Brevet FR2741210A1 — publié le 19970516

La présente invention a pour objet un circuit d'alimentation de sécurité pour moteur à courant continu à excitation indépendante comprenant, pour chaque sens de rotation du moteur, une thermistance à coefficient de température positif en série avec le moteur et une résistance accouplée thermiquement avec la thermistance. Par moteur à excitation indépendante, on entend aussi bien les moteurs à aimant permanent que les moteurs à inducteur indépendant. Il est connu de protéger un enroulement de moteur électrique en le branchant en série avec une thermistance à coefficient de température positif, de telle sorte que lorsque l'intensité du courant augmente, la thermistance s'échauffe et sa valeur ohmique augmente, tendant à réduire le courant d'alimentation et la tension aux bornes de l'enroulement, empêchant ainsi une surchauffe du moteur. Le temps de réaction de la thermistance est toutefois relativement élevé, de telle sorte que le moteur peut subir des dommages avant que le courant qui le traverse diminue de manière sensible. Il est connu de réduire le temps de réaction de la thermistance en accouplant à celle-ci une résistance de chauffe ayant pour effet de provoquer un échauffement plus rapide de la thermistance. Le temps de réaction d'un tel dispositif de protection reste toutefois encore relativement élevé, ce qui nuit à la qualité de la protection. Dans le brevet FR 2 561 451, il est proposé d'utiliser la variation de la tension aux bornes de la thermistance, due à son échauffement, pour commander l'ouverture d'un interrupteur, ce qu permet de réduire le temps de réaction des moyens de sécurité. Ce circuit comprend un nombre élevé de composants. L'invention a pour but de réaliser un circuit réduisant encore davantage le temps de réaction utilisant moins de composants et capable d'assurer d'autres fonctions. Le circuit selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pour chaque sens de rotation du moteur, une paire de transistors bipolaires de même type montés en parallèle avec le moteur et reliés par leurs collecteurs à travers la résistance couplée thermiquement avec la thermistance, un premier de ces transistors ayant sa base reliée au moteur et son émetteur relié à l'une des bornes de la source de courant, sa base et son émetteur étant en outre reliés par une deuxième résistance, le second transistor ayant sa base reliée à l'autre borne de la source et son émetteur relié au moteur, de telle manière que le moteur est alimenté à travers la jonction base-émetteur du second transistor et que lorsque le courant dans le moteur augmente en raison d'une surcharge, la chute de tension sur la deuxième résistance rend le premier transistor conducteur, ce qui a pour effet de créer un courant additionnel dans la thermistance et dans la résistance qui lui est thermiquement accouplée. La double réaction, d'une part en courant et, d'autre part, en température, précipite la réaction de la thermistance qui oppose alors très rapidement une résistance importante au passage du courant dans le moteur, protégeant ainsi ce moteur. Le circuit comporte en outre, de préférence, une troisième résistance, de valeur relativement élevée, montée entre l'une des bornes de la source et la borne de la thermistance reliée au moteur à travers la première résistance, le courant traversant cette troisième résistance étant suffisant pour maintenir la thermistance fortement résistive après échauffement de cette dernière. Un tel circuit, équipé de deux paires de transistors, une pour chaque sens de rotation du moteur, a en outre pour avantage de freiner le moteur lorsqu'il est entraîné par sa charge et travaille en génératrice, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un composant au circuit de protection. Le circuit selon l'invention a également pour avantage de protéger le circuit d'alimentation contre les perturbations électromagnétiques créées par le moteur lors de l'interruption de ses courants de bobinage. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution de l'invention, ainsi qu'une variante de celui-ci. La figure 1 représente un circuit d'alimentation et de protection pour un moteur à deux sens de rotation. La figure 2 représente le même circuit dans un premier sens de rotation. La figure 3 illustre le fonctionnement du circuit de protection pour ce premier sens de rotation. La figure 4 montre le courant de maintien de la thermistance pour ce premier sens de rotation. La figure 5 montre la circulation du courant de freinage pour le premier sens de rotation. La figure 6 représente une variante d'exécution. Le circuit représenté à la figure 1 comprend un moteur M susceptible d'être alimenté par une source de courant continu Q selon deux polarités opposées 1 et 3 au moyen d'un commutateur inverseur CM, de telle sorte que le moteur M peut tourner dans deux sens de rotation S1 et S2. Le circuit d'alimentation comprend une première paire de transistors npn T1, T2 branchés parallèlement au moteur M, la base de T1 étant reliée à l'une des bornes du moteur et l'émetteur de T2 étant relié à l'autre borne du moteur, les collecteurs des deux transistors étant reliés entre eux à travers une résistance R1. L'émetteur de T1 est relié au commutateur inverseur CM à travers une diode D1 et une thermistance Thl, tandis que la base de T2 est reliée à la borne commune de la source Q.Une seconde paire de transistors PNP, T3, T4 est reliée de la même manière que T1 et T2 aux bornes du moteur M. Les collecteurs de T3, T4 sont reliés entre eux à travers une résistance R2 identique à R1. Une résistance commune de polarisation R3 est montée entre l'émetteur et la base des transistors T1 et T3. Une résistance R4, de valeur relativement élevée, est en outre montée entre la borne commune de la source Q et R3. La résistance R1 est en outre accouplée thermiquement avec la thermistance Thl comme indiqué par la double flèche 20 et la résistance R2 est accouplée thermiquement avec la thermistance TH2 comme indiqué par la double flèche 21. On décrira, tout d'abord, le fonctionnement du circuit pour un premier sens de rotation du moteur en relation avec la figure 2 à 4. Un contact étant établi entre les bornes 1 et 2 du commutateur, la jonction base-émetteur de T2 est polarisée en direct de telle sorte qu'un courant s'établit dans le moteur dans le sens 51. Le courant traverse la résistance R3, la diode D1 et la thermistance Thl dans le sens 50. La chute de tension U3 sur la résistance R3 ne suffit pas à polariser en direct la jonction base-émetteur des transistors T1 et T3, de telle sorte que ces transistors sont bloqués. La jonction base-collecteur du transistor T4 est polarisée en inverse et celle de T2 en direct, mais sans pouvoir laisser passer un courant de collecteur du fait de l'état bloqué de T'. Il n'y a de courant ni au travers de R2, ni au travers de R1. Le moteur tourne dans le sens S1. Si une charge mécanique trop importante est appliquée à l'arbre du moteur, elle provoque une augmentation de l'intensité du courant, ce qui se traduit par une augmentation de la chute de tension U3 aux bornes de R3, cette chute de tension devenant alors suffisante pour donner naissance au courant de base dans le transistor T1. Le courant croît dans la thermistance Thl. Par effet transistor, la jonction collecteur-base de T1 devient passante et un courant s'établit au travers de la paire de transistors T1, T2, dans le sens 52, comme indiqué à la figure 3. D'une part, ce courant vient s'ajouter, dans la thermistance T1, au courant traversant le moteur et, d'autre part, ce courant provoque l'échauffement de la résistance R1. Celle-ci étant accouplée thermiquement à la thermistance T1, elle accentue l'échauffement de cette thermistance. On a donc une double réaction, en courant, au travers de T2, R1, T1, et en température par l'accouplement de R1 et T1. Le temps de réaction de la thermistance est, par conséquent, fortement réduit et le moteur est ainsi protégé. Tant que la source de courant reste branchée, la résistance R4 entretient un courant suffisant dans la thermistance Thl pour que celle-ci conserve son état fortement résistif, comme ceci est représenté à la figure 4. Il faut alors interrompre le contact entre les bornes 1 et 2 pendant un temps suffisant pour le recouvrement thermique de R1 et Thl avant de relancer la rotation du moteur dans le sens S1. Par contre, le moteur peut être lancé sans attendre dans l'autre sens de rotation S2. Dans l'autre sens de rotation, le courant dans le moteur circule à travers la jonction base-émetteur du transistor T4. Si une charge mécanique trop importante est appliquée à l'arbre du moteur, un courant s'établit à travers la paire de transistors T3, T4 et on a à nouveau une double réaction en courant et en température, grâce à l'accouplement de R2 et Th2. Le circuit décrit a en outre pour avantages d'assurer une protection contre les surtensions générées par le moteur et d'assurer un freinage du moteur lorsque celui-ci est entraîné par sa charge. Lors de la coupure de l'alimentation du moteur, l'énergie emmagasinée sous forme électromagnétique par les spires bobinées du moteur se libere sous forme d'une impulsion de tension. Si cette impulsion, que l'on retrouve aux bornes du moteur sous forme d'un pic de tension, n'est pas court-circuitée, elle peut perturber, voire endommager les circuits d'alimentation, par exemple les interfaces d'un automatisme. Une tension de même polarité apparaît également aux bornes du moteur lorsque le moteur, sous tension, est entraîné par sa charge et se comporte alors en génératrice. Dans les deux cas, le circuit décrit se comporte comme illustré à la figure 5. La figure 5 montre le comportement du circuit pour le sens de rotation S1. La tension Um apparaissant aux bornes du moteur polarise en direct la jonction baseémetteur du transistor T4, de telle sorte qu'un courant s'établit à travers les résistances R4 et R3 dans le sens de la flèche 57. La tension aux bornes de R3 s' inverse et atteint une valeur telle que la jonction collecteur-base de T3 devient passante, tandis que les transistors T1 et T2 sont bloqués. Le transistor T4 devient conducteur et un courant de court-circuit s'établit à travers T4 et T3 comme indiqué par la flèche 56. Si le moteur tourne dans le sens S2, il est courtcircuité de la même manière à travers la jonction basecollecteur du transistor T1 et à travers T2. Dans le cas d'une coupure d'alimentation du moteur, la tension apparaissant aux bornes du moteur s'écroule donc immédiatement soit à travers T3 et T4, soit à travers T1 et T2, quel que soit le sens de rotation du moteur. Par ailleurs, si le moteur est entraîné par sa charge dans un premier sens, il est freiné par la présence de la paire de transistors utilisée pour sa protection dans le second sens de rotation et inversément. Un circuit de protection d'un moteur destiné à tourner dans les deux sens de rotation ne nécessite donc aucun composant additionnel pour son freinage, ni pour assurer la sécurité contre les surtensions générées par le moteur. Il est possible de réduire la dimension des transistors T2 et T4 en montant une diode entre la base et l'émetteur de ces transistors, comme représenté à la figure 9. La diode D3 permet de répartir le courant du moteur entre la jonction base-émetteur du transistor T2 et la diode T3. De même, pour la diode T4 et le transistor T4. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation de sécurité pour moteur à courant continu à excitation indépendante comprenant, pour chaque sens de rotation, une thermistance (Thl, Th2) à coefficient de température positif en série avec le moteur et une résistance (R1, R2) accouplée thermiquement avec la thermistance, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pour chaque sens de rotation du moteur, une paire de transistors bipolaires de même type (T1/T2, T3/T4) montés en parallèle avec le moteur et reliés par leurs collecteurs à travers la résistance (R1, R2) couplée thermiquement avec la thermistance, un premier de ces transistors (T1, T3) ayant sa base reliée au moteur et son émetteur relié à l'une des bornes de la source de courant, sa base et son émetteur étant en outre reliés par une deuxième résistance (R3), le second transistor (T2, T4) ayant sa base reliée à l'autre borne de la source et son émetteur relié au moteur, de telle manière que le moteur est alimenté à travers la jonction base-émetteur du second transistor (T2, T4) et que lorsque le courant dans le moteur augmente en raison d'une surcharge, la chute de tension sur la deuxième résistance (R3) rend le premier transistor (T1, T3) conducteur, ce qui a pour effet de créer un courant additionnel dans la thermistance et dans la résistance qui lui est accouplée. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième résistance (R4) de valeur relativement élevée montée entre l'une des bornes de la source et la deuxième résistance (R3), le courant traversant cette troisième résistance étant suffisant pour maintenir la thermistance fortement résistive après échauffement de cette derniere. 3. Circuit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une diode (D3, D4) reliant dans le sens passant la base du second transistor à son émetteur. 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une première paire de transistors de type npn (T1, T2) pour un premier sens de rotation et une seconde paire de transistors de type pnp (T3, T4) pour le second sens de rotation, de telle sorte qu'en cas de coupure de l'alimentation ou d'entraînement du moteur par sa charge dans le premier sens de rotation, la chute de tension due au courant engendré par le moteur travaillant en génératrice, à travers les deuxième (R3) et troisième (R4) résistances polarise les transistors de la seconde paire de transistors (T3, T4) de telle manière qu'un courant de court-circuit s'établit à travers la seconde paire de transistors, et inversément dans le second sens de rotation.