Brevet FR2551276A1 — publié le 19850301

La présente invention se rapporte à un procédé d'élaboration de la tension de commande du moteur à courant continu d'un ascenseur, dans lequel le courant alternatif d'alimentation est redressé de façon connue; elle vise éga5 lement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans la technologie des ascenseurs, les caractéristiques du moteur à courant continu rendent celui-ci avantageux par rapport à un moteur à courant alternatif Dans cette application, l'avantage tient à l'absence de vibration 10 et à la précision du réglage de vitesse Par conséquent,en particulier les ascenseurs à grande vitesse sans transmission à engrenages sont construits avec utilisation de moteurs à courant continu exclusivement. Dans la technologie des ascenseurs, le système classique Ward-Leonard a été remplacé, dans la commande des moteurs à courant continu, par le pont à thyristors à quatre quadrants La nouvelle technologie est avantageuse, en utilisation, par exemple du fait de son rendement élevé Toutefois, les inconvénients qui touchent particulièrement les 20 ascenseurs à grande vitesse sont un mauvais facteur de puissance, des courants de démarrage élevés et le passage d'harmoniques dans le réseau En outre, les installations d'ascenseur à commande de moteur à courant continu réalisées avec des semi-conducteurs de puissance, prélevant l'énergie 25 sur le réseau, présentent l'inconvénient qu'une défaillance du réseau peut provoquer le fonctionnement des fusibles, les passagers étant alors emprisonnés dans l'ascenseur entre deux niveaux. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients d'un ascenseur à moteur à courant continu, indiqués ci-dessus Pour obtenir cet effet avantageux, le procéeé suivant l'inventior est principalerent caractérise en ce que la tension continue produite par un redresseur est envoyée à un stockage d'énergie fournissant l'énergie prin35 cipale d'alimentation du moteur à courant continu, et en ce que le signal de commande pour le moteur à courant continu est obtenu à partir de la tension constante ou intermédiaire du stockage d'énergie, par modulation de largeur d'impulsion, au moyen d'éléments de commutation connus en eux5 mêmes qui permettent la commande du moteur dans quatre quadrants Les avantages essentiels de l'invention sont les suivants: la puissance nominale requise du secteur est faible, car l'énergie arrive également au stockage d'énergie lors10 que l'ascenseur est immobile Puisque ce courant de charge du stockage est relativement faible, ni le facteur de puissance ni la superposition d'harmoniques ne créent de difficultés; le courant de démarrage n'impose pas de charge sur le 15 secteur, de sorte que le secteur fournit seulement au système le courant constant de charge du stockage d'énergie; l'ascenseur possède constamment une réserve de puissance (le stockage d'énergie) et par conséquent les fusibles ne sautent pas dans le cas d'une défaillance du sec20 teur et les passagers ne restent pas emprisonnés dans l'ascenseur. Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est également caractérisé en ce que de l'énergie est envoyée du moteur à courant continu au stocka25 ge pendant le freinage du moteur, à toute vitesse de rotation, à des vitesses réduites, par utilisation de l'inductance du circuit du rotor et/ou utilisation d'une inductance supplémentaire Lorsque la vitesse du moteur à courant continu est faible, par exemple au commencement du freinage, 30 de sorte que la tension entre les bornes est également faible (inférieure à la tension constante du stockage d'énergie), l'énergie libérée par le freinage du moteur peut même dans ce cas être envoyée dans le stockage par relèvement du niveau de l'énergie à renvoyer,dans l'inductance élevée du 35 circuit de rotor, de sorte que la tension-aux bornes du mo- teur augmente et devient assez grande pour permettre le passage d'un courant vers le stockage d'énergie. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, comprenant un groupe redresseur à cir5 cuit électronique de commande connu en soi, est caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs batteries de stockage, servant de stockage d'énergie, et un circuit de modulation d'impulsion commandant le moteur à courant continu, à l'aide duquel la tension de commande du moteur à cou10 rant continu est élaborée Il est facile, par modulation d'impulsion, de régler la puissance moyenne du courant continu sous tension constante envoyé aux organes consommateurs, sans modifier le niveau de la tension En outre, une batterie de stockage est un stockage d'énergie simple 15 et facilement disponible Il faut souligner qu'une très petite batterie de stockage, prévue pour usage industriel, convient tout à fait pour ce travail. Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que le circuit de 20 modulation d'impulsion est réalisé sous la forme d'un circuit à thyristor du type connu sous le nom de McMurray. Avec ce circuit de McMurray, il est possible de constituer un dispositif simple et sûr de modulation d'impulsion, ne nécessitant pas de composants spéciaux. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ciaprès qui se réfère aux dessins 30 annexés dans lesquels: la figure 1 illustre un circuit de mise en oeuvre de l'invxention; la figure 2 illustre un dispositif suivant l'art antérieur; la figure 3 a illustre le principe de la modulation d'impulsion et la figure 3 b montre l'utilisation d'un commutateur à semi-conducteur pour la mise en oeuvre du principe; et la figure 4 est un schéma d'un mode préféré de réalisation du circuit de modulation d'impulsion. Il doit être bien entendu, toutefois,que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne constituent en aucune manière une limi10 tation. La figure 1 représente un dispositif de commande de moteur à courant continu conforme à l'invention Le réseau ou secteur de distribution Us fournit un courant alternatif monophasé ou multiphasé à un-redresseur 1, dont la 15 sortie est une tension intermédiaire constante Uv Une batterie de stockage 2, servant de stockage d'énergie, est raccordée en parallèle avec le redresseur 1 A partir de la tension intermédiaire Uv et au moyen d'éléments de commutation 4,5,6,7 à semi-conducteurs, on obtient la tension de 20 commande pour le moteur 3 à courant continu Les éléments 4 à 7 constituent un circuit de modulation de largeur-d'impulsion qui est couramment utilisé dans la commande d'un moteur à courant continu. La figure 2 illustre la commande d'un moteur à courant continu d'entraînement d'un ascenseur, suivant l'art antérieur L'alimentation en énergie provient d'un réseau triphasé RST Les thyristors constituent un pont redresseur à quatre quadrants, par lequel le moteur 3 de l'ascenseur est commandé Les thyristors sont des thyristors du type à 30 réglage d'angle et ils sont commutés au moyen de la tension d réseau et, par consécuent, la composante continue de la tersion de ccr -nde Ul de l'ascenseur peut être réglée par commande du temps d'amorçage Le groupe 10 de trois thyristors Tl, T 2 et T 3, entouré en pointillé, constitue une moi35 tié de l'un des deux ponts à six thyristors nécessaires pour un fonctionnement à quatre quadrants En fonction du sens du courant, un seul des deux ponts est conducteur, ses différentes moitiés (par exemple 10) étant conductrices sur les différentes demi-ondes du courant d'alimentation 5 RST Puisque la tension U 2 obtenue à la sortie du pont à thyristors est alternative, il n'est pas possible de la raccorder par exemple à une batterie de stockage. La figure 3 a illustre la façon dont la modulation de largeur d'impulsion peut être appliquée pour permettre 10 le réglage de la tension constante continue Avec une longueur de cycle de travail, déterminée par la largeur d'impulsion, égale à T, et avec k représentant le degré de modulation, proportionnel à la puissance requise, dans le cas présent, on obtient à partir de la tension intermédiaire 15 Uv,par modulation de largeur d'impulsion, une tension moyenne U 2 qui est en même temps la tension de réglage de charge On voit donc que la valeur de U 2 peut être réglée par modification du degré de modulation k Puisque la tension intermédiaire Uv est maintenant fixe, il est possible 20 de raccorder une batterie de stockage à cette tension. La figure 3 b montre de façon simplifiée comment une modulation suivant le principe de la figure 3 a peut êtreeffectuée avec un commutateur. La figure 4 représente le circuit connu,dit de McMurray,qui peut être utilisé comme modulateur de largeur d'impulsion,à base de thyristors Il est composé de thyristors T 4 à Tll, de diodes D 1 à D 4, de condensateurs C 1 et C 2 et d'inductances L 1 et L 2 La batterie de stockage 2 et le moteur 3 à courant continu sont raccordés au modulateur, com30 représenté sur la figure Avec référence à la figure 1, par exemple les éléments de commutation 5 et 7 peuvent être séparés du ci Xcuit, co-e indiaqué en pointillé Il faut noter que les composants C 2 et L 2 sont communs aux deux éléments L'état du circuit d'aimantation M du moteur 3 n'est 35 pas un élément essentiel dans ce cas: on peut supposer par exemple que sa tension est constante. Il est commode que le moteur à courant continu fonctionne dans quatre quadrants,car on peut alors faire tourner le moteur dans les deux sens et on obtient dans chaque sens de rotation un couple positif ou négatif lorsque cela est demandé par la charge Sur la figure 4, les éléments de commutation 4 à 7 peuvent alors comprendre, dans ce cas, des circuits de puissance à transistor, thyristor ou thyristor à commande de gâchette Dans le circuit 10 à thyristor de la figure 4, on utilise une commutation forcée dans laquelle la coupure du thyristor est effectuée avec un circuit de résonance composé d'un condensateur et d'une inductance (par exemple C 2 et L 2) La technologie des circuits de commutation forcée est bien connue des hom15 mes de l'art et,par conséquent,le fonctionnement du circuit de la figure 4 n'est pas décrit ici en détail. On décrit maintenant le fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention, dans ses conditions de travail particulières. Lorsque l'ascenseur commence à se déplacer vers le haut, le moteur 3 à courant continu demande un fort courant de démarrage,que la batterie de stockage ou un autre stockage d'énergie équivalent doit être capable de fournir Aucun courant n'est prélevé sur le réseau alternatif à travers 25 le pont redresseur 1,pour alimenter le moteur, toute l'énergie dont le moteur a besoin étant au contraire fournie par la batterie de stockage 2 On a toutefois constaté qu'une batterie de stockage industrielle, même de très petite taille, convient parfaitement bien pour cet usage et il n'y a 30 donc pas de difficulté à trouver un stockage d'énergie approprié Le prélèvement d'énergie du réseau alternatif est se-uement nécessaire pour charger le stockage d'énergie, de manière à compenser les diverses pertes, puisque le moteur 3 fonctionne en générateur, restituant l'énergie con35 sommée lors du levage, de la même façon qu'il fonctionne en moteur, lorsque l'ascenseur est en mouvement de montée et de descente. On suppose que le courant traverse le moteur 3 à courant continupar l'intermédiaire des éléments redres5 seurs 4 et 5 sur la figure 1, lorsque le moteur déplace l'ascenseur vers le haut Les éléments 6 et 7 sont alors à l'état non conducteur et la modulation de largeur d'impulsion s'effectue dans les éléments 4 et 5 Lorsque l'ascenseur descend, le moteur 3 commence à fonctionner en gé10 nérateur Dès que la tension du moteur est assez élevée, les éléments de commutation 4 et 5 commencent à fonctionner en alternateurs à l'aide des diodes D 1 et D 4 et le circuit de modulation de largeur d'impulsion envoie alors l'énergie de la charge à la batterie de stockage 2, par l'in15 termédiaire du moteur 3 On voit donc que le dispositif ne renvoie jamais d'énergie au réseau, comme c'est le cas avec les circuits suivant l'art antérieur. La tension du moteur est toujours inférieure à la tension Uv de la batterie de stockage Indépendamment 20 de la faible tension du moteur, le courant est obligé de traverser l'inductance élevée du circuit de rotor, o la valeur de la tension augmente de telle sorte que les éléments de commutation 4 et 5 passent en mode alternatif Ainsi, on obtient l'avantage que le moteur 3 à courant continu 25 est capable, à n'importe quelle vitesse, d'injecter de l'énergie dans la batterie de stockage 2, ce qui peut sembler singulier, sachant que d'une manière générale le courant ne peut pas circuler d'un potentiel inférieur vers un potentiel supérieur. Si la batterie de stockage 2 est complètement chargée, il est prévu,dans le mode de réalisation de la figure 1, une résistance R branchée de part et d'autre de la batterie de stockage et un interrupteur C qui met en circuit la résistance R, pour dissiper l'énergie de charge en 35 excès, si nécessaire. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre qui viennent d'&tre décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes 5 qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. Revendications 1 Procédé d'élaboration de la tension de commande pour un moteur à courant continu d'ascenseur, dans lequel le courant alternatif d'alimentation (Us) est redressé de façon connue en soi, caractérisé en ce que la tension con5 tinue ainsi obtenue est conduite à un stockage d'énergie ( 2) fournissant l'énergie principale d'entraînement du moteur ( 3) à courant continu, et en ce qu'un signal de commande (U 2) pour le moteur ( 3) à courant continu est élaboré à partir de la tension constante ou intermédiaire (Uv) 10 du stockage d'énergie ( 2), par modulation de largeur d'impulsion de cette tension au moyen d'éléments de conr utation ( 4,5,6,7) connus, ce qui permet de commander le moteur ( 3) dans quatre quadrants. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que de l'énergie est envoyée du moteur ( 3) à courant continu au stockage ( 2) lorsque le moteur ( 3) est en freinage, à toute vitesse de rotation du moteur, à des vitesses réduites, à l'aide de l'inductance du circuit de rotor et/ ou d'une inductance supplémentaire. 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant un groupe redresseur connu en soi et comportant des circuits électroniques de commande ( 1), caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs batteries de stockage ( 2) servant de stockage d'éner25 gie, et un circuit ( 4,5,6,7) de modulation de largeur d'impulsion commandant le moteur ( 3) à courant continu, au moyen duquel la tension de commande (U 2) du moteur ( 3) est élaborée. 4 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé 30 en ce que le circuit ( 4,5,6,7) de modulation de largeur d'i=pulsion est cor stitué par un circuit à tyris-scr du type dit de McMurray.