Brevet FR2689336A1 — publié le 19931001

PROCEDÉ DE RÉGULATION À BASSE VITESSE D'UN MOTEUR La présente invention concerne un procédé de régula- tion de vitesse d'un moteur, notamment d'un moteur de machine à laver dont la vitesse de rotation peut être régulée à l'inté- rieur d'une certaine plage. 5 La figure 1 représente schématiquement un système de régulation classique d'un moteur M de type dit universel Une première borne du moteur M est reliée, par exemple, à une phase P du secteur et la deuxième borne du moteur est reliée au neutre N du secteur par l'intermédiaire d'un triac 10 L'axe du moteur10 M est couplé à un tachymètre 12 La tension de sortie du tachy- mètre 12 est fournie à une entrée d'un comparateur 14 dont l'autre entrée est reliée à une tension de référenoe Vref Le signal de sortie Vs du comparateur 14 est fourni à un micro- contrôleur 16 Ce signal Vs est un signal indicatif de la15 vitesse de rotation du moteur Par ailleurs, le microcontrôleur 16 reçoit des impulsions de synchronisation sur le secteur à travers un circuit de mise en forme 18 relié, par exemple, à la phase P du secteur Le microcontrôleur 16 exploite le signal de vitesse Vs et les impulsions de synchronisation pour corriger l'angle de conduction du triac 10 en fonction d'une consigne de vitesse de rotation Nc. Le procédé de régulation de la vitesse du moteur M est essentiellement mis en oeuvre par un programme du microcontrô- leur 16 Le tachymètre 12 délivre un signal périodique de fré- quence et d'amplitude proportionnelles à la vitesse de rotation 5 N du moteur Les alternances positives dépassant la tension de référence Vref du signal délivré par le tachymètre sont conver- ties en créneaux par le comparateur 14 La tension Vref est choisie à une valeur suffisante pour que des impulsions parasi- tes de faible amplitude ne soient pas converties en créneaux.10 Le procédé de régulation est basé sur la mesure de la période du signal Vs Pour cela, le microcontrôleur 16 convertit la consigne de vitesse Nc en une période de consigne qui est comparée à la période du signal Vs En fonction de l'erreur de période, le microcontrôleur 16 calcule selon des lois classiques15 d'asservissement l'angle de conduction ai à donner au triac 10 pour modifier la vitesse de rotation du moteur M Ci-après on se référera à des angles de conduction ai et à des angles de non- conduction a*i = 1800-ai Les impulsions de synchronisation sur le secteur indiquent au microcontrôleur 16 à quels instants il20 faut considérer les angles calculés. La figure 2 représente un exemple d'allure du signal de vitesse Vs et de la tension VM aux bornes du moteur M On suppose que le moteur M tourne à vitesse constante Ainsi, comme cela est représenté, le signal Vs est à fréquence constante.25 La tension VM aux bornes du moteur a été représentée pour une période de la tension du secteur, les alternances du secteur étant représentées en pointillés. A un instant to, la tension du secteur croît à partir de zéro et il survient une impulsion de synchronisation, non représentée, permettant d'initialiser le décomptage d'un angle de non-conduction a*( calculé lors de la demi-période secteur précédente Lorsque l'angle a*( a été décompté, le triac 10 est rendu passant et le restant de l'alternance du secteur est appliqué sur le moteur M. Durant la demi- période du secteur commençant à l'ins- tant to, le microcontrôleur 16 mesure les périodes consécutives du signal Vs et calcule pour chacune l'angle de non-conduction a*l pour la demi-période secteur suivante L'angle de non-con- 5 duction a*j est définitivement calculé pour la dernière période complète Ti du signal Vs comptabilisée avant la fin de la demi- période secteur courante. A un instant tl, la tension secteur passe par zéro Le triac 10 se bloque Une nouvelle impulsion de synchronisation, non-représentée, survient et le décomptage du nouvel angle de non-conduction a*l est initialisé On a représenté la dernière période T 2 du signal Vs comptabilisée avant la fin de la demi-période secteur pour calculer l'angle de non-conduction suivant.15 On conçoit, en observant la figure 2, qu'il se pose un problème si la période du signal Vs devient supérieure à la demi-période secteur A ce moment là, on ne peut pas calculer l'angle de non- conduction pour la demi-période secteur suivante Ce qui se produit alors est qu'un angle de non-conduction20 calculé pour une période du signal Vs est utilisé pour deux demi-périodes secteur consécutives. Il s'avère que la régulation de la vitesse du moteur fonctionne encore convenablement pour des périodes du signal Vs devenant proches de la période secteur, un même angle de non- conduction étant alors utilisé pour quatre demi-périodes secteur consécutives On appelle vitesse minimale la vitesse qui peut encore être convenablement régulée avec un système de régulation du type de la figure 1 Dans un moteur équipé d'un tachymètre à 8 paires de pôles et alimenté avec un réseau de 50 Hz, la vitesse minimale est de l'ordre de 375 tours par minute (ce qui correspond à une période du signal Vs égale à la période sec- teur). Si l'on essaie de réguler le moteur à une vitesse plus lente que la vitesse minimale, un même angle de non-conduction est utilisé pour un nombre trop élevé de demi-périodes secteur, ce qui provoque des accélérations ou décélérations du moteur qui ne peuvent être détectées à temps pour une correction Par conséquent, la vitesse du moteur oscillerait entre zéro et une 5 valeur supérieure à la vitesse minimale ( 375 tours par minute ci-dessus). Or, dans èrtaines applications, on souhaite obtenir une vitesse de rotation particulièrement lente Par exemple, dans une machine à laver équipée d'un dispositif de freinage du10 tambour dans une position prédéterminée, le tambour est arrêté sur une faible course par un frein Si le tambour tourne trop rapidement, il se produit un choc important lors de son frei- nage Outre le bruit désagréable que èla produit, le dispositif de freinage doit être réalisé de façon robuste. Bien entendu, en choisissant un tachymètre avec un nombre de paires de pôles plus élevé, la vitesse minimale est réduite Toutefois, de tels tachymètres sont peu disponibles et de nombreux moteurs sont livrés en standard équipés d'un tachy- mètre à 8 paires de pôles et même parfois à 4 paires de pôles.20 Un objet de la présente invention est d'obtenir, dans un système de régulation du type de èlui de la figure 1, une vitesse de moteur inférieure à la vitesse minimale que le système peut normalement réguler. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une telle vitesse basse quel que soit le nombre de paires de pôles du tachymètre utilisé. Ces objets sont atteints grâce à un procédé de régula- tion à basse vitesse d'un moteur comprenant les étapes sui- vantes: générer un signal de vitesse dont l'amplitude varie dans le même sens que la vitesse du moteur; comparer l'ampli-30 tude dudit signal à un seuil prédéterminé; tant que ladite amplitude est inférieure au seuil, augmenter progressivement le courant de commande du moteur à partir d'une valeur provoquant une décélération du moteur; et dés que ladite amplitude dépasse le seuil, diminuer brusquement le courant de commande jusqu'à une valeur provoquant une décélération du moteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend, lors d'une régulation de vitesse dans une plage de valeurs supérieures à ladite basse vitesse, les étapes suivantes: comparer la période du signal de vitesse à une période de consigne; en fonction de l'écart entre la période de consigne et la période du signal de vitesse, modifier l'angle de conduction d'un interrupteur commandant le moteur à partir du10 secteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le courant de commande du moteur est progressivement augmenté en augmentant ledit angle de conduction sur plusieurs demi-périodes du secteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé est mis en oeuvre dans une machine à laver pour faire tourner le moteur d'entraînement du tambour à une vitesse lente. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le signal de vitesse est produit par un tachymètre équipant de façon standard le moteur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles:25 la figure 1, précédemment décrite, représente schéma- tiquement un système de régulation classique de la vitesse d'un moteur; la figure 2, précédemment décrite, représente les allures de divers signaux dans le système de la figure 1; et les figures 3 A à 3 C illustrent des allures de divers paramètres et de signaux obtenus en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention dans le système de la figure 1. Le procédé de régulation selon l'invention peut être mis en oeuvre par un microcontrôleur classique inséré dans un système classique de régulation, tel que celui de la figure 1. Ainsi, dans la suite de la description, on se référera à des éléments de la figure 1. Selon l'invention, le microcontrôleur 16 est programmé pour commuter d'un fonctionnement selon un procédé de régulation classique vers un fonctionnement selon le procédé de l'invention lorsque, par exemple, la consigne de vitesse Nc devient infé- rieure à une valeur correspondant à la vitesse minimale que le système peut normalement réguler.10 Les figures 3 A à 3 C illustrent respectivement les allures de l'angle de conduction a du triac 10, de la vitesse de rotation N du moteur, et du signal de vitesse Vs fourni par le comparateur 14 lorsqu'il se produit une régulation à basse vitesse selon l'invention. 15 A un instant tio, on décide de faire tourner le moteur à basse vitesse, le moteur étant par exemple initialement à l'arrêt L'angle de conduction est amené vers une valeur an entraînant un courant dans le moteur insuffisant pour le démarrer A partir de l'instant tio, l'angle de conduction est pro-20 gressivement augmenté sur plusieurs demi-périodes du secteur A un instant tlj, le courant est suffisant pour faire démarrer le moteur qui tourne de plus en plus vite au fur et à mesure que l'angle de conduction augmente En même temps que la vitesse de rotation du moteur augmente, l'amplitude du signal fourni par le25 tachymètre augmente également mais reste initialement inférieure à la tension de référence Vref A un instant t 12, l'amplitude du signal fourni par le tachymètre 12 atteint la valeur Vref et le moteur atteint une vitesse de rotation correspondante Ni Le signal Vs présente alors une impulsion qui est détectée par le microcontrôleur 16 qui ramène l'angle de conduction a vers sa valeur initiale am insuffisante pour démarrer le moteur A partir de l'instant t 12, la vitesse du moteur commence donc à décroître, mais l'angle de conduction est de nouveau progressi- vement augmenté sur plusieurs demi-périodes du secteur; à un moment donné la vitesse du moteur finit par croître de nouveau. A un instant t 13, la vitesse de rotation du moteur atteint de nouveau la valeur Nl, il surgit une nouvelle impulsion du signal Vs et l'angle de conduction est de nouveau ramené vers sa valeur 5 initiale Ainsi, la vitesse de rotation du moteur reste proche de la valeur Ni qui est la valeur pour laquelle 1 'amplitude du signal fourni par le tachymètre atteint Vref La valeur Vref correspond généralement à une vitesse de rotation Ni bien plus10 faible que la vitesse minimale classique En pratique, on pourra faire varier la valeur Ni en faisant varier la tension de réfé- rence Vref. On notera que le procédé selon l'invention est basé sur la mesure de l'amplitude du signal fourni par le tachymètre, alors qu'il est mis en oeuvre dans un système classiquement basé sur une mesure de période de ce signal. Les valeurs maximales atteintes par l'angle de conduc- tion et l'amplitude maximale de l'ondulation de la vitesse de rotation autour de la valeur Ni dépendent de la charge du moteur Dans un mode de réalisation simple, l'angle de conduc- tion minimal am est choisi tel que le moteur non chargé soit alimenté juste en-dessous de son intensité de démarrage Dans un mode de réalisation plus élaboré, on pourra prévoir une adapta- tion de la valeur minimale am, par exemple, de manière qu'à chaque impulsion du signal Vs, on abaisse l'angle de conduction d'une valeur constante ou proportionnelle à l'angle de conduc- tion et suffisante pour que le moteur se mette à décélérer. La programmation du microcontrôleur 16 pour obtenir les fonctions décrites ci-dessus est à la portée de tout pro- grammeur. De nombreuses variantes et modifications de la pré- sente invention apparaîtront à l'homme du métier, notamment en ce qui concerne le choix de 1 'angle de conduction an et la vitesse d'incrémentation de l'angle de conduction, ce choix pouvant être facilement déterminé par essais. REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation à basse vitesse d'un moteur (M) comprenant les étapes suivantes: générer un signal de vitesse (Vs) dont l'amplitude varie dans le même sens que la vitesse du moteur; et comparer l'amplitude dudit signal à un seuil prédé- terminé (Vref); caractérisé en ce qu'il comprend alternativement les étapes suivantes: tant que ladite amplitude est inférieure au seuil, augmenter progressivement le courant de commande du moteur à partir d'une valeur provoquant une décélération du moteur; et dès que ladite amplitude dépasse le seuil, diminuer brusquement le courant de commande jusqu'à une valeur provoquant une décélération du moteur.15 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, lors d'une régulation de vitesse dans une plage de valeurs supérieures à ladite basse vitesse, les étapes suivantes: comparer la période du signal de vitesse (Vs) à une période de consigne; en fonction de l'écart entre la période de consigne et la période du signal de vitesse, modifier l'angle de conduc- tion (a) d'un interrupteur ( 10) commandant le moteur à partir du secteur.25 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant de commande du moteur est progressivement augmen- té en augmentant ledit angle de conduction (a) sur plusieurs demipériodes du secteur. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est mis en oeuvre dans une machine à laver pour faire tourner le moteur d'entraînement du tambour à une vitesse lente. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de vitesse (Vs) est produit par un tachymètre ( 12) équipant de façon standard le moteur.