Brevet FR2568733A1 — publié le 19860207

Dispositif de commande de moteur électrique pour appareil à cintrer des tubes. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de commande de moteurs électriques. En particulier, l'invention est destinée à être mise en oeuvre dans des systèmes convenant notamment aux besoins d'outils de puissance tels que des appareils de cintrage de tubes. Elle permet le fonctionnement d'un moteur dans l'un ou l'autre sens et un freinage dynamique. Un avantage particulier du dispositif consiste dans l'utilisation exclusive d'une commande électronique à état solide, éliminant les relais électromagnétiques classiques qui ont été pendant longtemps une source de difficultés pour les commandes de cintrage de tubes. Le présent dispositif met en oeuvre une commande électronique de moteur fournissant un courant continu réversible à redressement à double alternance à un moteur pendant son mouvement vers l'avant (cintrage) et inverse (décharge), et fournissant un courant redressé simple alternance pour l'arrêt du moteur. Le dispositif comprend en outre une logique électronique de faible puissance et des circuits d'interconnexion pour transmettre les signaux d'un commutateur de commande de fonctionnement d'une machine aux commande de puissance du moteur. Ces éléments sont destinés à permettre un fonctionnement sur, rapide et fiable. Plus spécifiquement, l'invention propose un dispositif de commande de puissance pour moteur électrique à courant continu excité par une source de puissance alternative, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, un redresseur électronique solide excitable par une source alternative, le redresseur comprenant quatre dispositifs conducteurs unidirectionnels:disposés selon une configuration en pont, dont l'un au moins peut être commandé entre les états conducteur et non conducteur de manière que le redresseur fonctionne en conséquence en tant que redresseur double alternance ou en tant que redresseur simple alternance; des lignes de courant continu positive et négative excitées par le redresseur et des redresseurs commandés par des portes et disposées selon une configuration en pont, reliant lesdites lignes de courant continu au moteur de manière que le moteur puisse être désexcité ou excité par une polarité ou l'autre de façon à fonctionner dans un sens ou dans l'autre; et des moyens de commande aptes à faire fonctionner ledit redresseur en tant que redresseur double alternance quand le moteur est excité et en tant que redresseur simple alternance quand l'excitation du moteur est terminée. Avantageusement, un tel dispositif comprend également un frein dynamique pour le moteur comportant une résistance de freinage et un triac apte à shunter la résistance connectée aux bornes du moteur, et en ce qu'il comprend des moyens aptes à rendre le triac conducteur quand l'excitation du moteur est terminée. La nature et les avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation préféré, avec référence aux dessins annexés sur lequel: la figure 1 est une vue schématique d'un appareil de cintrage de tubes de type connu, et les figures 2a et 2b sont des schémas de circuits du dispositif de commande électrique. L'invention est décrite dans le cas o elle est appliquée à un appareil de cintrage de tubes disponible dans le commerce, tel que le "Greenlee 555 Electric Bender" fabriqué par Greenlee Tool Co. de Rockford, Illinois, division de Ex-Cell-0 Corporation. Les détails de l'appareil de cintrage de tubes ne concernent pas la description du dispositif de commande. En bref, l'appareil de cintrage (figure 1) comprend une roue ou un sabot 5 qui est entraîné lentement en rotation par un moteur électrique 6, par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur 7. Une longueur de tube 9 est maintenue entre la roue 5 et une patte 10 et elle est guidée sur un rouleau de support 11. Le tube est montré plié sur environ 90 . Un index 13 prévu sur la roue et une échelle 14 prévue sur le bâti 15 de la machine indiquent l'angle de flexion. La roue 5 est entraînée dans le sens des aiguilles d'une montre, comme montré sur la figure, pour réaliser le cintrage, et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour dégager la pièce et ramener l'appareil de cintrage à sa position de départ. Si on se réfère maintenant à la figure 2a, l'opérateur de la machine utilise un commutateur à distance ou suspendu 17 pour commander le moteur. Ce commutateur comprend une position ouverte centrale et peut transmettre +12 volts en courant continu à partir d'une source appropriée à un contact de "cintrage" 18 ou à un contact de "déchargement" 18'. Le contact 18 est couplé par une ligne 19 à une porte ET 21 à quatre entrées, qui peut être la moitié d'un circuit intégré Motorola type MC 14082. La ligne 19 est mise à la terre par l'intermédiaire d'un circuit de suppression de bruit constitué par le condensateur 22 et la résistance 23. L'alimentation positive en 12 volts est appliquée par la source à la porte ET. La porte 21 transmet un signal zéro à la jonction 26 sauf si toutes ses entrées sont à un potentiel positif. Supposant qu'elles le soient, un signal d'excitation de moteur est transmis par une résistance 27 de 2,2 k et une résistance 29 de 2,7 mégohms à la ligne , qui fournit le signal d'entrée à des amplificateurs opérationnels en série montés en inverseurs 31 et 33, lesquels fournissent un signal de mise en circuit à la base d'un transistor NPN 34. Ce transistor provoque l'excitation du moteur 6 par des circuits qui seront décrits plus loin. La ligne 30 est mise à la terre par l'intermédiaire d'un condensateur 35 de 0,1 mF qui, avec la résistance 29, détermine un retard pour l'excitation du moteur. Une diode 37 qui shunte la résistance décharge le condensateur quand la jonction 26 est ramenée à zéro. Quand il est rendu passant, le transistor 34 excite un circuit série par l'intermédiaire d'une diode émettrice de lumière (LED) 38, une résistance 39 de 150 ohms, des coupleurs optiques 31 et 42 et la ligne 43 jusqu'à une jonction 45. Ce courant excite des diodes émettrices de lumière des coupleurs optiques 41 et 42. Les coupleurs optiques comprennent également des photo-détecteurs qui sont mis en circuit par le rayonnement provenant des diodes. Les coupleurs optiques 41 et 42 accouplent les circuits logiques basse tension aux circuits de commande de puissance qui seront décrits plus loin. La LED 38 est visible par l'opérateur de la machine et lui indique que l'appareil est branché et fonctionne sur le mode "cintrage". Le circuit passant par les coupleurs optiques 41 et 42 se poursuit depuis la jonction 45 jusqu'à la terre par la LED d'un coupleur optique 46, la ligne 47 et un circuit collecteur-émetteur d'un transistor 49. Ce transistor est rendu passant après un retard suivant l'excitation initiale des circuits de commande en 12V continu pour âtre certain que l'excitation de commande est stable avant le fonctionnement des circuits de commande du moteur. La tension de + 12V est appliquée, par l'intermédiaire de la résistance 50 de 4,7 k et de la diode Zener 1N753 51, à la base du transistor 49. Un condensateur 53 (3,3 mF) doit se charger jusqu'au niveau d'avalanche de la diode Zener avant que le transistor 49 soit rendu passant. La diode 55 décharge ce condensateur quand l'alimentation de commande en 12V est coupée. Revenant au commutateur de commande manuelle 17, celui-ci est déplacé pour exciter le contact 18' en vue d'un fonctionnement inversé du moteur 6 ou fonctionnement de "déchargement". Il excite un circuit jusqu'à la jonction 15 qui est identique à celui décrit ci-dessus. Pour des raisons de concision, les éléments de ce circuit seront désignés par les mîmes références que précédemment, avec addition de l'indice prime. La LED 38' de ce circuit indique l'excitation du moteur en vue de l'opération de "déchargement". Comme on le comprend facilement, le coupleur optique 46 est excité quand le moteur reçoit l'ordre de fonctionner dans un sens ou dans l'autre. On verra la raison de cette situation. Si on revient au circuit de "cintrage", lorsqu'il est branché, un signal positif est transmis immédiatement depuis la jonction 26, par la diode 57, un amplificateur-inverseur 58 et la ligne 59, à une entrée de la porte ET 21' pour éviter l'excitation en sens inverse du moteur. La fin de ce signal est retardée, comme on le verra plus loin. De même, un signal est transmis depuis la porte 21' à la porte 20 quand on choisit le mode "déchargement". Les entrées des inverseurs 58 et 58' sont mises à la terre par l'intermédiaire des résistances 61 et 61' de 100 k. Le signal de commande en mode "cintrage" provenant de la porte ET 21 est appliqué à l'entrée de l'inverseur 58 de même que par l'intermédiaire d'un dispositif à retard 62 à la jonction 63, puis par une diode 65 et également par un circuit série constitué du dispositif temporisateur 66 et de la diode 67. Ces dispositifs temporisateurs sont connus sous l'appellation d'éliminateurs de rebond de commande type MC 14490 de Motorola. Ainsi, la porte 21' ne peut s'ouvrir après un court retard après que la porte 21 soit fermée. Par la même sorte de circuit, la porte 21 est retenue pendant un certain temps après que la porte 21' se ferme. Les jonctions 63 et 63' sont également reliées par les diodes 69 et 69' à l'entrée de déclenchement (borne 5) d'un multivibrateur monostable (MV) 70, type MC 14528 de Motorola, et à la terre par la résistance 71 de 100 k. Le multivibrateur est excité à sa borne 2 par la tension +12 V, par l'intermédiaire d'une résistance 72 de 270 k, et mis à la terre par un condensateur 73 de 3,3 mF. La borne de sortie 6 du multivibrateur est reliée à la base d'un transistor 74. Ce transistor 74 commande un transistor 75 pour terminer un circuit allant de l'alimentation de + 12V à la terre en passant par la LED 76, la résistance 77 de 160 ohms et la LED d'un coupleur optique 78. Comme on le verra, cet coupleur optique commande un frein du moteur 6. Le bord tombant du signal d'entrée appliqué au multivibrateur 70 déclenche celui-ci en vue d'exciter le coupleur optique, et le multivibrateur établit un retard d'environ 2 secondes avant la désexcitation du coupleur optique 78. Une sortie inversée (borne 7) du multivibrateur 70 renvoie un signal zéro aux portes ET 21 et 21' pour éviter l'excitation du moteur après le déclenchement du multivibrateur de commande de freinage. Ce signal est transmis par les lignes 79 et 79' et les dispositifs temporisateurs 81 et 81' aux autres entrées de ces portes. Ainsi, le moteur ne peut pas être inversé avant environ 1/2 seconde après la désexcitation, ou pendant que le circuit de freinage est opérationnel. Un condensateur 82 de 22 mF établit le retard de tous les six dispositifs temporisateurs 62, 66, 81 et ainsi de suite, qui font partie d'un ensemble à circuits intégrés multiples. La photodiode 76 informe l'opérateur de la machine que le frein du moteur est sous tension. Pour le moment, on a décrit les circuits au moyen desquels le commutateur de commande 12 actionne les six coupleurs optiques qui commandent les circuits de puissance du moteur et l'éclairement des photodiodes 38, 38' et 76 pour informer l'opérateur de la machine. On peut maintenant se référer à la figure 2b pour les circuits de puissance du moteur comprenant des relais à état solide et des circuits de déclenchement pour ces derniers. Le moteur 6 est du type à courant continu à champ magnétique permanent. La puissance est fournie par des lignes 82 et 84 sous tension alternative de 120V à un redresseur double alternance 85. Ce redresseur est un circuit contenant quatre redresseurs disposés selon la configuration habituelle en pont. Les redresseurs 86, 87 et 89 sont des diodes. Le quatrième redresseur 90 est un redresseur commandé à semiconducteur (RCS) qui est non conducteur sauf s'il est rendu passant par son électrode de porte 91 qui est reliée à l'entrée en alternative par la résistance 93 de 1 k. Le redresseur 85 excite une barre omnibus de courant continu positif 94 et une barre omnibus de courant continu négatif 95. Le moteur 6 peut être excité de façon réversible par ces barres omnibus par l'intermédiaire d'un jeu de quatre redresseurs commandés à semiconducteur 97, 98, 99 et 100. Lorsque les redresseurs RCS 97 et 98 sont rendus passant, le courant passe par le moteur dans un sens permettant le cintrage du tube. Quand 99 et 100 sont conducteurs, le courant du moteur est inversé de façon à décharger l'appareil de cintrage. On voit que ces redresseurs RCS sont montés dans un circuit en pont. Pour freiner le moteur, on le shunte par l'intermédiaire d'une résistance 102 de 1 ohm, 50 watts, au moyen d'un triac 103. Ce triac peut être conducteur dans l'une ou l'autre direction sous la commande de son électrode de porte. Les lignes d'entrée de puissance du moteur sont désignées par 105 et 106. Les électrodes de porte du triac 103 et les cinq redresseurs RCS sont commandés par des circuits couplés aux circuits de la figure 2a par les six coupleurs optiques. Ces derniers isolent électriquement les circuits logiques des circuits de puissance. Les coupleurs optiques 41, 41', 42, 42', 46 et 78 sont également montrés à la figure 2b. On peut considérer que ceci représente la partie de chacun qui réagit aux photo-détecteurs. Spécifiquement, le photodétecteur préféré est un phototransistor qui est rendu passant par un rayonnement provenant de la LED correspondante. Quand on considère les détails de la commande de moteur, le coupleur optique 41 est inséré entre la barre omnibus de courant continu positif 94 et la barre omnibus 105 du moteur, le coupleur 41' entre la barre omnibus 94 et l'autre barre omnibus du moteur 106, le coupleur 42 entre la barre omnibus de courant continu négatif 95 et la barre omnibus 106, et le coupleur 42' entre les barres omnibus 95 et 106. Tous sont connectés de la même manière. Le photodétecteur de 41 est excité par la barre omnibus 94, par l'intermédiaire d'une résistance de 47 ohms, et relié à la barre omnibus 105 par l'intermédiaire d'une résistance 110 de 1 k. Un conducteur 111 est relié à la porte du redresseur RCS 97. Ainsi, ce redresseur est rendu passant par la polarisation positive appliquée à sa porte quand le coupleur 41 est conducteur. Le circuit passant par le coupleur est shunté par la résistance 113 de 2,2 k et -par le condensateur 114 de 0,1 mF, en série avec la résistance 115 de 10 ohms. Le coupleur optique 42 est relié de façon similaire, comme indiqué par les références numériques pourvues de l'indice prime. Comme indiqué cidessus, les LED de ces coupleurs sont excitées simultanément, ce qui fait que, lorsqu'elles sont conductrices les redresseurs 97, 98 sont polarisés de façon à être conducteurs et le moteur est entraîné dans le sens "cintrage" par le courant allant de la ligne 105 à la ligne 106. Par ailleurs, quand les LED des coupleurs 41' et 42' sont excitées, elles amènent les phototransistors de ces coupleurs à polariser les redresseurs RCS 99 et 100 en les rendant conducteurs, inversant le courant passant par le moteur 6 et l'entrainant dans le sens "déchargement". Les barres omnibus 105 et 106 sont interconnectées par l'intermédiaire d'un condensateur 117 de 0,1 mF et par une résistance de 10 ohms en série. Ce circuit agit en tant qu'amortisseur pour réduire la vitesse de changement de la tension entre les deux barres omnibus. Elles sont également interconnectées par un thyristor métal-oxyde 119 en vue d'une protection contre une tension transitoire. Quand le commutateur de commande manuelle 17 (figure 2a) est relâché, le courant passant par le moteur 6 est interrompu et le circuit comprenant le multivibrateur 70 excite le coupleur optique 78. Ce coupleur déclenche le triac 103 (figure 2b) de manière à shunter le moteur par la résistance 102, et ainsi le freiner. La porte du triac est toujours couplée à la barre omnibus 106 du moteur par la résistance 121 de 1 k. Le coupleur 78, quand il est conducteur, complète un circuit allant de cette porte par une résistance 122 de 330 ohms, jusqu'à la barre omnibus de commande à distance 105, de manière à rendre le triac passant. Le triac est passant dans les deux directions. L'énergie cinétique du moteur est absorbée par la résistance montée sur le trajet passant par le moteur et la résistance 102 de manière à freiner le moteur. Après une durée déterminée par le multivibrateur 70, le coupleur 70 est désexcité et, après diminution de la tension passant par le triac 103, le shunt du moteur est ouvert. Les portes -ET 21 et 21' permettent alors la réexcitation du moteur. Le coupleur optique 46 commande le redresseur RCS 90, qui est l'un des quatre redresseurs constituant le circuit redresseur en pont 85. Le redresseur 90 est conducteur quand son anode est suffisamment positive et quand sa porte 91 est polarisée positivement. Quand le coupleur est non conducteur, la porte 91 suit le potentiel de la ligne 83 et la cathode du redresseur 90 par conduction par la résistance 93 de 1 k. Le redresseur reste non conducteur. Le coupleur optique 86 devient conducteur quand le moteur 6 est excité et est entratné dans un sens ou dans l'autre, du fait que sa diode LED est reliée en série avec celles des coupleurs 41, 42, 41' et 42'. La porte 91 est alors couplée à la barre omnibus de courant continu négatif 95 par la résistance 130 de 47 ohms, la diode 131, le phototransistor du coupleur 46 et une ligne 133. Pendant le demi-cycle au cours duquel la ligne 83 devient négative par rapport à la barre omnibus 95, la porte 91 est polarisée positivement et le redresseur est conducteur. Le résultat est que la puissance en courant continu est fournie par un redresseur double alternance quand le moteur est entratné et par un redresseur simple alternance quand il est désexcité et freiné. L'interruption de la puissance en courant continu qui en résulte pendant un demi-cycle au cours de chaque cycle de la puissance en courant alternatif est très importante pour améliorer la commutation ou la coupure des redresseurs RCS 97 et 98, ou 99 et 100 selon le cas, qui excitent le moteur. I1 est clair pour l'homme de l'art que le système de commande, dont le' mode de réalisation préféré a été décrit,, permet un fonctionnement en douceur de l'appareil de cintrage, et élimine les nombreux problèmes résultant de l'utilisation de relais électromagnétiques classiques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de puissance pour moteur électrique à courant continu excité par une source de puissance alternative, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, un redresseur électronique solide excitable par une source alternative, le redresseur comprenant quatre dispositifs conducteurs unidirectionnels (86, 87, 89, ) disposés selon une configuration en pont, dont l'un au moins (90) peut être commandé entre les états conducteur et non conducteur de manière que le redresseur fonctionne en conséquence en tant que redresseur double alternance ou en tant que redresseur simple alternance; des lignes de courant continu positive et négative excitées par le redresseur et des redresseurs (97100) commandés par des portes (41, 41'; 42, 42') et disposées selon une configuration en pont, reliant lesdites lignes de courant continu au moteur (6) de manière que le moteur puisse être désexcité ou excité par une polarité ou l'autre de façon à fonctionner dans un sens ou dans l'autre; et des moyens de commande (16) aptes à faire fonctionner ledit redresseur en tant que redresseur double alternance quand le moteur est excité et en tant que redresseur simple alternance quand l'excitation du moteur est terminée. 2. Dispositif de commande de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un frein dynamique pour le moteur (6) comportant une résistance de freinage (102) et un triac (103) apte à shunter la résistance connectée aux bornes du moteur, et en ce qu'il comprend des moyens (78) aptes à rendre le triac (103) conducteur quand l'excitation du moteur est terminée.