Brevet FR2432796A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne le contre de la vitesse de moteurs en courant alternatif, et en particulier de moteurs miniatures, ctest-à-dire ceux ayant des sorties de quelques watts. Elle s'applique particulièrement au contre de la vitesse des moteurs miniatures synchrones, mais elle s'applique également aux moteurs miniatures à induction. Traditionnellement, les moteurs synchrones en courant alternatif sont contrtlés en utilisant des inverseurs employant des thyristors ou des triacs pour faire passer un courant alternatif à une fréquence variable et contrôlée vers le moteur. Cette technique donne de très bons résultats avec des moteurs ayant une puissance comparativement élevée. Dans les plus petits moteurs et les moteurs miniatures on a utilisé une technique pouvant hêtre appelée "thyristors éclatant ". Cependant, cette technique impose une contrainte considérable sur le moteur, et il doit entre étudié en tenant compte de cela. Des transistors peuvent également hêtre employés à la place des thyristors ou triacs pour attaquer des moteurs miniatures, mais si on les utilise pour des moteurs synchrones à aimants permanents, la gamme utilisable des fréquences et par conséquent de la vitesse contr81able ou réglable est assez limitée (généralement de l'ordre de 5 à i). Au moins dans les modes de réalisation préférés, la présente invention a pour but de procurer un appareil de contrôle transistorisé ayant une gamme moins limitée de vitesse réglable. Selon la présente invention, on prévoit un appareil de contre pour fournir un courant alternatif à fréquence variable à un moteur en courant alternatif, comprenant au moins un transistor conducteur de courant vers le moteur en réponse à un signal à une fréquence variable, et un agencement d'un circuit tirant produisant une réaction positive autour du transistor. De préférence, ce transistor est conducteur dans une direction pendant une moitié du cycle du courant alternatif vers le moteur, et il charge également un condensateur entre le transistor et le moteur pendant cette moitié du cycle, un moyen étant prévu pour décharger le condensateur à travers le moteur pour produire du courant en direction opposée pendant l'autre moitié du cycle. Dans un mode de réalisation préféré, une résistance est prévue dans le trajet de courant vers le moteur afin de réduire la tension 9 àiavers le moteur dans sacondition de résonance de gamme moyenne. Cette résistance peut être connectée en série entre le moteur et le transistor. De préférence, cependant, au moins une partie de cette résistance est prévue en série avec une entrée d'alimentation en courant vers l'appareil de contrôle. De préférence, le signal commandant le transistor est un créneau faisant passer le transistor à la fermeture et à 11 ouverture. Le signal peut être produit par un multivibrateur, par exemple sous forme d'un circuit intégré. La réaction positive peut être produite à travers un condensateur tirant agencé pour se charger quand le transistor n1 est pas conducteur, et pour produire une tension supérieure à celle appliquée par la source de courant continu à la base du transistor quand ce dernier commence à être conducteur. Dans une forme, le moyen pour décharger le condensateur en série avec le moteur est un autre transistor agencé à travers le condensateur et le moteur. Dans une autre forme, le moyen de décharge est formé par un trajet de circuit àtravers le moteur et le condensateur, ce trajet comprenant la jonction base-émetteus du transistor ou une diode à travers cette jonction, et un autre transistor qui est connecté à travers la jonction base-émetteur, le condensateur et le moteur. Dans cette forme, l'autre transistor est de préférence un transistor appliquant le créneau à )abase du premier transistor. Sans diode, cet autre transistor décharge le condensateur en polarisant en inverse la jonction base-émetteur du premier transistor pour provoquer une rupture de cette jonction, mais de préférence, la diode est prévue à travers la jonction base-émetteur pour empêcher cela. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre une source de courant continu et sa connexion à un circuit intégré de temporisation - la figure 2 montre-le temporisateur en plusde détail - la figure 3 montre une forme d'un inverseur - la figure 4 montre une seconde forme modifiée-d'un inverseur ; et - la figure 5 montre une modificationdu circuit de la figure 1. En se référant d'abord à la figure 1, une alimentation en courant du réseau 10 est redressée en une haute tension continue (environ 320 volts) au moyen d'un pont de diodes 12, dont la sortie est filtrée par un condensateur C1. Cette tension continue sera inversée en un courant alternatif à fréquence variable par un circuit inverseur à transistors qui sera décrit ci-aprs en se référant aux figures 3 et 4. Afin de générer un signal de contrôle pour faire passer les transistors de l'inverseur à la fermeture et à l'ouverture, un circuit intégré 14 à multivibratéur, du type NE555, est utilisé comme temporisateur pour produire un créneau à fréquence variable. Cependant, la tension continue à la sortie du condensateur de filtrage C1 est bien trop élevée pour faire fonctionner le circuit intégré, et est nécessaire d'utiliser une résistance RD (avantageusement de 220 Kh) pour faire chuter une proportion importante de la tension continue afin d'appliquer le niveau nécessaire en courant continu Vcc au temporisateur NE555. En général, il est recommandé qu'une diode Zener Z et un condensateur C5 soient utilisés avec la résistance RD, comme cela est illustré sur la figure 1, afin de former une alimentation én courant stabilisé , mais il est également possible d'obtenir un fonctionnement satisfaisant meme sans utiliser la diode Zener et le condensateur C5. Le circuit intégré 14 est connecté comme cela est représenté sur la figure 2 pour former un multivibrateur avec le créneau symétrique souhaité à sa sortie 16. Des résistances de temporisation RA et RB et un condensateur de temporisation C4 sont prévus, et la résistance R3 est divisée en une résistance variable RB2 (pour faire varier la fréquence du créneau de sortie) et une résistance en série plus petite RB1 (pour limiter la fréquence).Dans la théorie, pour produire un créneau symétrique de sortie, la valeur de la résistance RA doit être aussi faible que possible en comparaison avec R3. Mais en considérant la consommation de courant du temporisateur pendant les deux moitiés de son cycle, en tenant compte de toute variation conséquente de la tension d'alimentation Vcc courant dissipé par la résistance RD, cela produit des limites. Les valeurs préférées, pour un inverseur devant attaquer un moteur synchrone en courant alternatif à aimant permanent miniature de 2,8 watts sont les suivantes RA = 3,3 Kn; RB1 = 82KR; RB2 : 1mur; C4 : 0,22 WF. En se référant à la figure 3, la sortie du temporisateur 14 agit sur la base d'un transistor T1 à travers une résistance RI. Si la sortie du temporisateur est basse (environ O à 1 volt), le transistor Ti ntest conducteur d'aucun courant et le potentiel à son collecteur (point B) est assez élevé (environ 300 volts) et un transistor T2 du type NPN, dont la base est connectée au point B passe à la fermeture du fait de cette haute tension. Comme le transistor T2 passe à la fermeture, le potentiel à un point D rapproche de celui du rail positif en courant continu, et le courant s'écoule du point D par un condensateur d'isolement C2 dans le moteur M dans la direction indiquée par la flèche X sur la figure 3. Le transistor T1 a des résistances de collecteur R2 et R3 en série, et un condensateur tirant C3 est connecté entre le ctté de sortie du condensateur C2 et le point de jonction A de R2 et R3. Si le condensateur C3 est initialement non chargé, il y a très peu de tension à travers lui, car les potentiels auKpoints A et D s'approchent tous deux (bien qu'environ 20 volts en dessous) du potentiel du rail positif en courant continu. Quand sortie du temporisateur 14 est élevée (environ 2 à 6 volts), le transistor Typasse à la fermeture, et le point B est vIrtuellement connecté au rail négatif en courant continu. Le transistor T2 passe à l'ouverture, mas un transistor T3 du type PNP, en série avec le transistor T2 et ayant également sa base connectée au point B passe à la-fermeture. La charge initialement stockée dans le condensateur d > isole- ment C2 se décharge par le transistor T3, inversant ainsi la direction du courant s'écoulant dans le moteur. En même temps, la différence de potentiel entre les points A et D forcera le courant à s'écouler à travers les condensateurs et à charger un condensateur tirant C3 à la polarité illustrée sur la figure 3. Quand la sortie du temporisateur 14 est de nouveau basse, le potentiel aux points B et D a tendance à augmenter jusqu'au potentiel du rail positif et comme le gain en tension du transistor T2 est très proche de l'unité (zest un émetteur suiveur) et que le potentiel à travers tout condensateur ne peut changer instantanément, le potentiel au point A aura tendance à augmenter au-dessus de celui du rail positif en courant continu (car le condensateur tirant sera chargé à environ 20 V) Ce processus de réaction positive autour du transistor T2 sature rapidement ce dernier tandis qu'il passe à la fermeture. I1 est important de saturer les transistors ou bien la dissipation de courant dansles transistors nécessitera que ces dispositifs soient suroalibrés. On a cependant trouvé que la capacité du condensateur tirant pouvait être réduite si sa borne négative était connectée directement à l'émetteur du transistor T2 comme cela est illustré sur la figure 4. Ce circuit assure également que le transistor T2 sera soit totalement ou presque totalement saturé que que soit la capacité du condensateur d'isolement. Par ailleurs, on a trouvé que la charge stockée dans le condensateur C2 pouvait être déchargée parles transistors T2 et T1 dans le rail négatif, et le transistor T3 qui est un transistor comateux du type PNP devient superflu. En retirant le transistor T3, le transistor T2 doit cependant être surcalibré car le potentiel au condensateur d'isolement C2 provoque une rupture Zener de T2 à chaque cycle afin de décharger le condensateur C2. Par conséquent, il faut une diode D1 à travers la jonction base-émetteur de T2 comme cela est illustré sur la figure 4 afin de former un trajet pour le courant de décharge. En plus de capter le signal en courant alternatif du point D, le condensateur d'isolement C2 sert également à réguler la tension appliquée au moteur. Aux basses fréquences, l'impédance de ce condensateur doit hêtre importante afin de délivrer une faible tension au moteur, et aux hautes fréquences, l'impédance du condensateur C2 doit Etre aussi faible que possible pour produire une haute tensionàtravers le moteur. En conséquence, il est nécessaire de calculer l'impédance du moteur afin de former un circuit résonnant entre le moteur et le condensateur dans la gamme des fréquences requises. La valeur du condensateur d'isolement est cependant très critique dans ce circuit résonnant, parce que le moteur synchrone à aimant permanent est très sensible à une instabilité sur et autour de certaines fréquences, phénomène analogue à l'instabilité aux fréquences moyennes ou résonance sur gamme moyenne des moteurs pas à pas. Pour surmonter cette tendance, comme cela est illustré sur la figure 4, une résistance RE peut être insérée en série entre le moteur miniature et le transistor T2 pourréguler le circuit résonnant. L'introduction de RE permettra alors d'utiliser des condensateurs onSuaues (dont la tolérance est généralement de + 20) sur la figure 4 pour capter la tension alternative. Pour un moteur synchrone de 2,8 watts, on choisit C2 de 0,47 gF (calibré à 250 volts) et RE est avantageusement de 1,2 Kh. Avec les valeurs des composants qui ont été données, la gamme de vitesse réglable du moteur synchrone à 2,8 watts est de l'ordre de 12 à 1, mais on peut démontrer que la gamme maximum réglable est de'l'ordre de 60 à 1 dans le même moteur. L'usage de techniques de tirage dans les circuits inverseurs a pour but d'obtenir une tension maximum à la sortie du circuit, et c'est en réalité ce qui est requis à la gamme supérieure des fréquences de fonctionnement. I1 serpar conséquent naturel de tenter de ne réduire la tension de sorte par aucun moyen. Malheureusement on a trouvé que de tels circuits étaient moins adaptés pour entraîner un moteur synchrone miniature autour de sa résonance sur gamme moyenne, parce qu'il faut trop de courant. Par conséquent, il est souhaitable d'utiliser la résistance en série RE qui absorbe une quantité sensible de la tension de sortie sur et autour de la fréquence de résonance à laquelle le courant tiré par le moteur est le plus élevé. En conséquence, c'est la nécessité apparemment contradictoire du tirage (pour obtenir la tension de sortie maximum) puis de la réduction de tension ensuite, qui rend le circuit de la figure 4 adapté au contrtle de la vitesse de moteurs miniatures en courant alternatif. Il n'est pas nécessaire que la résistance en série avec le moteur M soit directement entre le moteur et le transistor T2. Le circuit de la figure 5 est identique à celui de la figure 1, à l'exception qu'une résistance RF est prévue en série avec l'alimentation du réseau 10, du côté entrée du pont redresseur 12. Cela abaisse la haute tension continue produite à environ 250 volts, et on peut donc utiliser des transistors de tension moyenne commercialisés (par exemple du type BF259) dans le circuit inverseur. Cela limite également ltécoulement de courant vers le moteur, on peut donc utiliser une résistance RE d'une valeur inférieure (en effet, la résistance en série avec le moteur est répartie entre RE et RF) ou bien la résistance RE peut éventuellement être supprimée. Bien que la présente description se rapporte principalement à des moteurs synchrones à aimants permanents parce qu'ils sont les moteurs miniatures les plus populaires et les gks n s à obtenir, ce circuit peut également entraîner d'autres types de moteurs, par exemple, des moteurs à hystérésis ou à induction. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu > à 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 oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 .Appareil pour fournir un courant alternatif à fréquence variable à un moteurencourant alternatif pour contrôler sa vitesse, du type comprenant au moins un transistor qui est conducteur de courant vers le moteur en réponse à un signal à une frequence variable, caractérisé en ce qu'un agencement dtncircuit de tirage (C3) produit une réaction positive autour dudit transistor (T2). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement du circuit de tirage précité est un condensateur (C3) connecté autour du transistor (T2) précité. 3. Appareil selon ltune quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une résistance (RE, RF) est prévue dans le trajet de courant vers le moteur (M) provenant diune entrée d'alimentation en courant (10) à travers- le transistor précité, ainsi la tension à travers ledit moteur dans une condition de résonance sur gamme moyenne est réduite. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la résistance (RE) précitée est en série entre le transistor précité et le moteur précité. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la résistance (RF) précitée est en série entre l'entrée d'alimentation encourant précitée et le transistor précité. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un condensateur d'isolement (C2) est prévu entre le transistor (T2) précité et le moteur (M) précité, ainsi ledit transistor charge ledit condensateur d'isolement pendant une moitié de cycle du courant alternatif à fréquence variable pendant laquelle il fournit du courant au moteur dans une direction ; et un moyen (T3 ; D1, T1) pour décharger ledt condensateur d'isolement à travers ledit moteur en direction opposée est prévu, pour former l'autre demi-cycle du courant alternatif. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de décharge précité est un autre transistor (T3) agencé à travers le condensateur d'isolement précité et le moteur précité, qui est contrôlé par le signal précité à fréquence variable afin d'être mis en conduction quand le premier transistor (T2) précité est mis hors de conduction. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de décharge précité comprend un trajet de circuit à travers le moteur précité et le condensateur d'isolement précité, ledit trajet comprenant la jonction baseémetteur du transistor (T2) précité et un autre transistor (T1) qui est connecté à travers ladite jonction base-émetteur, ledit moteur et ledit condensateur d'isolement, ledit autre transistor étant contrôlé par le signal à fréquence variable précité pour passer à la fermeture et provoquer une rupture en polarisation inverse de ladite jonction base-émetteur pendant l'autre demi-cycle précité. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de décharge précité comprend un trajet de circuit à travers le moteur précité et le condensateur d'isolement précité, ledit trajet comprenant une diode (D1) connectée à travers la jonction base-émetteur du transistor (T2) précité et un autre transistor (T1) qui est connecté à travers ladite jonction base-émetteur, ledit moteur et ledit condensateur d'isolement, ledit autre transistor (T1) étant contrôlé par le signal à fréquence variable précité pour passer à la fermeture et provoquer une conduction à travers ladite diode pendant l'autre demi-cycle précité. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'autre transistor (T1) précité est un transistor appliquant le signal à fréquence variable précité au premier transistor (T2) précité.