Brevet FR2615335A1 — publié le 19881118

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le freinage d'un moteur à cage d'é- cureuil, le moteur étant commandé d'une manière connue en soi au moyen d'un convertisseur de ten- sion et le courant d'alimentation du moteur à partir du réseau étant interrompu dans la situation de freinage, après quoi les enroulements du moteur sont alimentés en courant continu. Les moteurs à cage d'écureuil utilisent souvent un procédé de freinage dit à courant continu, suivant le- quel le courant d'entraînement du moteur est interrompu et les enroulements sont ensuite alimentés avec un cou- rant continuqui engendre un champ stationnaire induisant un champ magnétique de freinage dans l'enroulement à cage d'écureuil du rotor. L'opération de freinage proprement dite peut être commandée par réglage du courant de freina- ge de sorte que le moteur fonctionne par exemple suivant une courbe prédéterminée de durée de freinage ou de vites- se de rotation. Les procédés de freinage déjà connus comprennent le freinage d'un moteur à une ou deux vitesses, par envoi d'un courant continu venant d'un redresseur séparé à deux bornes d'un moteur monovitesse, l'envoi d'un courant con- tinu à l'un des enroulements d'un moteur à deux vitesses (voir par exemple le brevet finlandais 64 255), et l'in- version du sens de rotation sans fourniture de courant continu. L'inversion du sens de rotation peut être effec- tuée dans la plupart des cas au moyen de contacteurs mé- caniques ou par commande électrique des semi-conducteurs de puissance des convertisseurs de tension. Le courant continu peut être fourni par des redresseurs à deux al- ternances ou à une seule alternance, selon le circuit utilisé. Les inconvénients des procédés déjà connus ré- sultent du fait que, en raison de l'utilisation d'un re- dresseur séparé, ils nécessitent un nombre relativement grand de composants semi-conducteurs coûteux dans le circuit principal et souvent également un plus grand nombre de contacteurs mécaniques à haute tension, coûteux et volumineux. En outre, les contacteurs présentent l'inconvénient d'une lenteur dans leur changement d'état (la différence par rapport à un circuit électronique est de l'ordre d'une décade), ce qui a pour conséquence que, pendant la commutation, le moteur se trouve dans un état indéfini sans courant qui peut aboutir à une situation d'emballement. Le freinage par inversion du sens de rota- tion présente l'inconvénient d'un faible rendement, en particulier dans des applications nécessitant un freinage fréquent, par exemple des moteurs d'ascenseur, puisque le courant de freinage est toujours égal au courant de démar- rage (5 à 10 fois le courant nominal) même si aucun cou- ple de freinage n'est présent. La présente invention a pour objet un procédé de freinage qui évite les inconvénients précités. Le procédé de freinage suivant l'invention est caractérisé en ce que le courant continu requis est fourni aux enroulements du moteur à partir d'un pont redresseur qui est constitué, par commande électrique dans la situa- tion de freinage, de certains composants à semi-conducteurs du convertisseur de tension. Les principaux avantages de l'invention sont le faible coût et la petite dimension, résultant de la diminution du nombre de composants et de contacteurs,et un bon rendement. Par exemple, les commandes correspondan- tes à convertisseur de fréquence, dans lesquelles les semi-conducteurs de puissance sont généralement des tran- sistors, sont beaucoup plus complexes et coûteuses que la solution de l'invention, qui utilise un convertisseur de tension à base de thyristors. Les autres modes avantageux de réalisation de l'invention sont caractérisés par le fait que dans le cas o les composants à semiconducteurs du convertisseur de tension sont des thyristors, un pont redresseur à onde complète est constitué par deux paires de thyristors qui produisent le courant continu de freinage à partir de deux tensions de phase. Dans une réalisation de ce type les paires de thyristors sont commandées séparément d'une manière telle que, dans le cas d'un couple de freinage élevé, l'une des paires de thyristors redresse continuellement le courant, agissant comme une diode nulle, tandis que l'autre paire fournit un courant continu pulsé. Les paires de thyristors sont commandées d'une manière telle que, dans le cas d'un faible couple de frei- nage, les deux paires produisent un courant continu pulse. L'invention a également pour objet un circuit de commande pour un moteur à cage d'écureuil, avec lequel le moteur est commandé progressivement d'une manière connue en elle-même au moyen d'un convertisseur de tension, caractérisé en ce qu'on utilise un redresseur constitué par certains composants à semi-conducteurs, pouvant être commandés électriquement, du convertisseur de tension, pour fournir un courant continu au moteur pendant le frei- nage. Les composants à semi-conducteurs du convertis- seur de tension sont avantageusement des thyristors et on peut utiliser deux paires de thyristors du convertisseur de tension pour constituer un pont redresseur à onde complète qui produit le courant continu de freinage à partir des tensions de deux phases. - Dans un mode d'exécution le circuit comprend un commutateur de sélection par lequel on peut amorcer alter- nativement l'une des paires de thyristors pour produire un courant continu pulsé continuellement. Dans une forme de réalisation, le convertisseur de tension est constitué par un convertisseur à transistors. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: les figures la et lb illustrent un circuit con- nu à pont de thyristors,et son principe de fonctionnement, auquel l'invention peut être appliquée; les figures 2a à 2c sont des schémas illustrant le circuit de pont de thyristors suivant l'invention et son principe de commande pendant le freinage par courant continu; la figure 3 illustre un exemple d'un circuit lo- gique de commande de thyristors qui peut être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention; et la figure 4 illustreun exemple d'un circuit d'a- morçage de thyristor à connecter à la logique de comman- de représentée sur la figure 3. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessinset 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 limitation. La figure la représente un circuit connu à pont de thyristors qui peut être utilisé pour commander un mo- teur à cage d'écureuil comportant un seul enroulement.Pour fairetourner le moteurl dans une première direction, le cou- rant d'entraînement est fourni par l'intermédiaire de thy- ristors T1,T2; T3,T4 et T9,T10, et,pour la rotation en sens inverse, par l'intermédiaire de thyristors T1,T2; T5, T6 et T7,T8. Conformément aux prescriptions légales concer- nantpar exemple, les moteurs d'ascenseur, il doit être.pos- sible de couper le courant d'alimentation au moyen d'au moins deux dispositifs fonctionnant indépendamment l'un de l'autre. Pour cette raison, le circuit de la figuré 1 comprend des contacteurs K1 et K2, bien que ces der- niers ne concernent pas la présente invention. La figure lb illustre la façon dontle fonction- nement du pont de thyristors est synchronisé avec un cou- rant de réseau triphasé RST. La partie positive du cou- rant d'alimentation de chaque phase est indiquée par l'in- dice p, par exemple Rp, et la partie négative correspon- dante est indiquée par l'indice n, par exemple Tn. Comme la signification de la figure est évidente pour les hommes de l'art,on n'explique pas ici en détail le fonctionnement normal d'un pont de thyristors. Habituellement, comme déjà indiqué, le freinage est réalisé sur le principe de l'entraînement inverse, c'est-à-dire par inversion du sens de rotation du moteur. L'inversion du sens de rotation pour le freinage, au moyen d'un circuit semblable à celui de la figure 1, est ef- fectuée par modification du groupement des thyristors pen- dent l'entraînement. Toutefois, ce procédé présente les inconvénients déjà mentionnés. Par contre, le procédé suivantl'invention emploie le freinage par courant continu effectué par com- mande du pont de thyristors de la matière illustrée sur la figure 2a. Pour plus de clarté, tous les thyristors n'in- tervenant pas dans l'opération de freinage ont été omis sur la figure, ainsi que leurs chemins de courant. En fait, la figure 2a illustre deux sources de courant continu raccordées en parallèle, la grandeur de la tension conti- nue Udc fournie par les sources étant réglée séparément par interruption du courant d'alimentation envoyé aux sources de courant continu, au moyen des paires de thyris- tors T3,T6 et T7,T10. Pour le freinage, on coupe l'envoi de courant au moteur, par passage en non conduction de tous les thyris- tors T1-T1O. Afin d'éliminer tous les chemins de court- circuit, un état sans courant d'une durée de 20 ms envi- ron est engendré dans le moteur, la durée de cet état étant fixée en premier lieu par les variations des ca- ractéristiques des thyristors. Ensuite on amorce les thy- ristors T3,T6,T7 et T10, ce qui donne le circuit repré- senté sur la figure 2a. Ces thyristors constituent unopont redresseur à onde complète ou sur deux alternances qui re- dresse, d'une manière bien connue, deux phases duréseau tri- phasé d'alimentation, le courant continu ainsi produit étant appliqué à deux Lbrnes du moteur 1, tandis qu'aucun courant n'est appliqué à la troisième borne. Par réglage de la durée des états de conduction des thyristors, on peut ajuster le courant continu produit,à la valeur re- quise. Les opérations et le circuit utilisé pour cette fonction sont les mêmes, indépendamment du sens de rota- tion au moment du freinage. La figure 2b illustre les plages d'amorçage des thyristors T3, T6, T7 et T10 pour un freinage par courant continu lorsqu'un couple élevé est nécessaire. Dans ce cas,les thyristors T7 et T10 agissent comme une diode nulle, permettant au courant d'être maintenu par l'inductance des enroulements du moteur. Cela réduit les fluctuations de courant et donc le bruit mécanique. Cela ne peut pas être obtenu si on emploie un redressement de courant sur une seule alternance. La figure 2c illustre les plages d'amorçage pour les thyristors T3,T6,T7 et T10, pour un freinage par courant continu dans le cas o on veut un faible couple de freinage. Lorsque le courant de freinage est faible, une augmentation de la fluctuation relative du courant ne crée plus de difficulté. Dans ce cas, afin d'effectuer aussi vite que possible une commutation entre les états de courant continu/courant alternatif, la paire de thyristors T7,T10 est également amorcée de la même fa- çon que la paire T3,T6 de la figure 2b. L'inductance du moteur s'otpose maintenant au courant continu fourni, ce qui engendre dans le courant des coupures qui permet- tent une transition rapide de retour à l'état d'entraîne- ment en traction. La figure 3 représente un circuit de commande d'un pont de thyristors tel que celui de la figure 1, conforme à l'invention. En gros,le circuit rassemble les informations nécessaires concernant le sens d'entraînement désiré, le signal de démarrage fourni par le régulateur de vitesse du moteur, le mode d'entraînement désiré (trac- tion/freinage), l'émission d'une instruction d'entraîne- ment et le séquencement de l'amorçage des thyristors comme illustré sur la figure lb, et il combine, au moyen d'une logique NON-ET usuelle, ces données pour engendrer une disposition d'amorçage des thyristors appropriée à la si- tuation existante. Le fonctionnement du circuit est décrit ci- après de façon plus détaillée. L'instruction d'entraîne- ment est appliquée à un point 2, pour activer un circuit logique 3, par exemple une logique à relais, de sorte que ce circuit active d'abord les contacteurs K1 et K2 de la figure 1 avec une instruction de commande envoyée sur une ligne 4, et ensuite, après une temporisation de 100 ms en- viron, il envoie un signal d'autorisation d'amorçage de thyristor à un circuit de commande de thyristor, sur une ligne 5. Lorsqu'on veut arrêter le moteur, ces opérations sont effectuées dans l'ordre inverse. L'autorisation d'a- morçage démarre un oscillateur 6 qui sert d'horloge et de minuterie pour l'ensemble du système d'amorçage et qui fournit des impulsions aux entrées de portes NON-ET 7a-7g, à une fréquence de 30 kHz. Les impulsions de synchronisation indiquées sur la figure lb sont envoyées à l'entrée de portes OU 8a-8c qui, à l'aide d'amplificateurs opérationnels 9a-9c, pro- duisent un signal en dent de scie au point de référence a-10c de chaque porte lorsqu'une quelconque des entrées Rp... Tn est positive. Les signaux en dent de scie sont envoyés à des comparateurs 11a-11c pour comparaison au si- gnal de régulation fourni par un régulateur de vitesse 12 de type proportionnel-intégral. On fait varier le signal de régulation, par une technique connue, conformément aux besoins du moment, c'est-à- dire en fonction de la vitesse désirée de rotation du moteur. Un circuit 13 fournit une valeur absolue de la tension du signal venant du régula- teur de vitesse, et une correction de linéarisation de couple est effectuée par un circuit de renforcement 14, qui fournit la tension de régulation Ur. La linéarisation est nécessaire car le couple du moteur ne répond pas li- néairement aux variations de l'angle d'amorçage. La non linéarité dépend du rapport d'impulsion du courant et du cosinus de l'amorçage. Le régulateur de vitesse serait capable de corriger l'erreur lui-même mais il fonctionne trop lentement si le couple a une valeur faible, ce qui demande spécifiquement un fonctionnement rapide. Le sens d'entraînement est choisi par un circuit dont l'entrée est le signal de sens d'entratnement et la sortie est un signal d'activation du groupe de thyris- tors correspondant au sens d'entraînement choisi, ce der- nier signal étant envoyé à l'entrée des portes NON-ET 7a- 7g. La sélection entre l'entraînement normal et le freina- ge est effectuée par un circuit 16 sur la base de la ten- sion de sortie du régulateur (si la tension est négative, le moteur doit être freiné). Une instruction d'entraine- ment normal envoyée sur une ligne 17 active les portes NON- ET 7a-7e et une instruction de freinage envoyée sur une ligne 18 active les portes NON-ET 7f et 7g qui commandent le fonctionnement des paires de thyristors T3,T6 et T7,T10 pendant le freinage jusqu'à ce que la tension de sortie du régulateur 12 devienne nulle. La sélection du mode de freinage, dans lequel la paire de thyristors T7,T10 est utilisée comme une dio- de de zéro ou mise en conduction et en non conduction en fonction de la charge (figure 2), est effectuée par en- trée de la tension de régulation Ur dans un comparateur 19, dont l'autre entrée est reliée à la tension de référen- ce fixe. Puisque l'information véhiculée par la tension de régulation Ur après linéarisation par le circuit 14 com- prend également la valeur du couple, ce signal peut être utilisé directement et le circuit nécessaire est très simple. Le résultat de la comparaison est envoyé du com- parateur 19 à l'une des entrées d'une porte OU 20 dont l'autre entrée est alimentée par la sortie du comparateur 11c. Le comparateur 11c commande la porte NON-ET 7g avec les impulsions de synchronisation des phases S et T du réseau, interrompant la tension continue comme représenté sur la figure 2c de la même manière que la porte 7f com- mande les thyristors T3 et T6, à moins que le comparateur 19, à cause d'une demande pour un couple de freinage é- levé, maintienne la porte 20 en permanence dans l'état 1, ce qui, pendant le freinage, a pour effet que la porte 7g amorce continuellementles thyristors T7 et T10 confor- mément au séquencement de temps établi par l'oscillateur 6 (30 kHz) comme illustré sur la figure 2b. La figure 4 illustre un exemple d'un étage de commande de puissance dont l'entrée 21 est alimentée par la sortie d'une des portes NON-ET 7a-7g. La tension pul- sée de 30 kHz (cycle égal fréquence du réseau), galvani- quement isolée de l'étage de puissance par un transfor- mateur M, est convertie en impulsions d'amorçage pour une paire de thyristors, par exemple T1 et T2, au moyen de deux enroulements secondaires, les signaux fournis par ces enroulements étant envoyés des'bornes 22a et 22b aux grilles-des thyristors. Pour chaque porte NONET, un seul dispositif de commande tel que ci-dessus est nécessaire. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou- tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du techni- cien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de freinage d'un moteur à cage d'écureuil (1), dans lequel le moteur est commandé d'une manière connue en soi-même au moyen d'un conver- tisseur de tension et le courant fourni par le réseau (R,S,T) au moteur est interrompu dans la situation de freinage, après quoi les enroulements du moteur sont ali- mentés avec un courant continu (Udc), caractérisé en ce que le courant continu envoyé aux enroulements du moteur est obtenu à partir d'un pont redresseur (T3,T6,T7,T10) constitué,dans la situation de freinage, au moyen d'une commande électrique, de certains composants à semi-conduc- teurs (T1-T10) du convertisseur de tension. 2. Procédé suivant la revendication 1, relatif au cas o les composants à semi-conducteurs (T1-T10) du convertisseur de tension sont des thyristors, caractérisé en ce qu'un pont redresseur à onde complète est constitué par deux paires de thyristors (T6,T3;T7,T10) qui produi- sent le courant continu de freinage (Udc) à partir de deux tensions de phase (S,T). 3. Procédé suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que les paires de thyristors (T6,T3;T7,T10) sont commandées séparément d'une manière telle que, dans le cas d'un couple de freinage élevé, l'une (T7,T10) des paires de thyristors redresse continuellement le courant, agissant comme une diodenulle, tandis que l'autre paire (T3, T6) fournit un courant continu pulsé (Udc) dc 4. Procédé suivant la revendication 2,caractérisé ce que les paires de thyristors (T6,T3;T7,T10) sont comman- dées d'une manière telle que, dans le cas d'un faible cou- ple de freinage, les deux paires produisent un courant con- tinu pulsé (Udc). 5. Circuit de commande pour un moteur à cage d'écureuil, avec lequel le moteur est commandé progressi- vement d'une manière connue en elle-même au moyen d'un convertisseur de tension, caractérisé en ce qu'on uti- lise un redresseur constitué par certains composants à semi-conducteurs, pouvant être commandés électriquement, du convertisseur de tension, pour fournir un courant con- tinu (Udc) au moteur pendant le freinage. dc 6. Circuit de commande suivant la revendication , caractérisé en ce que les composants à semi-conduc- teurs (T1-T10) du convertisseur de tension sont des thy- ristors et en ce qu'on peut utiliser deux paires de thy- ristors (T6,T3;T7,10) du convertisseurde tension pour constituer un pont redresseur à onde complète qui produit le courant continu de freinage (Udc) à partir dces tensions de deux phases. 7. Circuit de commande suivant la revendication ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur de sélection par lequel on peut amorcer alternativement l'une des paires de thyristors (T7,T10) pour produire un courant continu pulsé continuellement. 8. Circuit de commande suivant la revendication , caractérisé en ce que le convertisseur de tension est constitué par un convertisseur à transistors.