Brevet FR2426356A1 — publié le 19791214

La présente invention se rapporte aux commandeséleF triques reglables à courant alternatif et a notamment pour objet un procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention peut être utilisée pour régler la vitesse de rotation et le démarrage des mécanismes équipés de moteurs asynchrones à rotor bobiné. Les mécanismes concernés sont des convoyeurs à bande, des tréfileuses, des équipements de grues et des treuils de forage. On connaît un procédé de réglage d'un moteur asynchrone à rotor bobiné, qui consiste en ce que, pour réguler la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone on procède à la régulation du courant circulant dans le rotor bobiné en utilisant à cet effet un régulateur à thyristors inséré dans le circuit du rotor bobiné, les impulsions de commande des thyristors étant formées à l'aide d'une tension en dents de scie produite par le courant de rotor bobiné. On connaît également un dispositif pour la réalisation dudit procédé de réglage, comportant trois résistances ballasts dont chacune est reliée par une extrémité à une des phases du rotor bobiné, tandis que les autres extrémités de ces résistances ballasts sont réunies en un point commun. En parallèle avec chacune des résistances ballasts on place deux thyristors, montés en parallèle et en opposition et formant dans ce cas un régulateur de courant à thyristors. Le dispositif comprend aussi un circuit débitant une mention en dents de scie, dont l'entrée est connectée aux enroulements secondaires des transformateurs de courant du rotor bobiné, et dont la sortie est reliée à 11 entrée d'un système de mise en forme dtimpulsions cosxandant le régulateur de courant à thyristors. Le procédé et le dispositif du type décrit ne permettent pas de réguler en continu le couple moteur du moteur asynchrone depuis la valeur zéro. Le courant circulant dans le rotor bobiné et le couple moteur délivré par le moteur asynchrone sont liés l'un à l'autre, ctest-à-dire que si le courant circulant dans le rotor bobiné est nul, le couple moteur du moteur asynchrone est lui aussi nul, et si le courant dans le rotor bobiné est différent de zéro, ledit couple moteur est lui aussi différent de zéro.En vue d'assurer un bon fonctionnement du dispositif en question, il est nécessaire que, tout de suite après la mise sous tension du stator du moteur asynchrone, un courant apparaisse dans le rotor bobiné, sinon la tension en dents de scie n'est pas produite et, à défaut de cette tension en dents de scie, il s'avère impossible d'effectuer le réglage de la vitesse de rotation du rotor bobiné. On connatt un autre procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné, qui consiste à réguler le couple moteur ou la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone en faisant subir au régulateur de courant à thyristors, inséré dans le circuit rotorique, l'action d'un signal résultant de la comparaison d'une tension de consigne et de la tension qui est proportionnelle à la tension réelle du courant traversant le rotor du moteur asynchrone. On connaît un dispositif pour la réalisation dudit procédé, comportant un transformateur dont l'enroulement primaire est branché sur le rotor bobiné du moteur asynchrone, et dont ltenroulement secondaire est relié à l'une des entrées d'un circuit comparateur, dont une autre entrée est connectée à un dispositif imposant l'intensité de rotation du moteur asynchrone, et dont la sortie est reliée à l'entré d'un circuit producteur d'impulsions de commande, relié par sa sortie au régulateur de courant à thyristors fermé sur une résistance ballast, pourvu d'un commutateur à plusieurs positions, et raccordé au rotor bobiné du moteur asynchrone. Le dispositif utilisimi limiteur de couple moteur destiné à limiter le couple moteur lorsque le commutateur à plusieurs positions cour-circuite les parties successives de la resisstancebellast.Le non fonctionnement du dispositif est asuuré du fait que dans chaque phase du rotor bobiné on place des résistances montées en parallèle avec le régulateur de courant à thyristors (brevet français NO 2 130 935, Cl. H 02 p 1/00, 1971) Le procédé de réglage d'un moteur asynchrone à rotor bobiné et le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, de type connu, ne permettent pas un démarrage progressif et une régulation continue de la vitesse de rotation du moteur asynchrone. Le démarrage progressif n1 est pas possible, vu la présence, dans chacune des phases du rotor bobiné du moteur asynchrone, de résistances qui, tout comme dans le cas du dispositif précédent, rendent possible l'écoulement du courant à travers le rotor bobiné tout de suite après la mise sous tension du stator du moteur asynchrone. Lorsque le commutateur à plusieurs positions met en court-circuit les parties de la résistance ballast, on assiste à de forts appels de courant rotorique et de brusques à-coups de couple du moteur électrique, ce qui impose l'usage d'un limiteur de couple. La présente invention vise à mettre au point un procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné et un circuit pour un dispositif de réalisation de ce procédé, qui permettraient d'assurer un démarrage progressif et la régulation de la vitesse d'un moteur asynchrone en améliorant ainsi la fiabilité des équipements technologiques. Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné au moyen de la régulation du couple du moteur asynchrone ou de la vitesse de rotation du rotor bobiné, consistant en ce qu'un régulateur de courant à thyristors, inséré dans le circuit rotorique, subit l'action d'une tension résultant de la comparaison d'une tension de consigne et d'unetension qui est proportionnelle à la tension réelle du rotor bobiné, ledit procédé étant, selon l'invention, caractérisé en ce que la tension proportionnelle à la tension réelle du rotor bobiné, avant sa comparaison avec la tension de consigne, se trouve transformée en une tension en dents de scie qui est en phase avec la tension du rotor bobiné, dont la durée est égale à une alternance de la tension du rotor bobiné, et dont l'amplitude est constante. Le problème précité est résolu aussi à l'aide d'un dispositif de commande de moteur asynchrone à rotor bobiné, comportant un transformateur dont l'enroulement primaire est branché sur le rotor bobiné du moteur électrique, et dont l'enroulement secondaire est relié à l'une des entrées d'un circuit comparateur dont une autre entrée est connectée à un dispositif de consigne d'intensité de rotation du moteur asynchrone, tandis que la sortie dudit circuit oemparateur est reliée à l'entrée d'un circuit producteur d'impulsions de commande relié par sa sortie à un régulateur de courant à thyristors formé sur une resistance ballast et inséré dans le circuit rotorique, ledit dispositif de commande étant, selon l'invention, caractérisé en ce qu'il utilise un circuit producteur de tenon en dents de scie dont une entrée est reliée à l'enroulement secondaire du transformateur et dont l'autre entrée est connectée à un transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone et relié au rotor bobiné, alors que la sortie dudit circuit producteur de tension en dents de scie est branchée sur le circuit comparateur. Il est avantageux que le circuit producteur de tension en dents de scie comporte un transistor dont la Jonction émetteur-base est branchée sur des diodes disposées en parallèle et en opposition, la base étant reliée à l'enroulement secondaire du transformateur en passant par une resistalce, tandis que le collecteur est connecté, à travers une autre résistance et un convertisseur, à un transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone, et qu'à la Jonction émetteur-collecteur est branché en parallèle un condensateur. Il est possible de réaliser le transducteur, débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone, sous la forme d'un transformateur. Il y a tout intérêt à réaliser le transdudeurdeDibant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du ro tor bobiné d'un moteur asynchrone, sous forme dune généra- trice de courant continu. Il est tout à fait possible de réaliser le transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone, sous la forme d'un capteur photoélectrique. Lorsqu'on réalise le transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone sous la forme d'un transformateur, il est avantageux d'utiliser en tant que convertisseur un redresseur. Lors 'on réalise le transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone sous la forme d'une génératrice de courant continu, il est préférable d'utiliser en tant que convertisseur un amplificateur à courant continue à sortie inverseuse. Lorsqu'on réalise le transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné d'un moteur asynchrone sous la forme d'un capteur photoélectrique, il est préférable d'utiliser en tant que convertisseur un amplificateur à courant continu. L'invention permet d'assurer une croissance continue du couple moteur dumceur asyni-aoredepuis la valeur zéro jusqu'à la valeur de couple indispensable pour le démarrage du moteur asynchrone et la mise en vitesse subséquente de ce moteur asynchrone en fonction des exigences technologiques de la commande électrique, ce qui permet d'améliorer sensiblement la fiabilité et la durée de vie des équipements technologiques. Dans l'exposé qui suit, 11 invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif, illustré par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma synoptique d'un dispositif de commande dsun moteur asynchrone à rotor bobiné, selon l'invention - la figure 2 représente le schéma électrique d'un formateur de tension en dents de scie, selon 1 'in vention - la figure 3 représente des courbes de la tension du rotor bobiné d'un moteur asynchrone et de la tension en dents de scie en fonction du temps le rotor bobiné étant immobile, selon l'invention - la figure 4 représente des courbes de la tension du rotor bobiné d'un moteur asynchrone et de la tension en dents de scie en fonction du temps, le rotor bobiné tournant à une vitesse égale à 50% de la vitesse de synchronisme du moteur asynchrone, selon l'invention. La figure 1 montre le schéma synoptique d'un dispositif réalisant le procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné selon la présente invention. Le dispositif de commande d'un moteur électrique 1 à rotor bobiné 2 comporte un transformateur 3 dont 1'enroulez ment primaire est branché sur le rotor bobiné 2 du moteur électrique 1, et dont l'enroulement secondaire est relié àlinedes deux entibsd'un formateur de tension en dents de scie 4. Une autre entrée du formateur de tension en dents de scie 4 est connectée à un transducteur 5 débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné 2 du moteur asynchrone 1, ce transducteur étant relié au rotor bobiné 2 du moteur électrique 1. Le transducteur 5 peut être réalisé sous la forme d'un transformateur relié électriquement au rotor bobiné 2 du moteur électrique 1, sous la forme d'un générateur de courant continu, lié mécaniquement au rotor bobiné 2 du moteur élec- trique 1, ou biensousla forme d'un capteur photoélectrique relié optiquement au rotor bobiné 2 du moteur électrique 1. Le dispositif comporte aussi un circuit 6 de consigne de l'intensité de rotation du rotor bobiné 2 du moteur asynchrone 1, ce circuit de consigne 6 étant relié par sa sortie à l'une des entrées d'un circuit comparateur 7 et servant à assigner l'intensité et le caractère de l'accélération du moteur asynchrone 1.Le circuit de consigne 6 peut être réalisé en faisant appel à tout montage connu, soit sous la forme d'une unité autonome fonctionnant selon un programme chargé dans cette unité, soit sous la forme d'un régulateur tel qu'un selsyn par exemple, délivrant un signal suivant la position de la manette de commande (n'apparaît pas sur les figures) Le circuit comparateur 7 forme à sa sortie un signal de commande qui est en phase avec la tension en dents de scie et qui est obtenu à partir de la tension fburnie par le circuit de consigne 6 de valeur imposée, à partir de la tension proportionnelle à la tension du rotor bobiné 2 du moteur électrique 1, et à partir de la tension en dents de scie. Un conformateur 8, relié par son entrée à la sortie du circuit comparateur 7, et par sa sortie, à l'entrée du régulateur de courant 9 à thyristors, sert à produire des impulsions de commande du régulateur de courant à thyristors et peut être constitué par tout montage connu de formateurs d'impulsions. Le régulateur de courant 9 à thyristors peut utiliser un pontage en pont de meme qu'un montage à thyristors montés en parallèle et en opposition dans chacune des phases du rotor bobiné 2. Le régulateur de courant 9 à thyristors est inséré dans le circuit du rotor bobine 2 du moteur électrique 1 et est formé sur une résistance ballast 10. Afin de pouvoir accorder le couple moteur du moteur asynchrone avec le couple résistant, on fait appel à un dispositif de commutation (n1 apparaît pas sur les figures) effectuant le shuntage)soit d'une partie de la résistance ballast 10, soit de toute la résistance ballast 10. Le dispositif de commutation peut Autre réalisé tant sous la forme d'un ou de plusieurs thyristors, que sous la forme d'un commutateur à plusieurs positions. La figure 2 fait apparaître le schéma électrique du formateur de tension en dents de scie 4. Le formateur 4 est constitué par une résistance Il dont une extrémité est branchée sur l'enroulement secondaire du transformateur 2 (figure i) et dont l'autre extrémité est connectée à des diodes 12 et 13. La résistance 11 est destinée à limiter le courant parcourant les diodes 12 et 13. Quant aux diodes 12 et 13, elles servent à limiter la tension de commande d'un transistor 14 qui remplit les fonctions d'un élément de commutation. Un convertisseur 15 est relié à une résistance 16 qui détermine le courant et la constante de temps de la charge du condensateur 17 et sert à produire une tension assurant la charge du condensateur 17. Le condensateur 17 constitue l'élément du montage qui forme la tension en dents de scie apparaissant à-la sortie du circuit 4 formateur de tension (figure i). Le convertisseur 15 (figure 2) fonctionne en redres- seur, si le transducteur 5 (figure 1) formant la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné 2 du moteur asynchrone 1 est réalisé sous la forme d'un transformateur électriquement relié au rotor bobiné 2 du moteur asynchrone 1, ou sous la forme dtun amplificateur à courant continu, si le transducteur 5 est réalisé sous la forme d'une génératrice de courant continu ou d'un capteur photoélectrique. Dans le cas où letransducteur 5 est réalisé sous la forme d'une génératrice de courant continu, le convertisseur 15 est un amplificateur à courant continu à sortie inverseuse. La figure 3 représente les courbes de variation, en fonction du temps t, de la tension U proportionnelle à la tension du rotor bobiné 2 (figure 1), et de la tension en dents de scie à la sortie du formateur 4, ou, ce qui revient au même, au condensateur 17 (figure 2), le rotor bobiné 2 (figure 1) étant arrêté. La figure 4 représente les courbes de variation, en fonction du temps t, de la tension U proportionnelle à la tension du rotor bobiné 2 (figure i) et de la tension en dents de scie à la sortie du formateur 4, ou, ce qui revient au même, au condensateur 17 (figure 2) , lorsque le rotor bobiné 2 du moteur électrique 1 (figure 1) tourne à une vitesse égale à 50% de la vitesse de synchronisme du moteur asynchrone 1. Le dispositif représenté à la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Au stator du moteur électrique 1 immobile est appliquee la tension du secteur, et il s1 ensuit que sur le rotor bobiné 2 apparaît une tension qui, après avoir été élevée ou abaissée dans le transformateur 3 en fonction de la valeur de la tension nominale du rotor bobiné 2 quand le moteur électrique 1 est sans mouvement, est appliquée à l'une des entrée du circuit formateur 4. En même temps, la seconde entrée du formateur 4 est mise sous la tension provenant du transducteur 5. il en résulte que le formateur 4 débite une tension en dents de scie qui apparaît à sa sortie. Dans ce cas, le formateur 4 (figure 1) dont le schéma électrique est représenté à la figure 2 fonctionne de la façon suivante. La tension proportionnelle à la tension du rotor bobiné 2 (figure 1)est appliquée à entrée du formateur 4, à laquelle est connectée une extrémité de la résistance 11 (figure 2), et,une fois limitée en amplitude par les diodes 12, 1Dlest appliquée à la base du transistor i4. Cela se fait pour que la tension en dents de scie à obtenir soit en phase avec la tension du rotor bobiné 2 et que sa durée soit égale à la moitié de la période de la tension du rotor bobiné 2 (figure 1) Ledit transistor 14 (figure 2) constitue un élément de commutation qui, lorsqu'il est ouvert, effectue le shuntage du condensateur 17 et arrête donc la formation de la tension en dents de scie. Quand le transistor 14 n'est pas passant, le condensateur 17 se charge et atteint l'amplitude A, comme indiqué à la figure 3.La charge du condensateur 17 (figure 2) est assurée par la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné 2 (figure 1) et se fait par l'intermédiaire de la résistance 16 (figure 2). La tension en dents de scie obtenue de cette manière, aussi bien que la tension débitée par le circuit de consigne 6 (figure 1) et la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné 2, sont recueillies par le circuit comparateur 7, qui délivre à sa sortie des impulsions commandant le circuit 8, la durée de ces impulsions étant proportionnelle à la différence des tensions appliquées. Au moment où une tension est appliquée au stator du moteur électrique 1, cette différence est nulle et à la sortie du circuit comparateur 7 il n'y a pas de signal. Etant donné le fait que le circuit comparateur 7 n'envoie pas de signal vers l'entrée du circuit 8, ledit circuit 8 ne produit pas d'impulsions pour la commande du régulateur de courant 9 à thyristors.Dans ce cas, le courant ne circule pas dans le rotor bobiné 2 et, par conséquent, le couple moteur du asynchrone 1 fait défaut. Lors de la régulation du courant circulant dans le rotor bobiné 2, ou lors de la variation de la tension de consigne, la différence entre les signaux parvenant à l'en- trée du circuit comparateur 7 augmente, ce qui conduit à l'apparition dtimpulsions à la sortie du circuit comparateur 7. Dans la suite, le régulateur de courant 9 à thyristors fonctionne en régulateur triphasé à thiristors, l'angle d'amorçage des thyristors pouvant varier et la fréquence étant synchrone avec celle du glissement du rotor bobiné 2. Le fait de pouvoir réguler l'angle d'amorçage des thyristorsassure l'accroissement progressif du courant circulant dans le rotor bobiné 2 du moteur électrique 1, et par conséquent, du couple moteur de ce même moteur asynchrone. La croissance du couple moteur se poursuit Jusqu'au démarrage du moteur électrique 1, et ensuite a lieu la mise en vitesse du rotor bobiné 2 avec une accélération déterminée par le circuit 6 de consigne de l'intensité de rotation du rotor bobiné 2 du moteur électrique 1. Etant donné que la tension en dents de scie se trouve en phase avec la tension du rotor bobiné 2, la durée de la tension en dents de scie est égale à une demie-période de la tension du rotor bobiné 2 et son amplitude A est constante tant avec le rotor bobiné 2 immobile qu'avec le rotor bobiné 2 en rotation, comme indiqué à la figure 4, et il stavère donc possible de réguler progressivement le couple moteur du moteur asynchrone 1 depuis la valeur zéro jusqu'au dé marrage du moteur asynchrone 1 et de réguler ainsi, également progressivement, la rotation du moteur asynchrone 1 dans toute la plage de vitesse. Le procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné et le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé permettent d'assurer une croissance uniforme du couple moteur du moteur asynchrone depuis la valeur zéro Jusqu'à la valeur de couple nécessaire pour le démarrage, et la mise en vitesse subséquente du moteur asynchrone en fonction des exigences technologiques de la commande électrique, ce qui permet d'améliorer considérablement la fiabilité et la durée de vie des équipements technologiques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qutà titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en eouvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S ~~~~~~ ~~~~~ ~~~~~~~~~~~~ 1. Procédé de commande d'un moteur asynchrone à rotor bobiné, par réglage du couple du moteur asynchrone ou de la vitesse de rotation de son rotor bobiné, du type consistant à faire agir sur un régulateur de courant à thyristors inséré dans le circuit rotirique une tension résultant de la compo raison d'une tension de consigne et d'une tension proportion nelle à la tension réelle du rotor bobiné, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite tension proportionnelle à la tension réelle du rotor bobiné, avant sa comparaison avec ladite tension de consigne, et converkb en une tension en dents de scie qui est en phase avec la tension du rotor bobiné, dont la durée est égale à une demie-pdriode de la tension du rotor bobiné, et dont l'asplitude est constante. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, du type comportant un transformateur dont l'enroulement primaire, est relié au rotor bobiné du moteur asynchrone, et dont l'enroulement secondaire est relié à l'une des entrées d'un circuit comparateur dont une autre entrée est connectée à un dispositif de consigne de l'intensité de rotation du moteur asynchrone, tandis que la sortie dudit circuit comparateur est reliée à l'entrée d'un circuit formateur d'impulsions de commande dont la sortie est reliée à un régulateur de courant à thyristors fenzd sur uen résistance ballast et inséré dans le circuit rotorique, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit formateur de tension en dents de scie, dont une entrée est reliée à l'enroulement secondaire du transformateur, et dont 11 autre entrée est connectée à un transducteur débitant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone et relié au rotor bobiné, tandis que la sortie dudit circuit formateur de tension en dents de scie est raccordée an circuit comparateur. 3. Dispositif suivant la revendication 29 caractérisé en se que le circuit formateur de tension en dents de scie comporte un transistor, à la jonction émetteur-base duquel sont reliées des diodes connectées en parallèle et en opposition, la base dudit transistor étant reliée à ltenrou- lement secondaire du transformateur en passant par une résistance, tandis que son collecteur est connecté, par l'intermédiaire d'une autre résistance et d'un convertisseur, au transducteur débitant la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone, et qu'à la jonction émetteur-collecteur dudit transistor est connecté en parallèle un condensateur. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le transducteur débitant la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone est réalisé sous la forme d'un transformateur. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le transducteur débitant la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone est réalisé sous la forme d'uen génératrice de courant continu. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le transducteur débitant la tension proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor bobiné du moteur asynchrone est réalisé sous la forme d'un capteur photoélectrique. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'en tant que convertisseur est utilisé un redresseur. 8. Dispositif suivant l'une des revendication' 2, 3 et 5, caractérisé en ce qu'en tant que convertisseur est utilisé tri amplificateur à courant continu à sortie inverseuse. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 2, 3 et 6, caractérisé en ce qu'en tant que converisseur est utilisé un amplificateur à courant continu.