Brevet FR2455387A1 — publié le 19801121

La présente invention concerne un régulateur de vitesse de rotation, destiné un moteur universel alimente par un réseau alternatif et comprenant un semiconducteur commande, et de prefe- rence un thyristor en série avec le moteur, un interrupteur seuil dans le circuit de commande du semiconducteur commande et un élément RC constante de temps variable du côte entree de l'interrupteur seuil. Dans un tel régulateur de vitesse de rotation connu (demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiee sous le n 27 02 142), l'interrupteur seuil est réalisé sous forme d'un transistor unijonction, dont l'electrode de commande est reliée à l'elément RC. Ce dernier est en parallele avec un diode de-Zener, elle même en parallèle avec le réseau alternatíf.La tension d'entrée de L'élément RC est ainsi sensiblement constante, même quand la tension alternative du réseau présente des fluctuations. Au cours de chaque alternance positive de la tension alternative du reseau, le condensateur de-l'élément RC atteint toujours au même instant la tension de charge nécessaire popr l'amorçage du transistor unijonction, de sorte que le semiconducteur commande s'amorce toujours au meme instant. Pour un meme angle d'amorçage, une tension réseau plus élevée entraîne toutefois une valeur efficace supérieure de la tension de service dú moteur.La vitesse de rotation du moteur varie donc également en fonction des fluctuations de la tension alternative du réseau, ce qui est gênant en particulier dans le bas de la plage de vitesse du moteur. L'invention a pour objet un régulateur de vitesse de rotation du type precedemment décrit et ne présentant pas cet inconvénient. Selon une caractéristique essentielle de l'inventionj l'interrupteur présente un seuil de valeur commandée; et un circuit de commande fait varier le seuil en fonction des variations de tension du réseau alternatif, et de préférence proportionnellement ces variations. Le régulateur selon l'-invention présente l'avantage de maintenir sensiblement constante la valeur efficace de la tension appliquée au moteur. Unvmoteur universel équipé d'un tel régulateur de vitesse de rotation peut ainsi être alimente par un réseau 220 V présentant une variation de tension de +10 %, sans différences notables de la vitesse de rotation. Même les fluctuations de tension apparaissant dans le réseau pendant le fonctionnement du moteur et influençant la vitesse de rotation sont compensées sans retard. Le moteur fonctionne à une vitesse de rotation sensiblement constante. La correction de vitesse de rotation selon l'invention pour des tensions réseau différentes supprime en outre tout risque d'arrêt du moteur sur une position bloquée de l'interrupteur, par suite d'une tension réseau trop faible. D'autrescaractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexes sur lesquels la figure 1 représente le schéma d'un regulateur de vitesse de rotation; et les figures2 à 4 représentent chacune les signaux de tension en deux points du régulateur et les diagrammes du courant dans le moteur pour trois valeurs différentes de la tension réseau. Le régulateur de vitesse de rotation 10 est encadré en points et tirets sur le schéma de la figure 1. Il est relié par ses deux bornes il et 12 à un réseau alternatif 15 classique, délivrant une tension de 220 V à une fréquence de 50 Hz. Les bornes 13 et 14 du régulateur 10 sont reliées a un moteur universel 16, du type série à collecteur. Le moteur 16 est ainsi branché en série avec un semiconducteur commandé, constitué par un thyristor 17, et relié directement au réseau alternatif 15. Le thyristor 17 présente une commande par déphasage. Un circuit de commande est prévu pour ce faire, avec un interrupteur a seuil 18 et un élément RC 19 a constante de temps ajustable. L'interrupteur 18 a seuil commande est constitué dans ce-cas par un transistor unijonction programmable 20, désigne par TUP 20 ci-après. Un circuit de commande 21 fait varier le seuil du TUP 20 de façon sensiblement proportionnelle aux fluctuations de la tension du réseau alternatif 15. Ce circuit de commande 21 comprend un diviseur de tension 22 ajustable, constitué par les résistances 23, 24 et 25, la résistance 24 étant réalisée sous forme de potentiomètre. la prise 26 du diviseur de tension 22 est reliée à la borne de commande de l'anode du TUP 20. Un condensateur d'atténuation 27 est en outre branché entre la prise 26 et le point bas du diviseur de tension 22. La cathode du TUP 20 est reliée par une résistance 28 à la gâchette du thyristor 17. L'élement RC 19 comprend un condensateur 29, une résistance 30 et une résistance variable 31. Le branchement en série de ces trois composants est en parallèle avec une diode de Zener 32. Une resistance 56 est branchée en parallèle avec la résistance variable 31 (potentiomètre) pour linéariser la vitesse à vide en fonction de la course du potentiomètre. te circuit de commande 21 comprend en outre une résistance 33 dont le branchement en série avec une résistance34 et une diode 35 est en parallèle avec les bornes 11 et 12 du régulateur de vitesse 10 et par suite avec le réseau alternatif 15.Le diviseur de tension 22 est monté en parallèle avec le branchement en série de la diode de Zener 32 et de la résistance-33, L'anode du TUP 20 est reliée à l'élément RC 19, et plus précisément au point de connexion du condensateur 29 et de la résistance 30. Un second thyristor 36 est monté en couplage antiparallèle avec le thyristor 17, de sorte qu'un des deux thyristors 17 et 36 peut toujours être passant pendant chaque alternance de la tension alternative du réseau 15. Le second thyristor 36 presente également une commande par déphasage, à l'aide d'un circuit de commande comprenant un interrupteur a seuil 37 et un élément RC 38. L'interrupteur à seuil 37 est constitué par une diode de décenchement39, insérée dans le circuit de gâchette du thyristor 36. L'élément RC 38 est constitué par un condensateur 40, relié d'une part à la cathode du thyristor 36 et d'autre part à l'entrée de la diode de déclenchement 39, et par une résistance 41. Le circuit de commande comprend en outre un condensateur 42 en parallèle avec l'élément RC 38. La resistance 41 de l'élément RC 38 fait simultanément partie d'un branchement en série, qui comprend en outre une diode 43 et une résistance 44, en parallèle avec le condensateur 42. Le circuit de commande du thyristor 36 est couplé inductivement au circuit de charge du thyristor 17. Un transformateur 45 est prévu pour ce faire, dont l'enroulement primaire 46 est branché entre la borne 14 du régulateur de vitesse 10 et l'anode du premier thyristor 17. L'enroulement secondaire 47 du transformateur 45 est en série avec une diode 48 et le condensateur 42. Une résistance variable 49 est en parallèle avec l'enroulement secondaire 47. Le condensateur 40 de l'élément RC 38 se charge d'abord par le transformateur 45 à une tension fonction de l'intensité du courant dans le circuit de charge du premier thyristor 17.Pendant l'alternance de la tension du réseau alternatif 15 pendant laquelle le second thyristor 36 est amorçable, le condensateur 40 poursuit sa charge jusqu'à la tension d'amorçage requise de l'interrupteur à seuil 37 ou de la diode de declenchement 39. Un dispositif de blocage 52 est prevu pour la diode 43 et constitué par le branchement en série d'une diode 50 et d'une résistance 51; il est relié d'une part au conducteur du régulateur de vitesse 10 aboutissant à la borne 11 et d'autre part au point de connexion de la diode 43 et de la résistance 44. Un circuit de protection des thyristors, constitué par le branchement en série d'un condensateur 53 et d'une resistance 54, est relié aux bornes 11 et 14 du régulateur de vitesse 10. Un groupe de condensateurs d'antiparasitage 55 est branché entre les bornes 11 et 12 du régulateur de vitesse 10. Le fonctionnement du régulateur de vitesse de rotation 10 précédemment décrit est le suivant. Pendant une alternance positive de la tension du réseau alternatif 15, un courant circule dans la diode 35, la résistance 34 et de la diode de Zener 32. Dans l'hypothèse o0 le réseau alternatif pre- sente exactement la tension nominale (figure 2, diagramme 1), le branchement en série de la diode de Zener 32 et de la resistance 33 produit la chute de tension U32 + U33 représentée sur la figure 2. Cette tension somme U32 + U33 est appliquée au diviseur de tension 22. Le condensateur 29 de l'élément RC 19 se charge sous la tension constante U32 Le troisième diagramme de la figure 2 représente la t variation de la ension U29 appliquée au condensateur 29. Des que la tension U29 dépasse la tension de seuil Up20 du TUP 20, prédéterminée par la résistance variable 24, le TUP 20 s'amorce et le thyristor 17 reçoit une impulsion d'amorçage. Le thyristor 17 passant fait circuler dans le moteur 16, l'enroulement secondairé 46 du transformateur 45 et le thyristor 17 un courant dont l'intensité dépend en première approximation de la charge du moteur 16.La tension d'alimentation U32 de l'élément RC 19 étant constante, l'instant d'amorçage du thyristor 17 est fixe pendant l'alternance positive de la tension alternative du réseau, pour une tension de seuil Up20 fixe du TUP 20. Lorsque la tens-ion du réseau alternatif 15 augmente de +10 % par exemple (comme l'indique le symbole "+" sur la figure 3), la tension U32 demeure constante et la tension U33 aux bornes de la résistance 33 croit proportionnellement à la variation de tension du réseau. La tension somme U32 + U33 appliquée au diviseur de tension 22 augmente comme l'indique la figure 3. Il en résulte une élévation du potentiel sur la prise 26 du diviseur de tension 22 et par suite de la tension de seuil Up20 du TUP 20.Le condensateur 29 de l'élément RC 19 se charge 'avec une même constante de temps et sous une même tension d'entrée, mais la tension de seuil Up20 du TUP 20 est supérieure et n'est donc atteinte qtr'uitérieure- ment pendant l'alternance positive de la tension du réseau alternatif, de sorte que l'angle d'amorçage du thyristor 17 par commande de déphasage augmente. La valeur de crete de la tension appliquee au moteur 16 croit avec la tension du réseau alternatif.Moyennant un dimensionnement approprié du circuit de commande du thyristor 17, l'angle d'amorçage de ce dernier est toutefois décale de façon que la valeur efficacé de la tension appliquée au moteur 16 pendant l'alternance positive de la tension du reseau alternatif demeure sensiblement cosntante par rapport au fonctionnement précédent sous la tension nominale du réseau. Lorsque la tension du réseau'alternatif tombe au-dessous de sa valeur nominale, comme l'indique le symbole "-" sur la figure 4, la tension somme U32 + U33 est réduite de méme. La tension de seuil UP2O du TUP 20 diminue également. L'instant d'amorçage du thyristor 17 est ainsi avancé pendant l'alternance positive de la tension du réseau alternatif. L'angle d'amorçage du thyristor 17 est ainsi diminué de façon que malgré une valeur de crête inférieure de la ten sion appliquée au moteur 16, sa valeur efficace demeure sensiblement la meme que pendant le fonctionnement sous la tension nominale. Dès que le thyristor 17 s'amorce, un courant IM, représenté sur les figures 2 à 4 pour les diverses valeurs de la tension du réseau alternatif, circule dans le branchement en série du moteur 16, de l'enroulement primaire 46 du transformateur 45 et du thyristor 17. Ce courant produit dans l'enroulement secondaire 47 du transformateur 45 un courant qui charge le condensateur 42. La charge de ce dernier à la fin de l'alternance positive dépend de la valeur de crête du courant 1M considéré. Pendant l'alternancepositive de la tension alternative du réseau, le condensateur 42 se décharge déjà partiellement sur le branchement en série de la résistance 41, de diode 43 et de la résistance 44.Un dimensionnement approprié des composants. maintient toujours cette charge du condensateur 40 à une valeur suffisamment faible pour que la tension d'amorçage de la diode de déclenchement 39 ne soit pas atteinte. Au début de l'alternance négative de la tension du réseau alternatif, un courant circule dans le branchement en série de la diode 50, de la résistance 51 et de la résistance 44, bloquant ainsi la diode 43. Par suite du blocage de la diode 43, la résistance 42 poursuite la charge du condensateur 40 à partir du niveau de charge atteint pendant l'alternance positive. Dès que la tension de charge du condensateur 40 depasse la tension d'amorçage de la diode de déclenchement 39, cette derniere tension s' annule et le thyristor 36 s'amorce. Le courant 1M dans le moteur 16 dépendant essentiellement de la charge de ce dernier, il est possible de régler l'alimentation du moteur 16 pendant chaque seconde alternance de la tension du réseau alternatif en fonction de la charge du moteur, de façon à maintenir la vitesse de rotation pratiquement constante, indépendamment de la charge instantanée. Le circuit de commande du thyristor 17 influence en sens inverse la valeur de crête du courant 1M circulant dans le moteur 16 quand la tension du réseau alternatif 15 varie, comme le montrent les figures 2 à 4; le niveau de charge du condensateur 40 dans le circuit de commande du second transistor 36 varie donc aussi, comme précédemment indiqué, en fonction de la valeur de crête du courant IM dans le courant de charge du premier thyristor 17. Une variation de la tension du réseau alternatif pendant sa seconde alternance (négative) est ainsi egalement prise en considération pour améliorer la stabilité de la vitesse de rotation lors de variations de la tension du réseau. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation~pre- cédemment décrit. C'est ainsi qu'il est possible, sans perdre les avantages selon l'invention, de réaliser le circuit de commande du second thyristor 36 de la façon décrite dans la demande de brevet de la'République fédérale d'Allemagne publiée sous le n" 27 02 142. Il est également possible de ne prévoir aucune commande -ou régulation pendant la seconde alternance de la tension du réseau alternatif, comme cela se fait fréquemment en pratique. Revendications 1. Régulateur de vitesse de rotation, destiné à un moteur universel alimenté par un réseau alternatif et comprenant un semiconducteur commandé, et en particulier un thyristor en série avec le moteur, un interrupteur à seuil dans le circuit de commande du semiconducteur commandé et un élément RC à constante de temps variable du côté entrée de l'interrupteur à seuil, ledit régulateur étant caractérisé en ce que l'interrupteur présente un seuil de valeur commandée; et un circuit de commande fait varier le seuil en fonction des variations de tension du réseau alternatif, et de préférence proportionnellement à ces variations. 2. Régulateur de vitesse de rotation selon revendication 1, carac térisé en ce que 'l'interrupteur à seuil est constitué par un transistor unijonction programmable; et le circuit de commande comprend un diviseur de tension de préférence ajustable, dont la prise est reliée à la borne de commande de l'anode du transistor unijonction programmable. 3. Régulateur de vitesse de rotation selon revendication 2, carac térisé en ce que le circuit de commande comprend une résistance qui forme avec un limiteur de tension, constitué de préférence par une diode de Zener, un branchement en série-qui, de préférence en série avec une premiere diode, est branché en parallèle avec le réseau alternatif; et le diviseur de tension est en parallèle avec ledit branchement en série. 4. Régulateur de vitesse de rotation selon une des revendications 2 et 3, caractérisé par un condensateur d'atténuation branché entre la prise du diviseur et le point bas du diviseur de tension. 5. Régulateur de vitesse de rotation selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérise en ce que l'anode du transistor unijonction programmable est reliée à l'élément RC et la cathode est reliée à la gâchette du semiconducteur commandé. 6. Régulateur de vitesse de rotation selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un second semiconducteur commandé, constitué de préférence par un thyristor, est branché en antiparallèle avec le premier semiconducteur commandé, dont le cir cuit de commande est couplé inductivement avec son circuit de charge et comprend un condensateur, qui est chargé d'abord à une tension fonction de l'intensité du courant dans le circuit de charge du premier semiconducteur commandé puis, avec une constante de temps prédéterminée, a la tension d'amorçage d'un interrupteur à seuil inséré dans la dérivation contenant la gâchette du second semiconducteur commandé. 7. Régulateur de vitesse de rotation selon revendication 6, caractérisé en ce que le couplage inductif entre le circuit de charge du premier semiconducteur commandé et le circuit de commande du second semiconducteur commandé est assuré par un transformateur, dont l'enroulement primaire est inséré dans le circuit de charge du premier semiconducteur commandé et l'enroulement secondaire dans le circuit de commande du second semiconducteur commande. 8. Régulateur de vitesse de rotation selon revendication 7, carac térisé en ce que le branchement en série d'une seconde diode et d'une résistance, ainsiqie le branchement en série d'une résistance et d'un condensateur qui, en série avec une troisième diode, est en parallèle avec l'enroulement secondaire du transformateur, sont en parallèle avec le condensateur du circuit de commande du premier semiconducteur commandé; et un dispositif bloque la seconde diode pendant l'alternance du réseau alternatif pendant laquelle le second semiconducteur commandé est amorçable. 9. Régulateur de vitesse de rotation selon revendication 8, carac terse en ce que le dispositif de blocage comporte le branchement en série d'une quatrième diode et d'une résistance, qui est relié d'une part a l'anode du second semiconducteur commandé et d'autre part au point de connexion de la seconde diode et de la résistance avec laquelle elle est en série. 10. Régulateur de vitesse de rotation selon une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par une résistance variable en parallèle avec l'enroulement secondaire du transformateur.