Brevet FR2698499A1 — publié le 19940527

L'invention concerne un circuit pour faire fonctionner une charge inductive, de préférence un moteur synchrone, à partir d'une source fournissant essentiellement une tension continue. Le document DE-OS 38 30 016 décrit un circuit pour alimenter une charge à partir d'une source d'énergie à basse tension de sortie par l'intermédiaire d'un circuit convertisseur de tension continue Par l'intermédiaire d'un élément commutateur principal, le circuit convertisseur de tension continue prélève périodiquement de l'énergie sur la source d'énergie pour la fournir, à travers un élément inductif et un redresseur, à la charge, à une tension d'alimentation accrue De plus, il est prévu un élément commutateur de démarrage par lequel, dans une phase de démarrage du circuit, de l'énergie est prélevée sur la source d'énergie pour engendrer la tension d'alimentation Dans ce circuit connu, il est prévu un circuit de commande principal qui est alimenté en énergie directement à partir de la tension d'alimentation et par lequel est commandé périodiquement l'élément commutateur principal Ce circuit de commande principal présente donc une tension d'alimentation accrue par rapport à la tension de sortie de la source d'énergie Il est encore prévu un circuit de commande de démarrage alimenté directement et exclusivement par la source d'énergie et commandant périodiquement l'élément de commutation de démarrage Les périodes de commutation pour l'élément commutateur de démarrage sont alors d'une durée plus courte que celles pour l'élément commutateur principal Le circuit de commande de démarrage et donc l'élément commutateur de démarrage sont déconnectés lorsque la tension d'alimentation atteint une valeur prédéterminée. Par la présence de l'élément commutateur de démarrage et du circuit de commande de démarrage, on a la garantie, dans le circuit connu, que, lors de la mise en service du circuit, il est d'abord engendré une tension d'alimentation de valeur requise pour le circuit de commande principal pour manoeuvrer l'élément commutateur principal avant que celui-ci se mette en régime Lorsque, ensuite, le circuit de commande principal et l'élément commutateur principal sont en régime de fonctionnement, ils prennent en charge la génération de la tension d'alimentation, qui est également utilisée pour faire fonctionner le circuit de commande principal. Le circuit connu peut être utilisé pour des charges quelconques et donc également pour l'alimentation de moteurs Cependant, il s'est avéré que, dans certaines applications, il est souhaitable de simplifier encore le circuit, notamment les parties prévues pour le démarrage du circuit lors de la mise en service. A cet effet, l'invention vise à réaliser un circuit pour faire fonctionner une charge inductive à partir d'une source fournissant essentiellement une tension continue de telle manière que son fonctionnement et son démarrage soient assurés à un coût supplémentaire le plus faible possible, même si la tension continue prélevée sur la source est plus basse que la tension d'alimentation qui, par exemple selon l'état de la technique, est nécessaire pour un circuit de commande principal. Conformément à l'invention, ce but est atteint par un circuit pour faire fonctionner une charge inductive pourvue d'au moins un enroulement comportant au moins des premier et deuxième enroulements partiels qui, d'une part, par l'intermédiaire de dispositifs de commutation actionnés périodiquement par un dispositif de commande, peuvent être reliés à une source fournissant essentiellement une tension continue pour alimenter une charge en énergie et, d'autre part, sont couplés électriquement et magnétiquement à la manière d'un autotransformateur sur les bornes terminales duquel peuvent être prélevées des tensions pour alimenter le dispositif de commande, bornes terminales qui sont formées par des bornes des enroulements partiels non reliées entre elles. Le circuit conforme à l'invention offre l'avantage d'utiliser, pour alimenter le circuit de commande, une alimentation en énergie qui fonctionne de façon sûre dans tous les modes de fonctionnement, c'est-à-dire tant dans la phase de démarrage qu'en régime permanent De cette façon, il n'est plus nécessaire d'utiliser des dispositifs séparés pour le démarrage du circuit Par contre, le circuit conforme à l'invention est conçu pour alimenter une charge présentant une composante inductive constituée, de la manière décrite, d'au moins un enroulement ayant au moins deux enroulements partiels C'est notamment le cas pour des moteurs électriques, de sorte que le circuit conforme à l'invention représente une solution très simple et économique et donc avantageuse pour la réalisation d'entraînements peu coûteux De plus, la tension d'alimentation du circuit de commande peut sans inconvénient être égale au double de la tension continue fournie par la source C'est pourquoi le circuit conforme à l'invention convient de préférence pour l'alimentation des entraînements décrits à partir de sources à tension continue basse, de préférence des batteries, des accumulateurs ou autres. Le couplage des enroulements partiels utilisé par l'invention, c'est-àdire leur couplage électrique et magnétique à la manière d'un autotransformateur doit alors être réalisé de façon que la tension appliquée par la source à l'un des enroulements partiels à travers le couplage magnétique induise dans l'autre enroulement partiel une tension qui, la tension aux bornes du premier enroulement partiel lui étant superposée en phase correcte, produit une tension accrue, c'est-à-dire, dans le cas idéal, doublée. A cet effet, de préférence, les enroulements partiels, à l'une de leurs bornes, sont reliés électriquement entre eux à travers une borne médiane qui est reliée à l'un des pôles de la source, dont le second pôle, à travers l'un des dispositifs de commutation, peut être relié à l'une des bornes terminales Dans ces conditions, les deux enroulements partiels, dans le cas o la charge inductive est réalisée sous la forme d'un moteur électrique, de préférence un moteur synchrone, sont alimentés de façon à causer une rotation de même sens du rotor de ce moteur L'inductance mutuelle des deux enroulements partiels est mise à profit pour la génération des tensions d'alimentation du circuit de commande. De préférence, les tensions d'alimentation du circuit de commande sont prélevées sur les bornes terminales à travers des éléments redresseurs et sont lissées dans un condensateur accumulateur shuntant le circuit de commande De plus, l'interconnexion des éléments redresseurs et du condensateur accumulateur peut avantageusement servir à amortir des effets transitoires aux bornes des dispositifs de commutation. Comme le circuit de commande prévu dans le circuit conforme à l'invention, reçoit une tension d'alimentation supérieure à la tension continue fournie par la source, ce circuit de commande peut avantageusement comprendre un circuit générateur de rythme également dimensionné pour cette tension d'alimentation élevée. De ce fait, on peut utiliser avantageusement des circuits générateurs de rythme de type normalisé pour la sélection desquels la tension continue basse de la source ne forme aucun obstacle selon l'invention. Une autre simplification du circuit conforme à l'invention peut être atteinte par le fait que le dispositif de commutation associé au second enroulement partiel sert de circuit inverseur d'excitation du dispositif de commutation associé au premier enroulement partiel De cette façon, on économise un étage pilote inverseur séparé pour l'excitation du dispositif de commutation associé au premier enroulement partiel D'une part, cela diminue le nombre de composants et, par conséquent, l'encombrement et le coût de fabrication et, d'autre part, cela élargit le choix du circuit de commande et du circuit générateur de rythme inclus dans celui-ci. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante faite en référence à des exemples de réalisation de l'invention et en regard des dessins annexés Dans les dessins: la figure 1 est un schéma synoptique d'un premier exemple de réalisation pour l'alimentation d'un moteur synchrone monophasé, la figure 2 montre un exemple de réalisation pour une alimentation d'un moteur synchrone triphasé. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, deux enroulements partiels 1, 2, formant ensemble un enroulement à prise médiane d'un moteur synchrone M à commander, sont reliés entre eux à travers une prise médiane 3, reliée au pôle positif 4 d'une source 5 fournissant une tension continue La source est représentée, d'une manière simplifiée, comme étant une batterie mais elle peut également être d'une autre structure Les enroulements partiels 1, 2 du moteur synchrone M forment, par l'intermédiaire de la contre-réaction magnétique causée par le corps magnétique 6 du moteur synchrone M, un auto-transformateur dont les bornes terminales sont constituées par deux bornes 7, 8 des enroulements partiels 1, 2 situées à l'opposé de la borne médiane 3 La borne terminale 7 associée au premier enroulement partiel 1 peut être reliée au pôle négatif 11 de la source 5 par le trajet de courant principal d'un premier dispositif de commutation 9, tandis que la borne terminale associée au second enroulement partiel 2 peut être reliée à ce même pôle par le trajet de courant principal d'un second dispositif de commutation 10 Les dispositifs de commutation 9, 10 sont de préférence réalisés sous la forme de transistors à effet de champ MOS, mais peuvent également être réalisés d'une autre manière, pourvu que la fonction de commutation voulue soit garantie Dans l'exemple de la figure 1, les bornes des transistors à effet de champ MOS 9, 10 reliées aux enroulements partiels 1, 2 forment les bornes de drain de ceux-ci, tandis que les bornes de source sont reliées au pôle négatif de la source 5 Une borne de grille du transistor à effet de champ MOS qui forme le premier dispositif de commutation 9 constitue une borne de commande 12 de ce premier dispositif de commutation 9 et est reliée au point commun à la borne terminale 8 du second enroulement partiel 2 et à la borne de drain du second dispositif de commutation 10 De plus, à ce point commun, est reliée la borne d'anode d'un premier élément redresseur 13, dont la borne de cathode, conjointement avec la borne de cathode d'un second élément redresseur, est reliée à une borne positive de tension d'alimentation 15 d'un circuit de commande 16 ainsi qu'à une borne d'un condensateur accumulateur 17 Une seconde borne de ce condensateur accumulateur 17 ainsi qu'une borne négative de tension d'alimentation 18 du circuit de commande 16 sont reliées au pôle négatif 11 de la source 5 Une sortie de commande 19 du circuit de commande 16 est couplée à une borne de commande 20 du second dispositif de commutation 10, c'est-à-dire, en l'occurrence, une borne de grille du transistor à effet de champ MOS formant le second dispositif de commutation 10 La borne d'anode du second élément redresseur 14 est reliée au point commun à la borne terminale 7 du premier enroulement partiel 1 et au premier dispositif de commutation 9. Les deux transistors à effet de champ MOS constituant les deux dispositifs de commutation 9 sont reliés sous la forme de "MOS-FET à niveau logique" à basse- "tension de seuil' et sont dimensionnés de façon que la tension continue fournie par la source 5 suffise pour commuter le trajet de courant principal des transistors à effet de champ dans une mesure telle qu'un courant limité peut circuler dans ces trajets de courant principal La source 5 est réalisée, par exemple, sous la forme d'une batterie à nickel-cadmium comportant deux cellules et fournissant une tension nominale de 2,4 V. Le circuit de commande 16 comporte un circuit générateur de rythme de type normalisé NE 555 qui ne peut pas encore fonctionner à une tension d'alimentation de 2,4 V. Lors de la mise en service du circuit, c'est-à-dire lors du raccordement de la source 5 au reste du circuit de la figure 1, le condensateur accumulateur 17 est d'abord à l'état déchargé Par conséquent, d'abord, le circuit de commande 16 ne reçoit pas encore de tension d'alimentation, de sorte qu'il ne peut pas encore délivrer une tension d'alimentation sur sa sortie de commande 19 Par voie de conséquence, le second dispositif de commutation 10 reste d'abord bloqué à travers la borne de commande 20 de sorte que, sur la borne terminale 8 du second enroulement partie 12, peut donc s'établir une haute tension à l'instant de la mise en circuit de la source 5, c'est-à-dire que la tension délivrée par la source 5 apparaît sur cette borne Cette tension est également présente sur la borne de commande 12 du premier dispositif de commutation 6 et met celui-ci en état de conduction Ceci a pour effet d'appliquer la tension continue fournie par la source 5 au premier enroulement partiel 1 Comme les premier et second enroulements partiels 1, 2 forment un autotransformateur, il apparaît sur la borne terminale 8 du second enroulement partiel 2 de cet auto-transformateur une tension correspondant au rapport des nombres de spires des enroulements partiels 1, 2. Si les enroulements partiels 1, 2 sont avantageusement de dimensionnement identique, la tension sur la borne terminale 8 du second enroulement partiel 2 augmente, à l'instant de la mise en circuit de la source 5, jusqu'au double de la tension continue délivrée par celle- ci Au moyen de cette tension indiquée par U 8 sur la figure 1 le condensateur accumulateur 17 est chargé à travers le premier élément redresseur 13 Ainsi, aux bornes du condensateur accumulateur 17 et, par conséquent, aux bornes de tension d'alimentation 15, 18 du dispositif de commande, est disponible une tension d'alimentation permettant de mettre en service le circuit de commande 16 et donc le circuit générateur de rythme contenu dans celui-ci Le circuit de commande 16, à travers sa sortie de commande 19, met périodiquement en état de conduction et en état de blocage le second dispositif de commutation 10 sur sa borne de commande 20 D'une manière analogue, en opposition de phase, le premier dispositif de commutation 9 est mis en état de blocage et en état de conduction à travers la borne de commande 12 Par voie de conséquence, les deux enroulements partiels 1 et 2 sont traversés alternativement, au rythme de la commutation des dispositifs de commutation 9, 10, par un courant issu de la source 5 et servant à alimenter le moteur synchrone M, de sorte que le moteur M est entraîné A la borne terminale 7, 8, associée au dispositif de commutation 9, 10 chaque fois bloqué, il apparaît alors, également en régime de fonctionnement, une impulsion de tension élevée dans chaque période de commutation des dispositifs de commutation 9 et 10, à cause du couplage magnétique des enroulements partiels 1, 2 formant un auto-transformateur Ces impulsions de tension sont redressées par l'intermédiaire des éléments redresseurs 13, 14 et sont utilisées pour la recharge du condensateur accumulateur 17 et pour l'alimentation du circuit de commande 16. Un deuxième exemple de réalisation de l'invention, qui s'appuie sur le premier exemple de réalisation de la figure 1 et qui montre un dispositif de commutation pour un moteur synchrone triphasé, est représenté sur la figure 2 Sur cette figure, les composants déjà décrits en regard de la figure 1 sont indiqués par les mêmes références Les composants du circuit de la figure 2, qui sont prévus en triple agencement par rapport à ceux de la figure 1, sont indiqués par les références de la figure 1, suivies respectivement de lettres R, S et T pour les trois phases R, S et T d'un moteur triphasé (moteur à courant triphasé) Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, trois exemplaires du circuit de la figure 1, formés par l'enroulement 1, 2, les dispositifs de commutation 9, 10, les éléments redresseurs 13, 14 et le condensateur accumulateur 17 sont montés en parallèle par rapport à la source 5 Les deuxièmes dispositifs de commutation 10 R, 10 S et l OT reçoivent respectivement à travers les sorties de commande 19 R, 19 S et 19 T des signaux de commande pour exciter en phase correcte les dispositifs de commutation 9 R, 9 S, 9 T, l OR, 10 S ou l OT Pour l'alimentation du circuit de commande 16 qui, selon la figure 2, fournit des signaux de commande à tous les trois enroulements 1 R, 2 R, 1 S, 2 S ou 1 T, 2 T, il est prévu un condensateur accumulateur commun 17 auquel sont reliés tous les éléments redresseurs 13 R, 13 S, 13 T, 14 R, 14 S ou 14 T A nouveau, le circuit de commande commun 16 peut comprendre un circuit générateur de rythme normalisé, par exemple de type NE 555, qui délivre une tension de commande impulsionnelle à partir de laquelle sont engendrés des signaux de commande décalés en phase correcte pour les trois sorties de commande 19 R, 19 S ou 19 T. Dans un exemple de dimensionnement, on a utilisé comme source 5 une batterie au Ni-Cd ayant une tension nominale de 2,4 V au total Avec cette tension, on a la garantie d'un démarrage sûr d'un circuit de commande 16 muni du circuit générateur de rythme normalisé NE 555. 8 - REVENDICATIONS: 1 Circuit pour faire fonctionner une charge inductive (M) pourvue d'au moins un enroulement ( 1, 2) comportant au moins des premier ( 1) et deuxième ( 2) enroulements partiels qui, d'une part, par l'intermédiaire de dispositifs de commutation ( 9, 10) actionnés périodiquement par un dispositif de commande ( 16), peuvent être reliés à une source ( 5) fournissant essentiellement une tension continue (U 5) pour alimenter une charge (M) en énergie et, d'autre part, sont couplés électriquement ( 3) et magnétiquement ( 6) à la manière d'un autotransformateur sur les bornes terminales ( 7, 8) duquel peuvent être prélevées des tensions (p ex U 8) pour alimenter le dispositif de commande ( 16), bornes terminales qui sont formées par des bornes des enroulements partiels ( 1, 2) non reliées entre elles. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge inductive (M) est formée d'un moteur synchrone. 3 Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements partiels ( 1, 2), à l'une de leurs bornes, sont reliés électriquement entre eux à travers une borne médiane ( 3) qui est reliée à l'un ( 4) des pôles de la source ( 5), dont le second pôle ( 11), à travers l'un des dispositifs de commutation ( 9, 10), peut être relié à l'une des bornes terminales ( 7, 8). 4 Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tensions (p ex U 8) d'alimentation du circuit de commande ( 16) peuvent être prélevées sur les bornes terminales ( 7, 8) à travers des éléments redresseurs ( 13, 14). Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un condensateur accumulateur ( 17) shuntant le circuit de commande. 6 Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de commande ( 16) comprend un circuit générateur de rythme, de préférence de type normalisé, dont la tension d'alimentation est supérieure à la tension continue ( 1 J 5) délivrée par la source ( 5). 7 Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ( 10) associé au second enroulement partiel sert de circuit de commande inverseur au dispositif de commutation ( 9) associé au premier enroulement partiel ( 1).