Brevet FR2774231A1 — publié le 19990730

La présente invention concerne un procédé d'estimation du couple d'un moteur à courant alternatif fonctionnant à vitesse sensiblement constante et avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, ainsi qu'un dispositif d'estimation de ce couple. La mise en oeuvre de moteurs asynchrones dans des actionneurs, notamment pour le déplacement de dossiers de sièges d'avion nécessite la présence de moyens d'arrêt de l'actionneur, lorsque celui-ci arrive en bout de course, ou que le dossier qu'il actionne vient en butée contre un organe extérieur. Pour ce faire, il a été envisagé de munir les moteurs des actionneurs de dispositif de mesure ou d'estimation du couple. Les dispositifs et procédés classiques mettent en ceuvre des couplemètres sophistiqués, ou des dispositifs de mesure de la puissance active utilisant des moyens électroniques complexes. En particulier, ces moyens mesurent d'une part la tension appliquée au moteur, et d'autre part l'intensité absorbée par le moteur. Ils comportent de plus des moyens de calcul assurant l'intégration du produit de la valeur de la tension instantanée par la valeur de l'intensité instantanée. De tels dispositifs sophistiqués fonctionnent correctement. Toutefois, ceux-ci sont d'un coût très élevé et ne peuvent pas être appliqués, dans des conditions économiques acceptables, aux moteurs de faible puissance mis en oeuvre dans les actionneurs, destinés notamment à être intégrés dans des sièges d'avion. L'invention a pour but de foumir un procédé et un dispositif d'estimation du couple d'un moteur, qui soit de structure simple et qui soit peu onéreux à mettre en oeuvre. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé d'estimation du couple d'un moteur à courant alternatif fonctionnant à vitesse sensiblement constante et avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, caractérisé en ce que l'on mesure sur au moins l'une des phases du moteur la composante active du courant, et en ce que l'on déduit une estimation du couple par simple multiplication de la composante active du courant mesurée par une constante. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre1 le procédé peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - on prélève du courant sur la ou chaque phase du moteur, on applique le courant prélevé aux bornes d'une résistance pour la ou chaque phase, la ou chaque résistance formant avec un même condensateur un circuit parallèle muni de moyens propres de découplage de la résistance considérée avec le condensateur, le courant prélevé n'étant appliqué pour la ou chaque phase aux bornes du condensateur que pendant une fraction de la période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée et l'on mesure la tension aux bornes du condensateur, laquelle tension est représentative de la composante active du courant; et - pour la ou chaque phase, la durée de mise en parallèle du condensateur et de la résistance associé à la phase correspond à une alternance de la tension d'alimentation sur la phase considérée, pendant laquelle le signe de la tension reste invariant. L'invention a en outre pour objet un dispositif d'estimation du couple d'un moteur à courant alternatif fonctionnant à vitesse sensiblement constante et avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mesurer sur au moins l'une des phases du moteur la composante active du courant et des moyens pour déduire une estimation du couple par simple multiplication de la composante active du courant par une constante. Suivant des modes particuliers de mis en oeuvre, le dispositif comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - les moyens de mesure comportent des moyens de prélèvement du courant sur la ou chaque phase du moteur, une résistance, pour la ou chaque phase1 reliée en parallèle aux bornes de sortie desdits moyens de prélèvement et des moyens de commutation assurant, pendant seulement une fraction de la période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée, la connexion d'un même condensateur à la ou chaque résistance pour former un circuit parallèle et les moyens d'estimation du couple comportent des moyens de mesure de la tension aux bornes du condensa teur, laquelle tension est représentative de la composante active du courant; - ladite fraction de la période du signal mesuré est une alternance de ce signal au cours de laquelle le signe de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée reste invariant; - le produit des valeurs de la résistance et de la capacité du circuit parallèle est supérieur à 5 fois la demi-période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée; - les moyens de commutation comportent au moins un transistor MOS-FET relié à des moyens de commande adaptés pour piloter le ou chaque transistor en fonction de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée; et - les moyens de prélèvement du courant comportent un transformateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels - la figure 1 est un schéma du circuit électronique du dispositif d'estimation de couple suivant l'invention; - la figure 2 est un graphique explicitant, sur une période, le déphasage entre la tension et l'intensité aux bornes d'un enroulement du moteur; - la figure 3 est un graphique montrant, pour une période, I'évolution de la tension en différents points du circuit de la figure 1. Dans l'exemple qui suit, on suppose que le moteur sur lequel est appliqué le dispositif d'estimation du couple est un moteur asynchrone alimenté par un courant triphasé. De plus, on suppose que la tension d'alimentation est stable au cours du temps ou, tout au moins, comprise dans l'intervalle connu des variations possibles en régime permanent. Le dispositif décrit sur la figure 1 est appliqué uniquement sur l'une des phases d'alimentation du moteur. Toutefois, en variante, celui-ci peut être reproduit et appliqué sur chacune des phases. Dans l'exemple représenté, la référence 10 désigne l'impédance du moteur. Celle-ci correspond à l'impédance de l'une des phases du moteur. Elle est reliée au point A à l'une des phases d'alimentation. La tension d'alimentation est notée VA. Le dispositif, noté 12, d'estimation du couple du moteur comporte d'une part des moyens 14 pour mesurer la composante active du courant du moteur pour la phase considérée et d'autre part des moyens 16 de déduction d'une estimation du couple moteur à partir de la composante active mesurée. Les moyens de mesure 14 comportent des moyens 18 de prélèvement du courant sur la phase du moteur représentée par l'impédance 10. La tension en sortie des moyens de prélèvement du courant est notée VB. Les moyens de mesure 14 comportent en outre un circuit RC parallèle 20, formant un filtre de courant, relié à la sortie des moyens 18 de prélèvement du courant. Des moyens de commutation 22 assurent la connexion sélective du condensateur du circuit RC 20 uniquement pendant une demi période de même signe de la tension d'alimentation appliquée à l'impédance 10. Les moyens de commutation 22 sont commandés par des moyens de commande 24. Les moyens de prélèvement 18 comportent par exemple un transformateur dont l'enroulement primaire 1 8A est relié entre la sortie de l'impédance 10 et la masse. L'enroulement secondaire 1 8B du transformateur a l'une de ses bornes reliée à la masse. Une résistance 26 est raccordée en parallèle au secondaire 1 8B du transformateur. Afin de former le circuit RC, un condensateur 28 est relié en parallèle à la résistance 26 par l'intermédiaire des moyens de commutation 22. La tension aux bornes du condensateur 28 est notée vc. Les valeurs de la résistance 26 et du condensateur 28 sont choisies de telle sorte que le produit R x C de la résistance R par celui de la capacité C soit très supérieur à la demi-période du signal mesuré. Ainsi, le condensateur 28 filtre les signaux périodiques ayant la fréquence du signal à mesurer. En pratique, le produit R x C est choisi compris entre 5 et 10 fois la valeur de la demi-période du signal à mesurer. Les moyens de commutation comportent un interrupteur bidirectionnel formé par deux transistors MOS-FET 30A, 30B montés en série. Ces transistors, dont les grilles sont reliées, sont commandés par les moyens de commande 24. Les moyens de commande 24 comportent une résistance 32 reliant les grilles des deux transistors 30A, 30B à la phase considérée. De plus, les moyens de commande 24 comportent une diode Zéner 34 reliant les grilles des transistors 30A, 30B à la masse. Les moyens 16 de déduction d'une estimation du couple sont reliés aux bornes du condensateur 28. Ils comportent des moyens 36 de mesure de la tension vc aux bornes du condensateur 28, reliés à des moyens 38 de multiplication de cette tension par une constante X afin de déterminer une valeur estimée du couple appliquée au moteur. Dans l'application considérée, on suppose que le moteur fonctionne à vitesse constante et est alimenté avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, c'est-à où P est la puissance active, v la tension appliquée aux bornes du moteur, i le courant traversant le moteur et T la période du courant alimentant le moteur. En régime sinusoïdal, la puissance P s'exprime sous la forme: P = VI cos où V est la valeur efficace de la tension, I est la valeur efficace de l'intensité et + le déphasage entre la tension v et l'intensité i. La grandeur I cos X est appelée courant actif ou composante active du courant. Sur la figure 2 est représentée, à titre d'illustration, I'évolution de la tension v et de l'intensité i sur une période de temps. De plus, sont représentées sur cette figure à la fois la composante active de l'intensité i, de va leur efficace I cos + et la composante réactive de l'intensité i, de valeur efficace I sin +. Dans la mesure où la valeur efficace V de la tension est constante dans l'application considérée, la mesure de la puissance active peut se réduire à un coefficient multiplicatif près, à la mesure du courant actif I cos f. Le circuit représenté sur la figure 1 est adapté pour la mesure de ce courant actif et sa multiplication par une constante afin d'en déduire une estimation du couple du moteur. En effet, comme représenté sur la figure 3, lors de l'alternance positive (c'est-à-dire la demi-période positive) de la tension VA, correspondant à la tension de la phase appliquée en A aux bornes de l'impédance 10, les moyens de commutation 22 sont maintenus fermés sous la commande du circuit 24 relié à la tension d'alimentation. Dans ce cas, la résistance 26 et le condensateur 28 forment un circuit RC parallèle constituant un filtre de courant relié aux bornes de l'enroulement 188 du transformateur. Ainsi, en régime permanent, c'est-àXire après une période transitoire de charge du condensateur 28, la tension aux bornes du condensateur 28 est sensiblement constante pendant cette alternance positive et proportionnelle au courant actif I cos +. En effet, le produit R x C ayant été choisi très supérieur à la demi-période du signal mesuré, la tension VB aux bornes du circuit RC, désignée par la référence 20, est sensiblement constante. Sur les alternances positives de la tension VA, le circuit RC parallèle effectue la valeur moyenne de l'intensité i. Pendant ces alternances positives, comme représenté sur la figure 3, la composante réactive de l'intensité i, de valeur efficace I cos X, est de signes opposés sur chaque demialternance, de sorte que sa valeur moyenne est nulle. Au contraire, la composante active de l'intensité i, de valeur efficace I cos X, garde le même signe sur les altemances positives, de sorte que sa valeur moyenne est proportionnelle à I cos +. Ainsi, la tension aux bornes du condensateur est proportionnelle à I cos . Lors de l'annulation de la tension VA, le circuit 24 commande le changement d'état des moyens de commutation 22 qui découplent le condensateur 28. Pendant l'alternance négative de la tension VA, les moyens de commutation 22 sont ouverts et assurent l'isolement du condensateur 28. La tension aux bornes de la résistance 26 varie alors de manière sensiblement sinusoïdale, comme représenté sur la figure 3. La tension vc aux bornes du condensateur reste constante et proportionnelle au courant actif I cos +. Les moyens 36 mesurent la tension vc aux bornes du condensateur 28. La tension vc est proportionnelle au courant actif I cos X, de sorte que l'estimation du couple est obtenue en sortie des moyens d'estimation 38 par une simple multiplication par une constante de la tension ainsi déterminée par les moyens 36. On comprend qu'avec un circuit tel que décrit sur la figure 1, il est possible dans un actionneur d'estimer le couple avec une précision suffisante pour commander l'arrêt du moteur, lorsque le couple dépasse une valeur prédéterminée, évitant ainsi que l'actionneur n'applique une force trop importante sur l'organe qu'il commande. De plus, la structure du dispositif représenté est très simple et peu onéreuse, puisqu'elle repose sur un nombre de composants électroniques limité. Ces composants sont en outre largement diffusés et disponibles pour un faible coût. En variante, le dispositif est adapté pour mesurer la composante active du courant sur plusieurs phases. A cet effet, le dispositif comporte, pour chaque phase, des moyens de prélèvement du courant, par exemple des transformateurs. Une résistance est montée en parallèle aux bornes de chaque transformateur. Chaque résistance est reliée à un même condensateur par l'intermédiaire de moyens de commutation propres à chaque phase. Ces moyens de commutation relient au condensateur la résistance associée pendant l'alternance positive de la phase considérée. Comme dans le mode de réalisation précédent, le dispositif comporte des moyens de mesure de la tension aux bornes du con densateur afin d'en déduire la composante active du courant et une estimation du couple du moteur. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'estimation du couple d'un moteur à courant alternatif fonctionnant à vitesse sensiblement constante et avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, caractérisé en ce que l'on mesure sur au moins l'une des phases du moteur la composante active du courant et en ce que l'on déduit une estimation du couple par simple multiplication de la composante active du courant mesurée par une constante. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prélève du courant sur la ou chaque phase du moteur, I'on applique le courant prélevé aux bornes d'une résistance pour la ou chaque phase, la ou chaque résistance formant avec un même condensateur un circuit RC parallèle muni de moyens propres de découplage de la résistance considérée avec le condensateur, le courant prélevé n'étant appliqué pour la ou chaque phase aux bornes du condensateur que pendant une fraction de la période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée et l'on mesure la tension aux bornes du condensateur, laquelle tension est représentative de la composante active du courant. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour la ou chaque phase, la durée de mise en parallèle du condensateur et de la résistance associé à la phase correspond à une alternance de la tension d'alimentation sur la phase considérée, pendant laquelle le signe de la tension reste invariant. 4.- Dispositif d'estimation du couple d'un moteur à courant alternatif fonctionnant à vitesse sensiblement constante et avec une tension d'alimentation stable au cours du temps, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (14) pour mesurer sur au moins l'une des phases du moteur la composante active du courant et des moyens (16) pour déduire une estimation du couple par simple multiplication de la composante active du courant par une constante. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (14) de mesure comportent des moyens (18) de prélèvement du courant sur la ou chaque phase du moteur, une résistance (26), pour la ou chaque phase, reliée en parallèle (20) aux bornes de sortie desdits (18) moyens de prélèvement et des moyens de commutation (22) assurant, pendant seulement une fraction de la période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée, la connexion d'un même condensateur (28) à la ou chaque résistance (26) pour former un circuit RC parallèle (20) et en ce que les moyens (16) d'estimation du couple comportent des moyens (36) de mesure de la tension aux bornes du condensateur (28), laquelle tension est représentative de la composante active du courant. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite fraction de la période du signal mesuré est une altemance de ce signal au cours de laquelle le signe de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée reste invariant. 7.- Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le produit R x C des valeurs de la résistance et de la capacité du circuit RC parallèle (20) est supérieur à 5 fois la demi-période de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de commutation (22) comportent au moins un transistor MOS-FET (30A, 30B) relié à des moyens de commande (24) adaptés pour piloter le ou chaque transistor (30A, 30B) en fonction de la tension d'alimentation du moteur sur la phase considérée. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement du courant comportent un transformateur (18).