Brevet FR2518330A1 — publié le 19830617

DISPOSITIF DE CORRECTION DE LA TENSION ALTERNATIVE DELIVREE PAR UN CONVERTISSEUR DE FREQUENCE ALIMENTANT UN MOTEUR ASYN- CHRONE OU SYNCHRONE L'invention se rapporte à l'alimentation des enroulements statoriques d'un moteur asynchrone ou synchrone par un montage comprenant un convertisseur de fréquence, en particulier du type à modulation de largeur d'impulsions et du type à mode de tension en créneaux. Les convertisseurs à modulation de largeur d'impulsions comportent, selon un premier montage connu, six interrupteurs électroniques à transistors ou thyristors, montés en pont, l'ensemble étant alimenté par une tension continue L'ensemble de ces interrupteurs assure la commutation des phases du moteur, tandis que trois (ou six, suivant les montages) des interrupteurs assurent la variation de la tension aux bornes des enroulements par une modulation de la largeur des créneaux engendrés par le montage. Le convertisseur de fréquence est piloté par une tension de commande de fréquence variable fournie par un convertisseur tension- fréquence excité par une tension de référence réglable qui fixe ainsi la fréquence du champ tournant engendré par le stator Cette tension de référence est également appliquée au régulateur de tension qui commande les interrupteurs de modulation, de façon à alimenter le moteur avec une tension croissant avec la fréquence. -2 2518330 -2- Pour obtenir le couple utile nominal, il est indispensable de faire comporter au montage une compensation de la chute résistive dans le moteur, compensation qui -sera d'autant plus nécessaire que la fréquence d'alimentation est plus basse. Dans l'art antérieur, cette compensation est habituellement obtenue en effectuant un réglage spécifique pour chaque type de moteur utilisé. La compensation consiste le plus souvent à augmenter la tension alternative appliquée au moteur alimenté par le convertisseur de fréquence lorsque le courant absorbé par le moteur augmente Une autre solution connue consiste à modifier la loi de variation tension-fréquence du montage pour augmenter systématiquement la tension d'alimentation du moteur aux fréquences basses, d'une manière indépendante du courant effectivement consommé Cette dernière solution, qui permet Qans une certaine mesure d'éviter de devoir effectuer un réglage individuel pour chaque moteur, présente l'inconvénient majeur d'alimenter le moteur à vide sous une trop forte tension, d'o un échauffement anormal et la gêné- ration de couples pulsatoires. L'invention a pour objet un dispositif de correction permet- tant l'alimentation correcte d'un moteur aux fréquences basses sans le suralimenter à vide Ce dispositif est utili- *sable sans nouveau réglage avec des moteurs asynchrones ayant des résistances statoriques différentes. On expliquera dans la suite que ce dispositif de correction peut s'appliquer à d'autres types de convertisseurs de fré- quences réalisés suivant un montage différent du premier. montage susvisé. Le dispositif de correction suivant l'invention est princi- palement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'appliquer à l'entrée dudit régulateur de tension, une polarisation fixe apte à compenser grossièrement la chute résistive dans le moteur-en charge, des moyens de prélever -3- un signal représentatif du courant absorbé par le moteur, des moyens de' dériver ledit signal, des moyens de comparer la dérivée à un seuil fixe ou variable, des moyens de valider le signal résultant de cette comparaison lorsque la tension instantanée appliquée à l'un quelconque des enroule- ments du moteur est nulle et des moyens d'effectuer la moyenne dudit signal résultant de la comparaison pour la retrancher de la tension appliquée à l'entrée dudit régula- teur de tension. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé la figure 1 est le schéma de principe d'un convertisseur de fréquence servant à l'alimentation d'un moteur asyn- chrone et équipé d'un dispositif de correction du cou- rant absorbé, conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention; et la figure 2 illustre la variation du-courant absorbé par un moteur asynchrone en fonction du temps. A la figure 1, on a représenté schématiquement un convertis- seur de fréquence 1 du type conforme au premier montage connu susvisé Il comprend six interrupteurs, constitués par des thyristors ou des transistors, numérotés 101 à 106 et six diodes 101 à 112 Ce convertisseur constitue ce que l'on appelle un convertisseur à modulation de largeur d'impulsions. Les interrupteurs 1 à 6 sont chargés d'assurer la commuta- tion des phases du moteur M branché aux points A B C Trois interrupteurs 1-3-5 par exemple, assurent en outre la varia- tion de tension aux bornes du moteur Le courant I absorbé par le stator est mesuré par un appareil de mesure 113 placé dans la ligne commune aux interrupteurs 104, 106, 102 et appliqué à un circuit dérivateur 2. 4 2518330 A titre de variante, le courant absorbé pourrait être prélevé aux bornes de sortie du montage. De façon connue en soi, la tension alternative du moteur est fixée par un régulateur de tension 3 qui reçoit une tension de consigne réglable au moyen d'un potentiomètre 4. Cette tension de consigne est également appliquée à l'entrée d'un convertisseur tension-fréquence 5 dont la sortie pilote le convertisseur 1 - 10. Suivant l'invention, la dérivée du courant I est appliquée à un comparateur 6 qui reçoit par ailleurs un seuil de ten- sion S Celui-ci peut être constitué, soit par une tension fixe, soit par une tension image du courant I dont la dérivée est fournie par le circuit 2. La sortie du comparateur 6 est appliquée par l'intermédiaire d'une porte ET 7 validée lorsque les interrupteurs 101, 103 ou 105 sont ouverts, à un circuit 8 d'établissement de la valeur moyenne (circuit intégrateur), dont la sortile est elle-même appliquée à une entrée d'un circuit 9 addition- neur-soustracteur Ce dernier reçoit sur une autre entrée, une tension fixe de polarisation P et sur une troisième entrée, la tension de consigne Le circuit 9 fournit à sa sortie la somme de la tension de consigne et de la tension de polarisation, diminuée de la tension de correction four- nie par le circuit 81. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement du dispo- sitif de correction qui vient d'être décrit, il faut rap- peler que, lorsque l'un des interrupteurs 101, 103 ou 105 est fermé ainsi que l'un des interrupteurs 104, 106 ou 102, une tension positive est appliquée aux enroulements du moteur qui sont branchés aux interrupteurs conducteurs et le- courant qui circule dans ces enroulements est croissant. Quand un interrupteur 101, 103, ou 105 se bloque, la diode 108, 110, ou 112 qui lui est associée se met à conduire pour assurer, avec l'interrupteur 104, 106 ou 112 resté conduc- teur, la continuité du courant La tension appliquée à l'enroulement branché à cette diode et à cet interrupteur -5- conducteur est alors nulle. Si le moteur est correctement alimenté, pour le régime de charge auquel il est soumis, le courant est décroissant Si, par contre, le moteur est suralimenté, le déphasage entre le courant et la tension de la machine peut être tel que le courant commence par décroître, passe par un minimum et croit jusqu'à égaler et même dépasser la valeur qu'il avait avant l'ouverture de l'interrupteur 101, 103, ou 105 En régime de charge, le déphasage entre le courant et la tension du moteur se modifie de telle sorte que la dérivée du courant, quand les interrupteurs 101, 103, ou 105 sont ouverts, a une valeur négative (courant décroissant) ou faiblement positive. L'observation du signe et de l'amplitude de la dérivée du courant dans la branche commune aux interrupteurs 104, 106 ou 102 et aux diodes 108, 110 et 112 permet donc de distin- guer le régime de marche à vide avec suralimentation et le régime de charge. En effet, en régime de marche à vide normale, la dérivée est sensiblement égale au seuil S mentionné ci-dessus (elle peut être légèrement inférieure au seuil) quand les interrupteurs 101, 103 ou 105 sont ouverts et en régime de marche à vide avec suralimentation, la dérivée devient supérieure au seuil (c'est-à-dire, moins négative ou même fortement positive). A la figure 2, on a représenté la variation du courant I en fonction du temps t, en régime de marche à vide; la courbe comprend une partie croissante qui correspond à l'état fermé des interrupteurs 101, 103, 105, suivie d'une partie décroissante qui correspond à l'état ouvert desdits interrupteurs La portion de courbe en pointillé correspond à la marche à vide avec suralimentation Le vecteur S correspond au seuil ci-dessus. Si l'on examine maintenant le fonctionnement du montage de 6 2518330 la figure 1, il apparaît que, par suite du fait qu'une polarisation fixe P est ajoutée en permanence à la tension de référence, le moteur se trouve, en régime de charge, ali- menté avec une tension sensiblement optimale En effet, la polarisation P est ajustée de manière à compenser grossière- ment la chute de tension dans la résistance statorique pour un moteur en charge Aucun réglage individuel n'est effectué pour chaque moteur, mais on peut admettre que la compensation est en pratique satisfaisante pour tous les moteurs asynchrones Le dispositif correcteur 2, 6, 7, 8 ne fournit aucun signal, puisque la dérivée est négative et inférieure au seuil S. En régime de marche à videle moteur aura normalement ten- dance à être suralimenté, puisque la polarisation P est choisie pour fournir un courant convenable en charge; il en résulte que, la dérivée devenant supérieure au seuil dès que les interrupteurs 101, 103 ou 105 sont ouverts, la porte ET étant alors validée, le dispositif correcteur fournit un signal opposé à la polarisation P et proportionnel à l'écart entre la dérivée et le seuil et qui aura pour effet de réduire la tension d'alimentation jusqu'à ce que la surali- mentation cesse. La réalisation pratique des circuits que comporte le dispositif de correction décrit et représenté est à la portée de l'homme du métier et pourra faire l'objet de variantes Le dispositif 3 sera constitué par tout moyen de commander le convertisseur de fréquence quel que soit son type, pour fournir une tension alternative convenable, le convertisseur de fréquence ou onduleur pourra être du type continu-alternatif ou alternatif-alternatif. Un deuxième montage convertisseur de fréquence connu auquel s'applique particulièrement l'invention, dénommé hacheur- commutateur de tension, est celui qui comporte deux inter- rupteurs à transistors ou à thyristors en série avec un pont à thyristors, ces derniers n'assurant que la commutation des phases, tandis que l'un des hacheurs assure la variation de tension Comme dans le cas du premier montage, la dérivée du -7- courant absorbé pourra être utilisée pour asservir le régulateur de tension qui alimente le convertisseur Ce type de convertisseur fait partie des convertisseurs à modulation de largeur d'impulsions. L'invention peut également s'appliquer à un troisième monta- ge connu, comprenant un hacheur fournissant une tension continue filtrée en série avec un pont comportant six inter- rupteurs électroniques commandés, ou à un quatrième montage à alimentation alternative, comprenant un redresseur commandé fournissant une tension continue filtrée, suivi d'un pont de six interrupteurs. Dans tous ces montages, le courant, pour un moteur non sura- limenté, est décroissant quand il circule dans un interrup- teur et une diode ayant un même point commun avec la source d'alimentation et croissant si le moteur est suralimenté et c'est cette propriété qui est utilisée dans le dispositif suivant l'invention. -8 ' Revendications de brevet 1 Dispositif de correction de la tension alternative délivrée par un convertisseur de fréquence alimentant un moteur asynchrone ou synchrone, ledit convertisseur comportant un pont d'interrupteurs électroniques commandés ( 101 à 106) assurant au moins la commutation des phases du moteur (M), ledit convertisseur étant contrôlé par un dispositif régulateur ( 3) recevant une tension de consigne de manière à fournir au moteur une tension alternative suivant une loi connue, caractérisé en ce que ledit dispositif de correction comprend des moyens ( 9) d'appliquer, à une entrée dudit régulateur ( 3), une polarisation (P) fixe ou fonction du courant absorbé par le moteur et apte à compenser grossière- ment la chute résistive dans les enroulements du moteur pour le fonctionnement en charge, des moyens ( 2, 6, 7) de détecter le régime de fonctionnement du moteur à vide avec suralimentation et d'engendrer un signal-de correction qui est retranché de ladite polarisation (P) appliquée au régulateur ( 3). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection du régime de fonctionnement à-vide avec suralimentation comprennent des moyens de prélever un signal représentatif du courant absorbé par le moteur; des moyens ( 2) de dériver ledit signal; des moyens ( 6) de comparer la dérivée à un seuil (S); des moyens ( 7) de valider le signal résultant de cette comparaison à chaque fois que la tension appliquée à l'un quelconque des enroulements du-moteur est nulle; des moyens ( 8) d'élaborer une tension apte à faire baisser la tension appliquée au moteur en fonction dudit signal validé. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit seuil (S) est constitué par une tension variable représentative du courant absorbé par le moteur.