Brevet FR2864371A1 — publié le 20050624

L'invention se rapporte à une installation destinée à la manoeuvre d'une porte de bâtiment ou d'un portail et alimentée par une tension alternative, comprenant un convertisseur de tension alternatif/continu et un moteur à courant continu lié mécaniquement à la porte ou au portail. Elle concerne également un procédé de commande de l'alimentation d'une telle installation. Un actionneur destiné à la manoeuvre d'un élément mobile de fermeture comprend généralement un moteur à courant continu, un réducteur et une liaison cinématique entre la sortie du réducteur et l'élément mobile de fermeture. La puissance électrique du moteur est de l'ordre de la centaine de watts. Une partie importante de la puissance du moteur est consommée dans les pertes mécaniques au niveau du réducteur. Ce réducteur étant le plus souvent irréversible, il permet d'assurer le blocage de l'élément mobile dès que le moteur n'est plus alimenté. Un ensemble motoréducteur destiné habituellement à entraîner des essuieglace de voiture est couramment utilisé dans les actionneurs pour portes de garage et portails pour profiter des faibles coûts de fabrication dus aux importants volumes de fabrication. Ce motoréducteur présente un réducteur à vis sans fin. Il est également possible d'utiliser un motoréducteur réversible de meilleur rendement associé à un dispositif complémentaire assurant le blocage de l'élément mobile de fermeture lorsque le moteur n'est pas alimenté. MS\2. S649.12FR.486.dpt.DOC Un problème posé par l'alimentation des moteurs à courant continu utilisés pour ces applications concerne le bon verrouillage de la porte. En effet, un avantage important lié à l'utilisation d'une motorisation de porte est généralement son caractère irréversible, provenant du réducteur ou encore de la présence d'un élément complémentaire de blocage du rotor du moteur. Dès que le moteur n'est plus alimenté, il est impossible pour un malfrat d'ouvrir la porte sinon par effraction équivalente à la destruction d'une serrure. Afin d'assurer le bon verrouillage de la porte, il faut que le moteur puisse exercer un couple important, dans la phase de verrouillage où sa vitesse diminue, pendant que les pièces élastiques sont mises sous tension mécanique. Un autre problème concerne la présence éventuelle de points durs sur la trajectoire de la porte. Un point dur peut par exemple être dû à un défaut de la structure mécanique de la porte, tel qu'une déformation locale dans une glissière ou un rail de guidage. Une fois appris (afin d'être différencié d'un obstacle), le point dur ne doit pas entraîner de ralentissement du moteur, qui donnerait au mouvement de la porte un aspect saccadé faisant douter de la qualité du moyen d'entraînement. Les moteurs à courant continu sont connus pour présenter une caractéristique couple/vitesse satisfaisante pour supporter des variations importantes de couple, mais ceci n'est possible sans chute significative de la vitesse qu'à condition que le convertisseur d'alimentation le permette, en maintenant une tension d'alimentation au moins sensiblement constante lorsque le courant absorbé par le moteur augmente. MS12.S649.12FR.486.dpt.DOC Par exemple, il convient que l'alimentation puisse fournir, pendant quelques secondes, lors du verrouillage de la porte, un courant deux fois plus important que le courant nominal d'alimentation du moteur et, pendant des temps très courts de quelques dizaines de millisecondes, lors du franchissement de points durs, un courant quatre à six fois plus important que le courant nominal. La contrainte d'alimentation du moteur pendant la phase de verrouillage de la porte ou pour absorber les points durs, conduit à surdimensionner en conséquence le bloc d'alimentation et notamment le transformateur quand il s'agit d'une alimentation conventionnelle ou conduit à court- circuiter la sécurité lorsqu'il s'agit d'une alimentation à découpage par exemple de type fly-back . Le but de l'invention est de fournir un actionneur permettant de pallier aux inconvénients précités et apportant une amélioration par rapport aux actionneurs connus de l'état de la technique. En particulier, l'invention permet d'éviter de surdimensionner les moyens d'alimentations de ces actionneurs. L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que le convertisseur comprend un redresseur, un condensateur branché entre les bornes d'entrée du moteur, ce condensateur étant chargé par la tension alternative redressée à travers un interrupteur commandé par un circuit de commande à la fréquence de la tension alternative redressée. Par rapport aux autres types connus d'alimentation, l'usage d'un tel convertisseur permet en effet de fournir des courants importants sous une tension maximum pratiquement constante, la limite n'étant fixée que par les caractéristiques de l'interrupteur commandé et la capacité du condensateur. Or, il est connu qu'un transistor utilisable comme MS12. S649.12FR.486.dpt.DOC 2864371 4 interrupteur commandé peut supporter des courants de pointe répétitifs ou occasionnels plus importants ou nettement plus importants que le courant moyen. Le procédé de commande de l'alimentation d'une telle installation est caractérisé en ce que la fermeture de l'interrupteur est commandée par le franchissement à la baisse d'un premier seuil de tension par la tension alternative redressée. L'ouverture de l'interrupteur peut être commandée par le franchissement à la hausse d'un deuxième seuil de tension par la tension aux bornes du condensateur ou par le franchissement à la hausse d'un troisième seuil de tension par la tension alternative redressée. Le troisième seuil de tension peut, dans un premier temps, être supérieur au premier seuil de tension. L'ouverture de l'interrupteur peut être commandée par le franchissement à la hausse d'un deuxième seuil de tension par la tension aux bornes du condensateur ou par le franchissement d'un seuil de durée par la durée de conduction de l'interrupteur commandé. Le seuil de durée peut, dans un premier temps, être supérieur à la durée de conduction de l'interrupteur commandé lorsque le moteur absorbe son courant nominal. Le troisième seuil de tension peut être modifié par une unité de commande lors du fonctionnement de l'installation. Le troisième seuil de tension peut être modifié par l'unité de commande après que l'ouverture de l'interrupteur commandé a été commandée par MS12. S649.12FR.486.dpt.DOC le franchissement à la hausse du troisième seuil de tension par la tension alternative redressée. Le seuil de durée peut être modifié par une unité de commande lors du fonctionnement de l'installation. Le seuil de durée peut être modifié par l'unité de commande après que l'ouverture de l'interrupteur commandé a été commandée par le franchissement du seuil de durée par la durée de conduction de l'interrupteur commandé. Une temporisation peut être mise en oeuvre entre l'ouverture de l'interrupteur due au franchissement de seuil et la modification de ce seuil. La durée de cette temporisation vaut de préférence 20 ms. Le troisième seuil de tension ou le seuil de durée peut être ramené à sa valeur initiale après une temporisation. Le retour du troisième seuil de tension ou du seuil de durée à sa valeur initiale est conditionné par le fait que, pendant cette période, l'ouverture de l'interrupteur commandé n'a pas été commandée par un franchissement du troisième seuil de tension par la tension alternative redressée ou par un franchissement du seuil de durée par la durée de conduction de l'interrupteur commandé. La durée de cette deuxième temporisation vaut de préférence 3 s. MS12. S 649.12FR.486. dpt.DOC L'installation peut comprendre un circuit de commande muni d'une unité de commande permettant la mise en oeuvre du procédé de commande précédemment défini. Le dessin annexé représente une installation selon l'invention et un procédé de commande de son alimentation. La figure 1 est un schéma de l'installation selon l'invention. La figure 2 est un ordinogramme d'un procédé de commande de l'alimentation électrique de l'installation selon l'invention. L'installation 1 représentée à la figure 1 est destinée à la manoeuvre d'une porte GD d'un bâtiment ou d'un portail. L'installation comprend principalement un circuit de puissance 2 et un circuit de commande 3. Dans le circuit de puissance, la tension alternative du secteur représenté par la ligne de phase P et la ligne de neutre N est redressée par des moyens REC de redressement double alternance. La tension de sortie des moyens de redressement permet la charge unidirectionnelle d'un condensateur CM à travers un interrupteur commandé TR et des moyens IL de limitation du courant de charge du condensateur CM. L'interrupteur commandé TR est par exemple un transistor de type MOS, 25 dont la tension maximum de fonctionnement est au moins égale à celle du secteur. Préférentiellement, les moyens IL permettent de limiter l'intensité au moment de la fermeture de l'interrupteur commandé TR. Ces moyens peuvent comprendre une simple résistance ou circuit plus complexe comme le primaire d'un transformateur de rapport unitaire dont le courant MS12. S649.12FR.486.dpt.DOC 2864371 7 secondaire s'ajoute, après redressement, au courant de charge du condensateur CM. Un moteur à courant continu MOT est branché aux bornes du condensateur CM pendant les phases où il doit fonctionner. II entraîne le portail ou la porte GD via un réducteur et une liaison mécanique qui ne sont pas représentés. De même, dans le but d'améliorer la clarté des figures, on n'a pas représenté, le circuit de contacteurs permettant l'alimentation dans l'un ou l'autre sens du moteur MOT par la tension UCM aux bornes du condensateur CM. L'interrupteur commandé TR est commandé par le circuit de commande 3. Ce circuit peut baser sa loi de commande à partir de la tension secteur redressée V1 prélevée juste en aval des moyens de redressement REC et/ou de la tension de sortie UCM. La loi peut également dépendre de la tension V2 prélevée entre les moyens IL de limitation du courant et l'interrupteur commandé. On représente symboliquement par une bascule RS le circuit ordonnant le blocage ou la mise en conduction de l'interrupteur commandé TR. La sortie Q de cette bascule commande par exemple la tension de grille UG d'un transistor. Un état haut appliqué à l'entrée Reset R provoque un état bas au niveau de la sortie Q de la bascule ce qui bloque le transistor TR. Un état haut appliqué à l'entrée S provoque un état haut au niveau de la sortie Q de la bascule, ce qui rend le transistor TR conducteur. MS12.S649.12FR.486.dpt.DOC 2864371 8 Une unité de commande UC dont les sorties sont les entrées Set et Reset de la bascule RS a été représentée symboliquement. Cette unité de contrôle reçoit au moins deux signaux parmi les quatre signaux représentés: V1, V2, UCM, Q. L'unité de commande UC comprend au moins un comparateur de tension au niveau des entrées CA1, CA2, CA3 (une ou plusieurs références de tension étant utilisées pour comparer les signaux au niveau de ces entrées). Elle peut également comprendre un circuit de mesure du temps activé par le signal Q attaquant une entrée TRIG. Un procédé d'alimentation électrique de l'installation est décrit en référence à la figure 2. La fermeture de l'interrupteur commandé TR, représentée par l'étape 11, est préférentiellement provoquée lorsque la tension du secteur redressée devient inférieure à un premier seuil de tension VT1, ce franchissement de seuil étant détecté lors d'une étape de test 10. De même, une fois l'interrupteur commandé devenu conducteur, une étape de test 12 est réalisée pour comparer la tension de sortie UCM (ou V2 puisque l'interrupteur commandé TR est conducteur) à une deuxième valeur seuil VT2. L'ouverture de l'interrupteur commandé TR est provoquée, lors d'une étape 14, dès que la tension de sortie atteint ce seuil VT2. Une étape de test supplémentaire 13 est réalisée dans le cas où la tension de sortie n'a pas encore atteint la tension seuil VT2. Ce test peut concerner soit la tension d'entrée VI, soit le temps de conduction de l'interrupteur commandé. MS12.S649.12FR.486.dpt.DOC 2864371 9 Si le test concerne la tension d'entrée V1, il compare celle-ci à une valeur de seuil VT3 supérieure à VT1. La valeur seuil VT3 étant supérieure à la valeur seuil VT1, une fois le transistor TR devenu conducteur, on tolère que le courant traversant l'interrupteur commandé dépasse sa valeur normale, correspondant au moment où l'interrupteur commandé TR passe de l'état ouvert à l'état fermé. Si le test concerne la durée de conduction TM de l'interrupteur commandé TR, il compare celle-ci à une valeur de seuil de durée TT1 supérieure à la durée normale de conduction TT lorsque le moteur MOT absorbe le courant nominal. La valeur seuil de durée TT1 étant supérieure à la valeur seuil de durée TT, on tolère que le courant dépasse le courant nominal. La durée de conduction TM est mesurée par mesure de la durée d'activation de l'entrée TRIG de l'unité de contrôle UC. Les seuils de tension VT3 ou de durée de conduction TT1 sont de préférence ajustables de manière dynamique. Cette modification dynamique du seuil est représentée par l'étape 15 et est effectuée par l'unité de commande. Lors de l'initialisation, le seuil de tension VT3 ou le seuil de durée TT1 a une valeur élevée, autorisant par exemple une surintensité égale à 5 fois le courant nominal. Après que l'ouverture de l'interrupteur commandé TR a été commandé par le franchissement à la hausse du seuil de tension VT3 par la tension d'entrée VI ou par le franchissement du seuil de durée TT1 par la durée de conduction TM de l'interrupteur commandé, le seuil de tension VT3 ou le seuil de durée TT1 peut être ramené, dans une étape facultative 15, à une valeur inférieure autorisant par exemple une surintensité égale à 2 fois le courant nominal. Cette modification peut MS12. S649.12FR.486.dpt.DOC intervenir après une temporisation facultative de quelques millisecondes, par exemple 20 ms. Le seuil de tension VT3 ou le seuil de durée TT1 peut être ramené à la valeur initiale élevée autorisant une surintensité égale à 5 fois le courant nominal si pendant une période déterminée (par exemple 3 s), durant laquelle le seuil de tension VT3 ou le seuil de durée TT1 autorise une surintensité égale à 2 fois le courant nominal, l'ouverture de l'interrupteur commandé TR n'a pas été commandé par le franchissement du seuil de tension VT3 ou du seuil de durée TT1. Cette réduction du seuil de tension VT3 ou du seuil de tension TT1 permet d'éviter des surchauffes et des destructions des composants, en particulier du transistor assurant la fonction d'interrupteur commandé. La succession d'étapes décrites permet de résoudre les problèmes évoqués plus haut de surcharges très brèves ou de plus grande durée. On peut imaginer différentes procédures de modification du seuil de tension VT3 ou du seuil de durée TT1 pour résoudre les problèmes de surchauffes. On peut en particulier prévoir que les seuils puissent prendre plus de deux valeurs de tension ou plus de deux valeurs de durée. La combinaison de la valeur de ces seuils et de leur durée de validité dépend en particulier des caractéristiques thermiques des composants. On peut aussi prévoir que le seuil de tension VT3 ou le seuil de durée TT1 permettent d'abord une surintensité très importante et deviennent ensuite inférieurs au premier seuil de tension VT1 ou au seuil de durée autorisant le courant nominal. Tout ou partie de l'unité de commande et de l'équivalent de la bascule RS, peut être intégré dans un microcontrôleur, comportant des MS\2.S649.12FR. 486.dpt.DOC 2864371 11 comparateurs et un compteur de temps (timer). Ce microcontrôleur peut par ailleurs être chargé de gérer des commandes ordonnées par un utilisateur. Plutôt que d'utiliser la tension VI, on pourra avantageusement utiliser le couple de tensions V2 et UG comme paramètres de commande de l'état de l'interrupteur, la tension V2 représentant à la fois la tension d'alimentation (lorsque l'interrupteur est ouvert) et la tension de sortie (lorsque l'interrupteur est fermé). Dans ce cas, seules les entrées CA2 et TRIG de l'unité de commande sont utilisées. L'installation et son procédé d'alimentation en énergie électrique, permettent également d'annuler la consommation énergétique du circuit de puissance lorsque le moteur n'est pas utilisé. Cet avantage est d'autant plus important que les normes et le respect de l'environnement obligent à limiter de manière drastique la consommation de veille des équipements. MS12.S649.12FR.486.dpt.DOC Revendications: 1. Installation (1) destinée à la manoeuvre d'une porte (GD) de bâtiment ou d'un portail et alimentée par une tension alternative, comprenant un convertisseur de tension alternatif/continu et Lin moteur à courant continu (MOT) lié mécaniquement à la porte ou au portail, caractérisée en ce que le convertisseur comprend un redresseur (REC), un condensateur branché (CM) entre les bornes d'entrée du moteur, ce condensateur étant chargé par la tension alternative redressée (V1) à travers un interrupteur commandé (TR) par un circuit de commande (3) à la fréquence de la tension alternative redressée. 2. Procédé de commande de l'alimentation d'une installation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermeture de l'interrupteur (TR) est commandée par le franchissement à la baisse d'un premier seuil de tension (VT1) par la tension alternative redressée (VI). 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture de l'interrupteur est commandée par le franchissement à la hausse d'un deuxième seuil de tension (VT2) par la tension (UCM) aux bornes du condensateur (CM) ou par le franchissement à la hausse d'un troisième seuil de tension (VT3) par la tension alternative redressée (V1) . 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que, le troisième seuil de tension (VT3) est dans un premier temps supérieur au premier seuil de tension (VT1). 5. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture de l'interrupteur est commandée par le MS12.S649.12FR.486.dpt. DOC franchissement à la hausse d'un deuxième seuil de tension (VT2) par la tension (UCM) aux bornes du condensateur (CM) ou par le franchissement d'un seuil de durée (TT1) par la durée de conduction (TM) de l'interrupteur commandé (TR). 6. Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil de durée (TT1) est dans un premier temps supérieur à la durée de conduction (TM) de l'interrupteur commandé lorsque le moteur absorbe son courant nominal. 7. Procédé de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le troisième seuil de tension (VT3) est modifié par une unité de commande (UC) lors du fonctionnement de l'installation. 8. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que le troisième seuil de tension (VT3) est modifié par l'unité de commande (UC) après que l'ouverture de l'interrupteur commandé (TR) a été commandée par le franchissement à la hausse du troisième seuil de tension (VT3) par la tension alternative redressée (V1). 9. Procédé de commande selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le seuil de durée (TT1) est modifié par une unité de commande (UC) lors du fonctionnement de l'installation. 10. Procédé de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que le seuil de durée (TT1) est modifié par l'unité de commande (UC) après que l'ouverture de l'interrupteur commandé (TR) a été commandée par le franchissement du seuil de durée (TT1) par la durée de conduction (TM) de l'interrupteur commandé (TR). MS12. S649.12FR.486.dpt.DOC 11. Procédé de commande selon la revendication 8 ou 10, caractérisé en ce qu'une temporisation est mise en oeuvre entre l'ouverture de l'interrupteur due au franchissement de seuil et la modification de ce seuil. 12. Procédé de commande selon la revendication 11, caractérisé en ce que la durée de temporisation vaut 20 ms. 13. Procédé de commande selon l'une des revendications 7 à 12, 10 caractérisé en ce que le troisième seuil de tension (VT3) ou le seuil de durée (TT1) est ramené à sa valeur initiale après une temporisation. 14. Procédé de commande selon la revendication 13, caractérisé en ce que le retour du troisième seuil de tension (VT3) ou du seuil de durée (TT1) à sa valeur initiale est conditionné par le fait que, pendant cette période, l'ouverture de l'interrupteur commandé (TR) n'a pas été commandée par un franchissement du troisième seuil de tension (VT3) par la tension alternative redressée (VI) ou par un franchissement du seuil de durée (TT1) par la durée de conduction (TM) de l'interrupteur commandé (TR). 15. Procédé de commande selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la durée de temporisation vaut 3 s. 16. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de commande (3) muni d'une unité de commande (UC) permettant la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une des revendications 2 à 15. MS\2.S649.12FR.486.dpt.DOC