui est faite en se référant au dessin annexé dont la figure unique est un schéma synoptique d'un dispositif de régulationsconforme à l'invention, à deux plages, de la vitesse d'un moteur électrique à courant continu à commande asservie au champ du moteur. Le dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur 1 à courant continu à commande asservie du champ du moteur i, dont l'induit est alimenté à partir d'un convertisseur à soupapes 2 d'alimentation, l'enroulement d'excitation du moteur 1 étant alimenté à partir d'un convertisseur à soupapes 3comporte un régulateur de courant d'excitation 4 dont la sortie est raccorde au convertisseur à soupapes 3. Une des entrées du régulateur de courant d'excitation 4 est reliée électriquement à l'enroule ment d'excitation du moteur l à travers un capteur de courant d'excitation 5. Une autre entrée (entrée de consigne) du régulateur 4 est raccordée à la sortie d'un régulateur 6 de F.E.M. Une des entrées du régulateur 6 de F.E,M, est raccordée à la sortie d'une unité de signal étalon de consigne 7, proportionnel à la F.E.M. nominale du moteur' une autre entrée du régulateur 6 est reliée électriquement à la sortie d'une unité de signal étalon de consigne 10 de la tension du moteur 1, et une autre entrée est reliée à travers un capteur de tension Il à l'induit du moteur 1. Tous les régulateurs et les capteurs mentionnés ci-dessus sont réalisés d'une façon connue, par exemple avec des amplificateurs opérationnels transistorisés à courant continu. Le régulateur de courant d'excitation 4 possède dans ce cas une caractéristique proportionnelle-intégrale, le régulateur de F.E.M. 6 possède une caractéristique intégrale, et le régulateur de tension 9 une caractéristique proportionnelle. Les unités de signal étalon 7 et 10, dans le cas le plus simple,- sont constituées par des diviseurs de tension à potentiomètres. La régulation, à l'aide du dispositif décrit, de la vitesse du moteur l à courant continu fonctionne dansune large gamme de vitesses et de charges dépassant les valeurs nominales. Cette ré régulation est effectuée de la façon suivante. Lorsque le moteur 1 fonctionne à des vitesses inférieures à la vitesse nominale dans une gamme des intensités du courant de cha-rge ne dépassant pas l'intensité nominale, l'entrée de consigne du régulateur 4 du courant d'excitation reçoit un signal proportionnel au courant nominal d-excitation, qui est déterminé par le niveau de limitation du signal de sortie du régulateur de F,E,M, 6. A 1 'une des entrées du-régulateur 6 et à partir de l'unité du signal étalon de consigne 7, arrive un signal proportionnel à la F.E.N. nominale du moteur ir et, à l'autre entrée du régulateur 6 de la F.E.M., arrive un signal proportionnel à la F.E.M. réelle du moteur 1, prélevé sur le capteur de F.E.M.8 qui, lors- que le moteur l fonctionne au régime indiqué, reste inférieur au signal étalon de consigne, ce qui assure le fonctionnement du régulateur 6 dans la zone de saturation. Lorsque le moteur est lancé jusqu'à une vitesse dépassant la vitesse nominale, sa F.E.M. croît proportionnellement à laug- mentation de la vitesse et, par conséquent, le signal à la sortie du capteur 8 de F.E.M. augmente. Le signal de consigne et le signal attaquant l'entrée du- régulateur de F.E.N. 6 à partir du capteur de F.E.M. 8 deviennent égaux, puis il se produit un dépassement dynamique du niveau du signal provenant du capteur de F.E.N. 8 par rapport au signal étalon de consigne; le signe du signal résultant change, la F.E.M. du régulateur 6 n'est plus saturée et son signal de sortie, proportionnel à la valeur assignée du courant d'excitation, diminue et attaque l'entrée du régulateur de courant d'excitation 4. Le convertisseur à soupapes 3 se bloque partiellement, en réduisant le courant d'excitation du moteur jusqu'à une valeur correspondant à la valeur assignée de la vitesse dépassant la vitesse nominale. La F.E.M0 du moteur au régime considéré est dérerminée par la valeur étalon de consigne et est maintenue par le régulateur 6 au niveau nominal. Lorsque l'intensité des courants du moteur se situe dans la gamme ne dépassant pas la valeur nominale, la tension sur l'induit est inferieure à la valeur nominale. La valeur de tension du moteur, qui dans le cas considéré est proportionnelle à la valeur courante du courant de la charge, reste inferieure à la tension nominale. Il en résulte, à l'entrée du régulateur de tension 92 un signal de consigne, proportionnel à la tension nominale du moteur, provenant de la sortie de l'unité 10, signal qui dépasse le signal proportionnel à la Valeur réelle de la tension du moteur prélevé sur le capteur 11. Le signal de sortie du régulateur 9 est égai à zéro. L'accroissement de la charge sur l'arbre du moteur provoque une augmentation de l'intensité du courant au-dessus de la valeur nominale et signal provenant du capteur de tension 11 devient supérieur au signal de consigne à l'entrée du régulateur de tension 9. A la sortie du régulateur 9 apparaît alors un signa qui attaque la troisième entrée du régulateur de F,E,M, 6,signal dont le signe est opposé à celui du signal étalon de unité 7. La croissance du signal de sortie du régulateur 9, et par conséquent, la diminution du signal de consigne résultant à lten trée du régulateur 6 dans la gamme des charges dépassant la charge nominale se produisent en fonction du dépassement, par la valeur réelle de la tension du moteur, de la tension de consigne, de telle manière que la tension à l'induit du moteur soit maintenue au même niveau que la tension nominale. Le maintien de la F.E.M. au niveau nominal avec des courants de charge se situant dans la gamme allant jusqu'au courant nominal inclus améliore l'utilisation de la puissance du moteur, par rapport aux dispositifs connus. La diminution de la valeur de réglage de la F.E.M. en fonction du dépassement de la valeur de la tension réelle du moteur ( par rapport à la valeur de consigne ) pour des courants de charge supérieurs au courant nominal, dispense d'augmenter la réserve en tension du convertisseur à soupapes alimentant l'induit du moteur. En outré, on exclut alors le fonctionnement du convertisseur à soupapes à un régime de surrégulation en cas de faibles courants de charge, ce qui entraîne un accroissement du Cos de la commande électrique à soupapes. -REVENDICATION- l.- Dispositif de régulation à deux plages de la vitesse d'un moteur électrique à courant continu à commande asservie du champ du moteur, comportant un régulateur de force électro-motrice (F.E.M*) ayant l'une de ses entrées raccordée à une unité de signal étalon de consigne proportionnelle à la F.E.M. du moteur et une autre entrée. reliée électriquement au moteur, et un régulateur de courant d'excitation ayant une de ses entrées raccordée à la sortie dudit régulateur de la F.E.M. une autre entrée, reliée électriquement au moteur, et sa sortie reliée électriquement à un convertisseur à soupapes alimentant l'enroulement d'excitation du moteur, le susdit dispositif de régulation étant caractérisé en ce qulil est doté en outre d'un régulateur de tension à un p8le et d'une unité de tension de consigne, le susdit régulateur de F.E.M. possédant une entrée supplémentaire à laquelle est raccor -dée la sortie dudit régulateur de tension dont l'une des entrées est'raccordée à l'unité de tension de consigne, l'autre entrée du régulateur de tension étant reliée électriquement au moteur.