Brevet FR2556523A1 — publié le 19850614

Circuits de commande pour un moteur à courant continu muni d'un enroulement inducteur indépendant La présente invention concerne la commande d'un moteur à courant continu à excitation séparée ou compoundée utilisé notamment en traction électrique. Dans ce genre de moteur, l'enroulement séparé qui fournit la totalité ou une partie du flux inducteur est un enroulement relativement résistif prévu pour être soumis à la tension nominale d'alimentation du moteur tout en étant parcouru par un courant faible, inférieur d'au moins un ordre de grandeur au courant nominal du moteur tandis que ltenroule- ment d'induit et éventuellement l'enroulement d'excitation série sont des enroulements très peu résistifs prévus pour être parcourus par le courant nominal du moteur lorsqu'ils sont soumis à la tension d'alimentation nominale diminuée de la force contre-électromotrice du moteur. Pour commander ce genre de moteur il est habituel de contrôler le courant d'induit qui doit être limité au démarrage du moteur car la force contre-électromotrice n'existe pas à cet instant et le courant dans l'enroulement inducteur séparé qui doit être augmenté lorsque l'on désire renforcer le couple moteur essentiellement au démarrage, et abaissé lorsque l'on désire augmenter la vitesse de rotation du moteur. Les circuits de commande classiques disposent en général de deux hacheurs statiques indépendants, l'un pour le pilotage du courant dans l'enroulement induit du moteur, l'autre pour le pilotage du courant dans l'enroulement inducteur séparé. La présence de deux hacheurs les rend complexes, onéreux et encombrants. La présente invention a pour but un circuit de commande donnant la possibilité de n'utiliser qu'un seul hacheur pour le pilotage des courants dans l'enroulement induit et l'enroulement inducteur séparé. Elle a pour objet des circuits de commande pour moteur à courant continu pourvu d'un enroulement inducteur indépendant et alimenté par une source de courant continu qui comportent un hacheur intercalé entre la source d'alimentation et l'enroulement induit du moteur, et disposé aux bornes de l'enroulement inducteur indépendant. Ces circuits de commande permettent de piloter le courant dans l'induit du moteur par l'intermédiaire du rapport cyclique d'ouverture du hacheur, la fraction de courant parvenant à l'induit par l'enroulement inducteur indépendant en dérivation sur le hacheur étant négligeable par rapport au courant nominal du moteur. Ils permettent en plus de rendre le courant d'excitation traversant l'enroulement inducteur indépendant fonction de l'inverse du rapport cyclique d'ouverture du hacheur. Selon une variante de l'invention, particulièrement intéressante dans le cas où la source d'alimentation est sujette à des variations brusques de tension, un interrupteur statique est ajouté aux bornes du hacheur, en série avec l'enroulement inducteur indépendant qui lui-même est pourvu d'une diode de roue libre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel - la figure 1 est un schéma électrique d'un circuit de commande selon l'invention, - la figure 2 est un schéma électrique d'une variante du circuit de commande représenté à la figure 1, - les figures 3A et 3B sont des diagrammes en fonction du temps explicitant le fonctionnement du circuit de commande représenté à la figure 1 et de sa variante représentée à la figure 2 - et les figures 4 et 5 sont des schémas électriques d'autres variantes du circuit de commande représenté à la figure 1. Les figures illustrent des exemples de circuits de commande relatifs à un moteur de type à excitation compoundée muni d'un enroulement inducteur indépendant et d'un enroulement inducteur série. L'enroulement inducteur indépendant est, comme tous ceux de même nature rencontré habituellement dans la technique, un enroulement relativement résistif prévu pour être soumis à la tension d'alimentation nominale du moteur tout en étant parcouru par un courant faible inférieur d'au moins un ordre de grandeur au courant nominal du moteur tandis que 11 enroulement inducteur série est très peu résistif, et prévu pour être traversé, comme l'enroulement induit, par le courant nominal du moteur lorsqu'ils sont soumis à la tension d'alimentation nominale diminuée de la force contre électromotrice du moteur.Il est bien évident que l'on peut en déduire d'autres exemples de circuits de commande pour un moteur à courant continu à excitation séparée en supprimant simplement dans les figures l'enroulement inducteur série. On distingue sur la figure 1 une source d'alimentation en tension continue 1 et un moteur à courant continu avec un enroulement induit 2, un enroulement inducteur série 3 et un enroulement inducteur ìndépen- dant 4. La source d'alimentation 1 est connectée au moteur par l'intermédiaire d'un circuit de commande formé d'un hacheur statique à semiconducteurs 5 disposé en série aux bornes de la source d'alimentation 1 avec l'enroulement induit 2 et l'enroulement inducteur série 3 du moteur, et en parallèle sur l'enroulement inducteur indépendant 4 du moteur. Les deux enroulements inducteurs 3 et 4 du moteur sont disposés sur le trajet du courant de la source d'alimentation 1 de manière que leurs flux d'induction s'additionnent. Une diode de roue libre 6 est placée en parallèle sur les enroulements induit 2 et inducteur série 3 du moteur.Le montage peut être complété par un sectionneur coupant à l'arrêt tout courant dans le moteur. Lorsque le hacheur statique 5 est bloqué et le moteur arrêté, la plus grande partie de la tension de la source d'alimentation 1 se retrouve aux bornes de l'enroulement inducteur indépendant 4 car l'en- roulement induit 2 et l'enroulement inducteur série 3 ne présentent aucune force contre-électromotrice et ont par construction, une résistivité bien moindre que l'enroulement inducteur indépendant 4. Celui-ci délivre alors un maximum de flux d'induction tandis que son courant qui est, par construction, de très faible intensité par rapport à l'intensité nominale du courant du moteur, le rapport étant souvent inférieur à 1/30è, parcourt l'enroulement induit 2 et y développe un couple moteur négligeable insuffisant pour surmonter les forces de frottement et faire démarrer le moteur. Lorsque, le moteur étant arrêté, on débloque progressivement le hacheur, le moteur se comporte comme un court-circuit, la plus grande partie de la tension de la source d'alimentation 1 restant appliquée aux bornes de l'enroulement inducteur indépendant 4 qui continue à fournir un maximum de flux d'inducteur. L'intensité du courant dans l'enroule- ment induit 2 du moteur croRt jusqu'au courant de démarrage nominal du moteur.Le flux d'induction se trouve renforcé par la nouvelle composante engendrée par l'enroulement inducteur série 3 et le couple moteur croit corrélativement entrainant le démarrage du moteur. Si est le rapport cyclique d'ouverture du hacheur 5 et U la tension de la source d'alimentation 1, cette tension moyenne est égale àc( U et l'enroulement inducteur indépendant 4 connecté aux bornes du hacheur 5 voit sa tension d'excitation s'abaisser à ( - o( ) U.Au fur et à mesure que le rapport cyclique d'ouverture du hacheur 5 croit, c'est-à-dire que la puissance consommée par le moteur en fonctionnement croit, la tension d'excitation de l'enroulement inducteur indépendant 4 s'abaisse diminuant par là même l'intensité de la composante de flux d'induction qu'il engendre ce qui tend à augmenter la vitesse du moteur, l'effet exact dépendant du taux de compoundage. La figure 2 illustre une variante du circuit de commande précédent offrant la possibilité de réguler le courant dans l'enroulement inducteur indépendant à des valeurs plus faibles, ceci pour une valeur donnée de rapport cyclique d'ouverture du hacheur. Cette variante est particulièrement intéressante dans le cas où la tension de la source d'alimentation est sujette à des variations brusques telles que des surtensions. Cette variante reprend les différents éléments du circuit de commande de la figure 1 repérés par les mêmes indexations avec, en outre, un interrupteur statique 7 intercalé en série avec l'enroulement inducteur indépendant 4 aux bornes du hacheur 5 et une diode de roue libre 8 placée en parallèle sur l'enroulement inducteur indépendant 4. La diode de roue libre 8 sert à l'écoulement de l'énergie électromagnétique emmagasinée dans l'enroulement inducteur indépendant 4 pendant les phases de blocage de l'interrupteur statique 7. L'interrupteur statique 7 n'a pas à être, comme le hacheur 5, un dispositif à extinction forcée puisque le courant dans l'enroulement inducteur indépendant 4 s'éteint naturellement à chaque amorçage du hacheur 5. Il peut de ce fait être un simple thyristor dont la cathode est reliée à la cathode de la diode de roue libre 8.Il permet de diminuer la tension moyenne appliquée à l'enrou- lement inducteur indépendant 4 en retardant plus ou moins l'application de la tension U de la source d'alimentation 1 présente aux bornes du hacheur 5 pendant la phase d'ouverture de ce dernier en raison de la mise en conduction de la diode de roue libre 6 provoquée par la décharge de l'énergie magnétique emmagasinée dans le moteur. Les figures 3A et 3B représentent les formes, en fonction du temps, de la tension V appliquée aux bornes de ltenroulement inducteur indépendant 4 et du courant I qui le traverse. T est la période de fonctionnement du hacheur statique 5 qui est passant sur une duréeo( T et bloqué ou ouvert sur une durée (1 - ) T. sT est le temps de conduction de l'interrupteur statique 7. Les courbes en pointillés sont relatives au fonctionnement du circuit de la figure 1 tandis que celles en traits pleins sont relatives au fonctionnement du circuit de la figure 2. La figure 4 illustre une variante du circuit de commande qui reprend les éléments de celui de la figure 2 repérés par les mêmes indexations avec en outre, une résistance 9 en parallèle sur l'interrupteur statique 7. Dans cette variante, lorsque le hacheur 5 est ouvert, la tension U de la source d'alimentation étant disponible à ses bornes en raison de la mise en conduction de la diode de roue libre 6 par l'énergie magnétique emmagasinée dans le moteur, et que l'interrupteur statique 7 n'est pas encore déclenché, une fraction de la tension U est appliquée par l'intermédiaire de la résistance 9 à l'enroulement inducteur indépendant 4. Au lieu d'être égale à sU comme dans le cas précédent, la tension moyenne appliquée à l'enroulement inducteur indépendant 4 devient égale à (1 o( - s) kU + sU, k étant un coefficient d'affaiblissement dû à la chute de tension dans la résistance 9. La figure 5 illustre une autre variante du circuit de commande qui reprend les éléments de celui de la figure 4 repérés par les mêmes indexations, à l'exception de l'interrupteur statique disposé en série avec l'enroulement inducteur indépendant 4 qui est remplacé par un interrupteur statique 10 placé en parallèle sur l'enroulement inducteur indépendant 4. Cet interrupteur statique 10 peut être unidirectionnel par exemple un thyristor, il est alors disposé en anti-parallèle sur la diode de roue libre 8. Dans cette nouvelle variante, l'enroulement inducteur indépendant 4 reçoit par l'intermédiaire de la résistance 9 une fraction kU de la tension de la source d'alimentation 1 pendant les instants (1 -o( - s) T où le hacheur statique 5 et l'interrupteur statique 10 sont bloqués. En dehors de ces instants il voit une tension quasi-nulle de sorte que la tension moyenne qui lui est appliquée est égale à (1 w -s) kU. On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment, comme cela est habituel lors de la commande d'un moteur par l'intermédiaire de hacheurs statiques, disposer en série avec l'enroulement induit une self de lissage, cette remarque étant surtout valable dans le cas où le moteur n'a pas d'enroulement inducteur série. REVENDICATIONS 1/ Circuits de commande pour un moteur à courant continu muni d'un enroulement inducteur indépendant (4) dimensionné pour admettre lorsqu'il est soumis à la tension nominale du moteur une intensité de courant inférieure au moins d'un ordre de grandeur à l'intensité de courant nominale du moteur, caractérisés en ce qu'ils comportent un hacheur (5) disposé en série avec l'enroulement induit (2) du moteur et en parallèle avec l'enroulement inducteur indépendant (4) du moteur. 2/ Circuits de commande selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comportent en outre un interrupteur statique (7) intercalé en série avec l'enroulement inducteur indépendant (4) aux bornes du hacheur (5) et une diode de roue libre (8) placée en parallèle sur lten- roulement inducteur indépendant (4). 3/ Circuits de commande selon la revendication 2, caractérisés en ce que l'interrupteur statique (7) est un thyristor. 4/ Circuits de commande selon la revendication 2, caractérisés en ce qu'ils comportent en outre une résistance (9) placée en parallèle sur l'interrupteur statique (7). 5/ Circuits de commande selon la revendication i, caractérisés en ce qu'ils comportent en outre une résistance (9) intercalée en série avec I'enroulement inducteur indépendant (4) aux bornes du hacheur (5) ainsi qu'un interrupteur statique (10) et une diode de roue libre (8) placés en parallèle sur l'enroulement inducteur indépendant (4).