Brevet FR2561047A1 — publié le 19850913

CIRCUIT ELECTRONIQUE DE COMMANDE POURMOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU SANS BALAIS. L'invention se rapport à un circuit. électronique de commande pour moteur electrique sans balais et sans capteur de position angulaire du rotor7 ce circuit étant destiné à fournir au moteur un courant triphasé à partir d'une source de courant continu. Les moteurs électriques sans balais à courant continu ou moteurs autosynchrones que l'on connaît actuellement pressentent le désavantage de nécessiter un capteur de position pour aiguiller correctement le courant dans les enroulements en fonction de la position du rotor. La vitesse du moteur dépend naturellement de la tension d'alimentation.La fréquence des courants est imposée par la vitesse de rotations par l'intermc'diaire du capteur (voir par exemple le certificat d'addition français n 75 - 06 118)o Dans le cas des petits moteurs électriques comme celui décrit par le brevet français N 81-18 980, il est an général impossible, par manque d'espace disponible, de loger un capteur dans le moteur. Le demarrage du moteur pose alors un séPieux problème. Il est en effet bien connu que les moteurs synchrones ne peuvent tourner qu'à la vitesse qui correspond à la fréquence des courants d'alimentation.Il est nécessaire de les amener à cette vitesse de synchronisme si l'on veut pouvoir les utiliser. De plus, dans ces conditions, la tension appliquée doit etre voisine de la force contre-électromotriee du moteur, afin d'obtenir un rendement maximal. Le circuit electronique proposé résout de manière élégante et peu coûteuse ces problèmes. Il comprend un générateur triphasé constitué par un distributeur de courant qui délivre, à partir d'une alimentation continue, un courant triphasé de fréquence déterminée par un signal de pilotage, ce signal étant créé par un convertisseur tensionifréquence branehé sur la neme alimentation continue, avec une fréquence proportionnelle à la tension de ladite alimentation continue commune. Ainsi, la tension continue appliquée au distributeur de courant est aussi appliquée au convertisseur tension-fréquence. De la sorte, le moteur tournant à une vitesse donnée, on réalise l'égalité des forces contre-électromotrices et des tensions d'alimentation. La fréquence possède une valeur toujours correcte, puisqu'elle varie avec la tension d'alimentation dans un rapport constant fixé par le convertisseur tensionjfréquence. Dans une forme d'exécution préférée, le circuit comprend en outre un comparateur (constitué par exemple par un amplificateur opérationnel) recevant à ses deux entrées d'une part une première tension qui est une tension de référence réglable et d'autre part une deuxième tension dont la valeur est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur; le signal de sortie de ce comparateur est appliqué à l'entrée d'un amplificateur de puissance qui fournit à sa sortie, à partir d'une source de courant continu extérieure, l'alimentation continue précitée. Cette disposition assure une alimentation du moteur de tension et de fréquence toujours optimale, quelles que soient les variations de vitesse dont il peut être le siège s(il est soumis à une charge variable. De plus, en modifiant la tension de référence appliquée au comparateur, il est possible de régler à volonté la vitesse de rotation du moteur, et ce à partir de la vitesse zéro (démarrage). Avantageusement, la deuxième tension appliquée au comparateur est créée à l'aide d'un pont composé de deux diviseurs de tension résistifs connectés en parallèle aux conducteurs d'alimentation de l'ensemble distributeur - convertisseur, une résistance de faible valeur, parcourue par le courant d'alimentation du distributeur, étant toutefois interposée entre les points de raccordement desdits diviseurs de tension à l'un desdits conducteurs d'alimentation, ladite deuxième tension apparaissant entre les prises intermédiaires des diviseurs de tension; la première tension de référence est pour Sa part créée entre l'entrée correspondante du comparateur et l'une desdites prises intermédiaires, qui constitue ainsi un point commun aux deux tensions appliquées au comparateur. Afin de stabiliser le circuit dans les périodes de changement de régime du moteur et d'éviter alors tout décrochement de ce dernier, il convient de prévoir sur le comparateur une boucle de contre-réaction, qui englobe de préférence l'amplificateur de puissance précité et qui comprend une cellule réactive telle qu'une cellule RC serine, les valeurs des éléments de celle-ci étant calculées en fonction des caractéristiques du moteur et du circuit. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre9 en regard du dessin annexé, d'un exemple de réalisation non limitatif. La figure 1 représente le schéma simplifié d'un circuit selon l'invention. La figure 2 représente un circuit équivalent à l'ensemble moteur-distributeur de courant de la figure 1. Le circuit représenté comprend un distributeur de courant triphasé 1 allmentant via trois conducteurs 2 un moteur 3 sans balais et sans capteur de position angulaire du rotor. Les conducteurs 2 sont reliés à trois enroulements statoriques du moteur 3 montés en étoile. Le distributeur 1 est connecté à des conducteurs 4, 5 d'alimentation en courant continu sous une tension U, ce courant d 'alimentation étant fourni par un amplificateur de puissance 6, constitué par un unique transistor, à partir d'une source d'alimentation extérieure non représentée, raccordée aux bornes + et - . La fréquence du courant triphasé esg définie par un signal alternatif de pilotage, de fréquence F, que le distributeur 1 reçoit par un conducteur 7 d'un convertisseur tension/fréquence 8 alimenté par la tension U en parallèle avec le distributeur 1. La valeur de la fréquence F délivrée par le convertisseur 8 est proportionnelle à la valeur de la tension U. Entre les conducteurs d'alimentation 4, 5 est connecté un pont résistif 9, composé de deux diviseurs de tension Ri, R2 et R3, R4 auxquels est associée une résistance R5. Les résistances R1 et R sont connectées par l'une 3 de leurs extrémités au conducteur 4, et les résistances R2 et Ru au conducteur 5, de part et d'autre de la résistance R5, laquelle est parcourue par le courant d'alimentation i du distributeur 1, fonction du courant absorbé par le moteur 3. I1 apparat t donc aux bornes de cette résistance R5 une tension proportionnelle aux chutes de tension internes dans le moteur 3 et dans le distributeur 1, qui pourront par suite être compensées exactement.Quant à la résistance Rq, elle est rendue ajustable et son réglage permet de faire varier la tension d'alimentation aux bornes de l'ensemble distributeur 8 convertisseur 1. Entre les prises intermédiaires A et B des diviseurs de tension précités apparatt une tension V qui est appliquée, via un diviseur de tension R6, R7 délivrant une tension Ev inférieure et proportionnelle à V, à l'entrée - d'un comparateur 10 constitué par un amplificateur opérationnel. Pour sa part, 1 'entrée + de celui-ci reçoit une tension de référence Er, rapportée à la prise A du pont 9 et issue, via un diviseur de tension R8, Rg, d'une tension E réglable. Une diode Zener D limite supérieurement la valeur de cette tension E. La sortie de l'amplificateur opérationnel 10 est reliée à la base du transistor 6, dont l'émetteur constitue l'électrode de sortie et est relié au conducteur 4. Entre ledit émetteur et l'entrée - de l'amplificateur 10 est connectée une cellule de contre-réaction, composée d'une résistance R en série avec une condensateur C, dans le but de stabiliser le circuit lorsque les conditions de fonctionnement du moteur 3 varient. L'ensemble formé par le moteur 3 et le distributeur de courant 1 (le convertisseur 8 pouvant être négligé, car sa consommation est relativement très faible) est équivalent au circuit série montré à la figure 2, composé d'une résistance 2rosat représentant la résistance de saturation des éléments de commutation du distributeur 1, d'une résistance Rin représentant la résistance des enroulements du moteur, et dVun générateur de force électromotrice kw proportionnelle à la force contre-électromotriee du moteur dont la vitesse de rotation est w. est0 On peut donc écrire U : (R + 2Rsat + R5) i + ka ( ln sat 5 ou, en posant n = 1 1 + (Rin + 2Rsat) / R5, U : n i + kw. Par un choix convenable de la valeur des résistances R1 à R5, on fait apparattre entre les prises t et B une tension V proportionnelle à la vitesse de rotation w du moteur V = ( U - n i R5) / 2 n - (k/2n) w = Ft w. Ft est le coefficient de vitesse du circuit tachymétrique ainsi réalisé. La tension Ev, proportionnelle à V, est comparée à la tension de référence Er, proportionnelle à la tension E réglable, par l'amplificateur 10 qui commande le transistor 6 de façon que sa tension de sortie U prenne une valeur telle que la tension Ev soit égale à la tension Er. Il en résulte que si la charge du moteur 3 varie, la variation concomitante de sa vitesse de rotation se traduit par une variation proportionnelle des tensions V et Ev. Ev. La boucle d'asservissement constituée par le pont 9, l'amplificateur 10 et le transistor 6 agit alors pour faire varier la tension U et l'amener à prendre la valeur adaptée au nouvesu régime de fonctionnement du moteur. La valeur de cette tension est ainsi constamment ajustée en fonction du signal Er d'information de vitesse pour tenir compte du couple résistant appliqué au moteur. Il en va de même si l'on fait varier la tension E. La tension Er varie proportionnellement et la boucle d'asservissement modifie la tension U de façon que la valeur de la tension Ev soit ramenée à l'égalité avec la nouvelle valeur de Er. Par commande de la valeur de la tension E, on peut par suite faire démarrer le moteur 3, puis ajuster sa vitesse à toute valeur désirée, le moteur étant constamment alimenté de manière optimale. La plus grande vitesse qui peut être atteinte est déterminée par la valeur maximale de la tension de référence, limitée par la diode Zener D. Dans un exemple de réalisation pratique d'un circuit de commande adapté à un petit moteur du type défini dans le brevet français n 81 18 980, déJà mentionné, offrant les caractéristiques suivantes : w max = 1 750 t/s k = 3.10 -3 Vs/tour i (initiale max) = 1A pour U = 38 volts Rin 2 2 #, avec d'autre part 2Rsat - 2 #, les valeurs suivantes ont été retenues R 1: R2 = 2 200 # R3 = 13 200 # R4: : 150 k # (ajustable) R5 = 1 # R6 = 600 Q R7 = 2 700 # R = 27 k # C = 3,3 F. REVENDICATIONS 1. Circuit électronique de commande pour moteur électrique sans balais et sans capteur de position angulaire du rotor, destiné à fournir au moteur un courant triphasé à partir d'une source de courant continu, caractérisé par le Çait qu'il comprend un générateur triphasé (1) constitué par un distributeur de courant et délivrant, à partir d'une alimentation continue, un courant triphasé de fréquence (F) déterminée par un signal de pilotage, ce signal étant créé par un convertisseur tensionifréquence (8) banché sur la meme alimentation continue, avec une fréquence (F) proportionnelle à la tension (U) de ladite alimentation continue commune. 2. Circuit selon la revendication 9, eaPactérisé par le fait qu'il comprend en outre un comparateur (10) recevant à ses deux entres d'une part une première tension (EP) qui est une tension de référence réglable et d'autre part une deuxième tension (Evj dont la valeur est proportionnelle à la vitesse de rotation (w) du moteur (3), et que le signal de sortie du comparateur (10) est appliqué à l'entrée d'un amplificateur de puissance (6) qui fournit à sa sortie, à partir d'une source de courant continu extérieure, l'alimentation continue précitée. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la deuxième tension (Ev) appliquée au comparateur (10) est créée à l'aide d'un pont (9) composé de deux diviseurs de tension résistifs (R1, R2; R3, R49 connectés en parallèle aux conducteurs (4, 5) d'alimentation de l'ensemble distributeur (1) - convertisseur (8), une résistance (R5) de faible valeur, parcourue par le courant (i) d'alimentation du distributeur (1) étant toutefois interposée entre les points de raccordement desdits diviseurs de tension à l'un (5) desdits conducteurs d'alimentation, la deuxième tension (Ev) apparaissant entre les prises intermédiaires (A, B) des diviseurs de tension, et que la première tension (Er) de référence est créée entre l'entrée correspondante du comparateur et l'une (A) desdites prises intermédiaires. 4. Circuit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que sur le comparateur (10) est prévue une boucle de contre-réaction de stabilisation. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la boucle de contre-réaction englobe l'amplificateur de puissance (6). 6. Circuit selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la boucle de contre-réaction comprend une cellule RC série. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le comparateur (10) est constitué par un amplificateur opérationnel.