Brevet FR2546685A1 — publié le 19841130

I1 est connu de devoir faire appel aux moteurs électriques à vitesse variable pour entraîner les machines ou les appareils qui comportent des parties tournantes. On utilise très souvent des moteurs à courant continu à collecteur car ils permettent d obtenir facilement des vitesses de rotation avec des plages de variation importantes; de plus ils peuvent etre alimentés à partir d'une source de courant continu ou de courant alternatif redressé. Ils ont cependant le défaut d'être assez coûteux, plus fragiles que les moteurs à courant alternatif et, à cause du collecteur, de nécessiter un entretien et même une surveillance particulière. Dans certaines circonstances, l'emploi de ces moteurs a collecteurs nécessite des dispositifs anti-déflagrants lorsqu'ils sont employés dans des milieu qui présentent des risques importants d'incendie ou d'explosion, par exemple les usines où s'opèrent le traitement ou le transfert de matieres inflammables. On utilise parfois des moteurs à courant alternatif à vitesse variable a partir de sources à courant alternatif en utilisant le procédé connu qui consiste à faire Varier l'angle de conduction, mais les plages de variaion de la vitesse demeurent étroites et les rendements médiocres. Lorsque le générateur est une source à courant continu, on peut utiliser des moteurs courant alternatif commandés avec des onduleurs, mais la source d'énergie étant presque toujours à tension fixe, ils présentent les mêmes défauts que ceux alimentés à partir des sources à courant alternatif La présente invention a pour but de remédier a ces inconvénients. folle permst en effet d'employer des moteurs sans collecteur à courants polyphasé. par exemple triphasés, pour entraîner des machines tournantes à vitesse présenta des plages de variation importantes, avec des rendements élevés à partir de e br-ces de courant continu ou de courant alternatif redressée Ainsi, le présente invention concerne un dispositif de commande à vitesse variable des moteurs à courant alternatif polyphasé constitué essenti tellement d'un générateur muni d'won hacheur à n phases alimenté par une tension continue et comportant un hacheur par phase, ledit générateur polyphasé comportant également un compteur en anneau, d'un circuit pilote commandant ledit tèrérateur polyphasé au moyen d'impulsions électriques de largeur et de fréquent appropriées et d'un convertisseur continu-continu alimentant ledit hacheur polyphasé à partir d'une source de courant continu notamment remarquable en ce que les n phases dudit générateur polyphasé sont délivrées par plusieurs étages dudit compteur en anneau, ledit compteur en anneau étant associé à des bascules dites "RS" fournissant audit hacheur dudit générateur polyphasé sur au moins une sortie desdites bascules des signaux de commande déphasés les uns par rapport aux autres de 2suet à la fréquence F desdites phases, en ce que ledit circuit pilote qui n commande ledit compteur en anneau commande simultanément le convertisseur continu-continu avec les mêmes impulsions électriques et en ce que le convertisseur continu-continu commandé par le circuit pilote fournit une tension continue variable au hacheur. Le dispositif présente l'avantage de permettre de réaliser à partir d'une tension continue un nombre quelconque de phases portant des signaux alternatifs symétriques à partir de circuits simples et bien connus des spécialistes judicieusement agencés, la fréquence F cornmune de toutes les phases étant facilement commandée à partir du circuit pilote.Un autre avantage dudit dispositif réside dans le fait que le même pilote commande un convertisseur continu-continu, lequel alimente ledit hacheur avec une tension continue qui peut être ajustée en fonction de la fréquence F commune des n phases pour permettre une utilisation optimale du moteur polyphasé à ladite fréquence F. Le fait que le même pilote commande simultanément le générateur polyphasé et le convertisseur continu-continu lequel alimente le hacheur dudit générateur polyphasé présente de plus l'avantage de commander au moyen dudit pilote simultanément la fréquence du générateur polyphasé et la tension continue qui l'alimente, la fréquence F et la tension continue qui alimente ledit générateur polyphasé variant simultanément. Dans une première forme avantageuse de réalisation du dispositif, le nombre de phases étant quelconque et lesdites bascules "RS" étant reliées aux phases dudit hacheur par une seule sortie, lesdites n phases sont obtenues par 2n étages du compteur en alileau, ledit compteur en anneau étant associé à n bascules RS. L'entrée -"Set" de la bascule "RS" de rang p réunie à la phase de même rang est alimentée par l'étage de sortie de rang 2p-1 du compteur en anneau. L'entrée "Reset" de ladite bascule de rang p est alimentée par l'étage de sortie de rang 2p-ln du compteur en anneau lorsque le nombre 2p-l+n-est au plus égal à 2n, et ladite entrée T'Reset" de ladite bascule de rang p est alimentée par la sortie de rang 2p-1-n du compteur en anneau lorsque le nombre 2p-l+n est supérieur à 2n-. Lesdites bascules "R5" pouvant comporter chacune deux sorties complémentaire dites "Q" et "q", bien connues des spécialistes, les phases du hacheur polyphasé sont commandées par une seule des deux sorties "Q" et "q", la même sortie étant choisie pour toutes les phases.Le dispositif présente l'avantage de permettre de réaliser des phases portant des signaux alternatifs symétriques quel que soit le nombre de phases ainsi réalisé, lequel nombre supérieur à 1 peut être pair ou impair. Dans une seconde forme avantageuse du dispositif, le nombre n de phases étant pair et les bascules étant reliées aux phases du hacheur par deux sorties complémentaires "Q" et "q", lesdites n phases sont obtenues par n étages du compteur en anneau, ledit compteur en anneau étant alors associé b p bascules. Dans ce cas particulier où le nombre de phases n est un nombre 2 pair, on peut, en effet, avantageusement commander les n phases du hacheur à partir de n étages du compteur en anneau reliées à seulement n bascules.Dans ces conditions, lorque p est au plus égal à n l'entrée "set" de la bascule de 2 rang p, est commandée par la sortie de rang p du compteur en anneau et la phase de rang p est commandée par la sortie 'Q" de la bascule de rang p. Lorsque p est supérieur a o, la phase de rang p est commandée par la sortie complémentaii 2 "Q" de la bascule de rang n et l'entrée "Reset" de ladite bascule de rang 2 n est commandée par l'étage de rang p du compteur en anneau. On peut ainsi 2 obtenir, dans ce cas particulier Û le nombre n est pair, un nombre n de phases avec moins d'éléments que ceux employés dans le cas général où n est quelconque. Bien entendu, ce cas particulier s'applique avantageusement lorsque n=2. De préférence, la fréquence de sortie des impulsions électriques du circuit pilote est variable en fonction du signal électrique appliqué à l'entrée dudit circuit pilote. Dans ces conditions,si ledit signal électrique appliqué à entrée du circuit pilote est déterminé a partir d'un paramêtre physique, par exemple une température, une pression, un champ magnétique, une force, un coran une tension etc ..., la fréquence du générateur polyphasé et la tension continue qui l'alimente sont commandées simultanément par ledit paramètre physique. Bien entendu le dispositif de la présente invention permet d'alimenter un moteur à courant alternatif polyphasé à vitesse constante en ajustant le signal électriqu d'entrée du circuit pilote de façon à obtenir la vitesse désirée. De plus les impulsions électriques de sortie du circuit pilote peuven avoir avantageusement une largeur sensiblement constante et ledit circuit pilote peut être alors réalisé à partir d'un multivibrateur,-par exemple un circuit dit "timer" bien connu des spécialistes. On peut également utiliser un circuit 'monostable" associé à une horloge. Des impulsions de sortie du circuit pilote commandent avantageusement un circuit de conversion fréquence-tension dont la sortie est appliquée à une première entrée d'un circuit comparateur du convertisseur continu-continu fournissant la tension continue variable au hacheur, ledit convertisseur continu continu pouvant être avantageusement réalisé au moyen dgun hacheur approprié alimenté par un générateur de courant -continu, par exemple une batterie d'accummulateurs, ledit hacheur approprié recevant les signaux de sortie dudit comparat et fournissant une tension variable avec la tension appliquée 9 la première entrï dudit comparateur. Par ailleurs une fraction de la tension de sortie fournie au hacheur par le convertisseur continu-continu est appliquée à une seconde entrée du circuit comparateur du convertisseur continu-continu, la tension dudit convertisseur étant asservie à la fréquence fournie par le circuit pilote. Le dispositif présente ainsi le grand avantage de permettre de faire varier simultanément la tension appliquée au moteur polyphasé et la fréquence sans que cette tension soit liée à la tension continue de la source de courant continu, celle-ci pouvant varier selpn les différents types de sources telles que par exemple, une batterie d'accumulateur qui délivre une tension variable avec son état de charge ou une source obtenue à partir du réseau alternatif redressé qui présente des fluctuations dues au réseau de distribution lui-même, mais encore souvent, une ondulation résiduelle due aux circuits de redressement et de filtrage. Ainsi, les moteurs polyphasés commandés par le dispositif faisant l'objet de la présente invention sont alimentés avec une tension et une fréquence couplée à ladite tension à partir d'un seul paramètre physique appliqué au circuit pilote ladite fréquence et ladite tension étant indépendantes de la tension de la source d'énergie. Le dispositif permet de réaliser ainsi les meilleures conditions pour l'utilisation des moteurs polyphasés avec une vitesse variable, et un rendement optimum tant obtenu aux différentes vitesses. La description qui va suivre en regard des dessins annexés a pour but de faire comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un schéma général du dispositif de commande selon l'invention inclus dans le circuit d'alimentation d'un moteur polyphasé. La figure 2 illustre partiellement et schématiquement la mise en application de la présente invention dans un circuit dgalimentation d'un moteur polyphasé particulier très utilisé, c'est-à-dire d'un moteur triphasé. ta figure 3 représente partiellement et schématiquement une autre variante de cette mise en application dans le cas où le dispositif de commande est inclus dans le circuit d'alimentation d'un moteur biphasé, également très connu et très utilisé. Sur les trois figures annexées, on a désigné les éléments communs aux trois figures par les mêmes numéros et les mêmes lettres. Selon la figure ND1 représentée en annexe, l'entrée 5 d'un circuit pilote 1 reçoit un signal électrique variable avec un paramètre physique approprié. La sortie 8 du circuit pilote 1 transmet à l'entrée d'un générateur polyphasé 2 des impulsions de largeur appropriée et de fréquence variable avec ledit paramatre physique ledit générateur polyphasé 2 alimentant un moteur à courant alternatif polyphasé non représenté, au moyen des n phases de sortie a, b, c, .... n. Le générateur polyphasé 2 comprend un compteur en anneau 20 dont l'entrée est réuni à la sortie 8 du circuit pilote 1 et un ensemble 21 de bascules RSoun hacheur 40 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'ensemble de bascules 21 par un autre ensemble 18 de n liaisons correspondant aux n phases du générateur polyphasé, ledit ensemble 18 de n liaisons étant décrit dans les 2 variantes représentées schématiquement sur les figures 2 et 3 annexées.La sortie 8 du circuit pilote 1 est aussi réunie à l'entrée du circuit de conversion fréquence-tension 10 lequel fournit à une entrée 11 d'un circuit comparateur 12 du convertisseur continucontinu 3 une tension variable avec la fréquence des impulsions de la sortie 8 du circuit pilote 1. La sortie dudit circuit comparateur 12 alimente l'entrée 14 d'un hacheur 15 du convertisseur continu-continu, lequel hacheur 15 est alimenté en courant continu par une borne 13 d'une source de courant continu non représen l'autre borne de ladite source de courant continu étant réunie à la borne commune 7 du hacheur 40, d'un hacheur 15 participant au convertisseur continucontinu 3, et du diviseur de tension 16. Le hacheur 15 fournit une tension de sortie 9 variable avec la tension appliquée à la première entrée 11 du circuit c3mplrateur 12, ladite tension de sertie variable 9 alimente simultanément le hacheur polyphasé 40 et un diviseur de tension lg lequel diviseur 16 fournit à 1 seccnuie entrée 17 du circuit comparateur 12 une fraction de la tension de sortie du hacheur 15 L'ensemble du convertisseur continu-continu 3 fournit ainsi une tcs5on 9 asservie à la tension de sortie il du circuit de conversion fréquence -tension 10, lequel circuit de conversion fréquence-tension 10 peut etre avantageusement réalisé au moyen d'un circuit RC bien connu des spécialistes. La première variante du dispositif représentée à la figure 2 concerne le schéma d'un générateur triphasé 2 selon l'invention comportant un hacheur 40 constitué de trois éléments 31a, 31b, 31c, ledit générateur triphasé 2 étant mun se son compter en anneau 20 associé à trois bascules RS 21a, 21b, 21c, à partir desquelles snnt réalisées les trois phases. Selon cette première variante, la sortie du circuit pilote 1 est réuni à l'outrée 9 du compteur en anneau 20 de la figure 2, lequel compteur 20 comporte 6 étages de sortie déphasés successivement de F .A chaque impulsion du 6 circuit pilote 1 sur l'entrée 8 dudit compteur en anneau 20, une impulsion est transférée à un étage suivant dudit compteur 20. Ainsi l'impulsion du ler étage est surie par celle du 2è étage dudit compteur 20, laquelle impulsion du 2è éta est suivie par celte du 3è ee .. une impulsion du 6è étage étant elle-même suivie par une impulsion du ler étage, et ainsi de suite. La sortie du ler étage du compteur cn anneau 20 est réunie à l'entrée Set 22 de la bascule RS 21a, la sortie "Q" de ladite bascule 21a étant réunie à l'entrée de commande 28 de l'élément 31a du hacheur 40. La sortie 41a dudit élément 31a fournit la première phase appliquée au moteur non représenté sur la figure. La sortie du 4è étage du compteur en anneau 20 est réunie à l'entrée Reset 23 de la bascule RS 21a. La sortie du 3è étage du compteur en anneau 20 est réunie à l'entrée Set 24 de la bascule RS 21b, la sortie "Q" de ladite bascule 21b étant réunie à l'entrée de commande 29 de l'élément 31b du hacheur 40. La sortie 41b de l'élément 31b fournit la 2è phase appliquée au moteur. La sortie du 6è étage du compteur en anneau 20 est reliée à l'entrée Reset 25 de la bascule RS 21b. La sortie du 5è étage du compteur en anneau 20 est réunie à l'entrée Set 26 de la bascule RS 21c, la sortie Q de ladite bascule 21c étant réunie à l'entrée de commande 30 de l'élément 31c du hacheur 40. La sortie 41c dudit élément 31e fournit la 3è phase appliquée au moteur. La sortie du 2è étage du compteur en anneau 20 est reliée à l'entrée Reset 27 de la bascule RS 21c. La sortie 9 du convertisseur continu-continu 3 fournit la tension continue variable avec la fréquence laquelle tension continue variable est appliquée à une borne 9 d'alimentation du-hacheur 40, la borne 7 d'alimentation dudit hacheur 4D étant réunie à la même borne 7 commune de la source de courant continu non représentée qui alimente l'ensemble du dispositif objet de la présente invention. Selon la figure 3 réprésentant schématiquement une seconde variante mettant en application la présente invention, le générateur polyphasé 2 est adapté à un moteur biphasé, il est ainsi un générateur biphasé. Le générateur biphasé 2 comporte donc deux éléments 71 et 72 commandés en opposition de phase. Le compteur en anneau 20 et l'ensemble 21 de bascules RS est ici réduit à une seule bascule puisque le hacheur biphasé est commandé par deux entrées dont les impulsions symétriques sont en opposition de phase. L'entrée de cette bascule portant le numéro 20 sur la figure 3 reçoit sur son entrée 8 les impulsions de sortie du circuit pilote 1.Les deux sorties de la bascule 20 fournissent des signaux symétriques "Q" et "Q" en opposition de phase aux entrées 51 et 52 des deux éléments 71 et 72 du hacheur 40, ledit hacheur recevant sur une borne d'alimentatio 9 la tension variable fournie par le convertisseur continu-continu 3 représenté sur la figure 1, l'autre borne d'alimentation 7 dudit hacheur 40 étant reliée à la même borne commune de la source de courant continu. Il est évident que la bascule 20 peut, dans cette 2è variante être remplacée par n'importe quel circuit fournissant deux signaux symétriques en opposition de phase sur les deux sorties 51 et 52, par exemple un compteur binaire dont un étage de sortie serait relié à l'entrée 51 de l'élément 71, ledit étage de sortie étant relié à 11entrée 52 de l'élément 72 par l'intermêdiaire d'un circuit inverseur bien connu des spécialistes REVENDICATIONS 1) Dispositif de commande à vitesse variable de moteurs à courant alternatif polyphasé constitué essentiellement d'un générateur polyphasé (2) muni d'un hacheur (40) à n phases obtenues à partir d'un compteur en anneau (20) et alimenté à partir d'une source de tension continue d'un circuit pilote (1) commandant ledit compteur en anneau (20) au moyen d'impulsions électriques de largeur et de fréquence appropriées et d'un convertisseur continu-continu (3) alimentant lédit hacheur (40) a partir d'une source de courant continu, caractérisé en ce que les n phases dudit générateur polyphasé (2) sont délivrées par plusieurs étages dudit compteur en anneau (20), ledit compteur en anneau(20) étant associé à des bascules dites "RS" (21) fournissant au hacheur (40) dudit générateur polyphasé (2) sur au moins une sortie desdites bascules des signaux de commande déphasés les uns par rapport aux autres de 2n et à la fréquence F n desdites phases, en ce que ledit circuit pilote (1) qui commande le compteur en anneau -(20) commande simultanément le convertisseur continu-continu (3) avec les mêmes impulsions électriques, et en ce que le convertisseur continu-continu (3) commandé par le circuit pilote (1) fournit une tension continue variable (9) au hacheur (40). 2) Dispositif de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que, le nombre n de phases étant quelconque et lesdites bascules RS (21) étant reliées aux phases du hacheur (40) par une seule sortie, lesdites n phases sont obtenues par 2n étages du compteur en anneau (20) ledit compteur en anneau (20) étant associé à n bascules RS (21). 3) Dispositif de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que, le nombre n de phases étant pair et les bascules (21) étant reliées aux phases du hacheur (40) par deux sorties complémentaires, lesdites n phases sont obtenues par n étages du compteur en anneau (20), ledit compteur en anneau (20) étant associé à n bascules (21). 2 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, la fréquence de sortie des impulsions électriques du circuit pilote (1) est variable en fonction du signal électrique appliqué à l'entrée (5) dudit circuit pilote (1) 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que, les impulsions électriques de sortie du circuit pilote (1) sont de largeur sensible ment constantes. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les impulsions de sortie du circuit pilote (1) commandent un circuit de conversion fréquence-tension (10) dont la sortie (11) est appliquée à une première entrée d'un circuit comparateur (12) du convertisseur continu-continu ( fournissant la tension continue variable (9) au hacheur (40). 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que, une fraction de la tension de sortie (9) fournie au hacheur (40) par le convertisseur continu-continu (3) est appliquée à une seconde entrée (17) du circuit comparateur (12) du convertisseur continu-continu (3) la tension dudit convertisseur (3) étant asservie à la fréquence fournie par le circuit pilote (1