FR2493630A1 - Dispositif pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur electrique - Google Patents

Abstract

Le dispositif pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique comprend un capteur tachymétrique fréquentiel 2, un amplificateur-écrêteur 4, un différentiateur 5 et un générateur 6 de tension en dents de scie associés en série. Le dispositif comprend également un circuit 7 de comparaison, dont la première entrée est attaquée par l'information sur la vitesse de rotation du moteur, une source 8 de tension continue dont la sortie est raccordée à la seconde entrée du circuit 7 de comparaison et un amplificateur 10 de puissance, raccordé au moteur électrique et à la sortie du circuit 7 de comparaison. Le dispositif comprend un capteur tachymétrique fréquentiel 3 supplémentaire, dont l'élément sensible est disposé avec un certain décalage dans le sens de rotation de l'arbre du moteur, par rapport l élément sensible du premier capteur tachymétrique 2, et dans lequel le rôle du modulateur est joué par le modulateur du capteur tachymétrique 2, un amplificateur- écrêteur 11 supplémentaire, un différentiateur 12 supplémentaire, et un circuit 9 d'échantillonnage-stockage, dont la seconde entrée est raccordée à la sortie du circuit 7 de comparaison, et la sortie, à l entrée de l'amplificateur 10 de puissance, tous ces composants supplémentaires étant associés en série.

Description

DISPOSITIF POUR IA STABTIISATION DE IA VITESSE

DE ROTATION D'UN MOTEUR EIWCTRIQUE

L'invention concerne l'électrotechnique, et notam-

ment les dispositifs pour la stabilisation de la vitesse de rotation des moteurs électriques. Le dispositif faisant l'objet de l'invention peut être appliqué avec efficacité à la stabilisation de la

vitesse de rotation des moteurs électriques.

A l'heure actuelle, les moteurs électriquEs- utili-

sés dans les systèmes de commande automatique, dans les

appareils d'enregistrement, de reproduction et de trans-

mission de l'information, dans les systèmes opto-mécani-

ques et dans les dispositifs électromécaniques des appa-

reillages radio-électroniques doivent répondre à des

prescriptions sévères de stabilité de la vitesse de ro-

tation du rotor en présence de variations du couple de charge, de la tension d'alimentation, de la température et d'autres facteurs déstabilisateurs. Dans les types indiqués d'appareillages, à côté des moteurs synchrones, une grande extension a été donnée aux moteurs à courant continu sans contacts et aux moteurs asynchrones, qui

sont de grande fiabilité, ont de bas niveaux de vibra-

tions propres et de bruits acoustiques et une grande vi-

tesse de réponse.

La série de moteurs électriques, surtout ceux à

basse vitesse de rotation (jusqu'à 100 tr/min), par exem-

ple les moteurs destinés à l'entraînement direct du pla-

teau d'un tourne-disques dans les appareillages pour la reproduction de haute qualité du son à partir de disques phonographiques, doivent répondre à des prescriptions

extrêmement sévères de stabilité de la vitesse de rota-

tion: la vitesse ne doit pas varier de plus de 0,1%.

Un inconvénient notable des moteurs électriques men-

tionnés est la dépendance de leur vitesse de rotation

vis-à-vis du couple de charge et de la tension d'alimen-

tation. - 2 - les dispositifs pour la stabilisation de la vitesse de rotation des moteurs électriques doivent assurer une

grande précision de stabilisation des vitesses de rota-

tion moyenne et instantanée des moteurs, avoir une ré-

ponse rapide et être de grande fiabilité, tout en étant

de conception simple.

On connaît des dispositifs pour la stabilisation de

la vitesse de rotation d'un moteur électrique, compre-

nant un capteur tachymétrique (génératrice tachymétrique), engendrant une tension alternative ou une succession d' impulsions à fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor du moteur, et un montage électrique de stabilisation, élaborant à partir du signal du capteur tachymétrique une action pour la commande de la vitesse

' de rotation du moteur, fermant la boucle de contre-ré-

action et maintenant automatiquement la vitesse de ro-

tation du moteur à une valeur contante.

la stabilisation de la vitesse de rotation des mo-

teurs électriques dans les dispositifs connus s'effectue par comparaison de la durée des impulsions du capteur tachymétrique avec la durée des impulsions d'une source

pilote, ou bien par commande du facteur de forme des im-

pulsions de multivibrateurs monostables (cf., par exem-

ple, brevets des Etats-Unis n 3 241 023, 3 506 901

dans la cl.318-314).

Ces dispositifs connus fonctionnent d'une manière stable quand la vitesse de rotation du moteur est élevée,

mais ils n'assurent pas la précision nécessaire de sta-

bilisation des vitesses de rotation moyenne, ni la rapidité

voulue de la réponse, ni la stabilisation de la vi-

tesse de rotation instantanée.

Une précision plus élevée de la stabilisation de

la vitesse de rotation moyenne est assurée par un sys-

tème statique connu de stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique (les moteurs à courant continu dans les dispositifs radio-électropiques, par Dolidze.V.Ch., Dorokhin M.P., Moscou, "Sov. radio", 1975, p.30, 31), dans lequel on compare la fréquence du signal d'un capteur tachymétrique à celle d'une source étalon de fréquence de référence, déterminant le réglage du système bouclé de régulation à la vitesse de rotation prescrite (nominale) du moteur. Ensuite, la fréquence différentielle est convertie par un discriminateur de

fréquence et de phase et par un redresseur à semiconduc-

teurs en tension continue, qui commande la durée d'un modulateur de durée d'impulsions, en changeant ainsi la

valeur moyenne de la tension appliquée au moteur élec-

trique.

Dans ce système il y a une contre-réaction en vi-

tesse de rotation du moteur, grace à laquelle la vitesse de rotation est maintenue constante dans les limites de l'erreur statique. La précision de stabilisation de

la vitesse de rotation moyenne du moteur en régime étab-

li pendant quelques tours de son rotor est déterminée par la stabilité.de la source étalon et la valeur de

l'erreur statique.

Ies inconvénients de ce système statique de stabi-

lisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique

sont sa vitesse de réponse peu élevée, l'absence de sta-

bilisation de la vitesse de rotation instantanée (dans les limites d'un tour) et l'augmentation de la valeur de l'erreur statique (différence entre les vitesses de

rotation réelle et nominale) avec l'augmentation du coup-

le de charge.

Une précision de stabilisation plus élevée de la

vitesse de rotation d'un moteur électrique peut 6tre ob-

tenue à l'aide du système astatique de stabilisation con-

nu (Les moteurs à courant continu dans les dispositifs radioélectroniques, par DolIdze V.Ch., Dorokhin M.P., Moscou, "Sov.radio", 1975, p.31 à 33) comprenant deux ré'ulateurs: un régulateur intégral élaborant un signal - 1r '

de commande en fonction des variations de la valeur étab-

lie du déphasage entre la tension d'un capteur tachymétri-

que et d'une source de fréquence étalon, et un synchronisa-

teur dégrossisseur dont l'erreur statique se situe dans la gamme de synchronisation à tous les régimes de marche du moteur. Les deux régulateurs fonctionnent en parallèle, aussi les signaux de commande élaborés dans les voies de synchronisation précise et grossière attaquentils l'entrée commune d'un modulateur de durée d'impulsions,

puis un amplificateur de puissance connecté au moteur.

Le système astatique de stabilisation de la vitesse de rotation supprime l'erreur statique et la dépendance de la vitesse de rotation yis-à-vis du couple de charge

pour les vitesses moyennes.

Ia précision de stabilisation de la vitesse de rota-

tion est déterminée par la stabilité de la fréquence étalon, car le système astatique assure la synchronisation

du moteur avec la fréquence étalon.

Toutefois le système astatique connu de stabilisation est affecté par une erreur de stabilisation de la vitesse

de rotation instantanée du moteur, résultant de l'impré-

cision de fabrication du modulateur de fréquence, du cap-

teur tachymétrique.

On connaît en outre, un dispositif pour la stab.ili-

sation de la vitesse de rotation d'un moteur à courant al-

ternatif (Fideo Xakeko. Les tourne-disquçs à attaque di-

recte. Revue Dempa Kagaku, 1973, n 6, p.98,99), réalisé en utilisant une source de courant coninu en tant que

référence dans un système de régulation bouclé et comp-

tenant un capteur tachymétrique fréquentiel, un amplifi-

cateur-écrêteur, un différentiateur, un générateur de tension en dents de scie, un circuit de comparaison, à la seconde entrée duquel est connectée la source de courant continu, un filtre passe-bas, un compensateur de phase,

un filtre passe-bas actif et un amplificateur de puis-

- 5 - sance à pont de diodes pour la régulation de la tension

alternative, connecté au moteur asynchrone, les compo-

sants mentionnés étant associés en série.

Le dispositif élabore une tension de commande pro-

portionnelle à l'erreur statique entre la vitesse de

rotation réelle du moteur et sa vitesse de rotation no-

minale, qui est déterminée par la valeur de la tension

de référence.

Le dispositif pour la stabilisation de la;vitesse

de rotation d'un moteur électrique examiné est carac-

térisé par une réponse insuffisamment rapide, limitée par l'inertie du système de filtres passe-bas et par l'altération de l'uniformité de rotation du moteur due à l'erreur de fréquence du capteur tachymétrique, qui est une conséquence de l'imprécision de sa fabrication

(irrégularité du pas des marques de modulation, excen-

tricité et faux-rond dumodulateur).

On s'est proposé de créer un dispositif pour la

stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteurélec-

trique dont les circuits seraient conçus de façon telle qu'ils assureraient un abaissement notable de l'influence des erreurs de fabrication des capteurs tachymétriques sur l'uniformité de rotation du moteur,

ainsi qu'une réponse plus rapide.

Ia solution consiste en un dispositif pour la sta-

bilisation de la vitesse de rotation d'un moteur élec-

trique, comprenant un capteur tachymétrique fréquentiel,

un amplificateur-écréteur, un différentiateur et un gé-

nérateur de tension en dents de scie associés en série,

ainsi qu'un circuit de comparaison dont la première ent-

rée est attacuée par l'information sur la vitesse de rotation du moteur, une source de tension continue dont la sortie est raccordée à la seconde entrée du circuit

de comparaison et un amplificateur de puissance rac-

cordé au moteur électrique et à la sortie du circuit -6 -

de comparaison, dispositif dans lequel, d'après l'in-

vention, il est prévu un capteur tachymétrique fréquen-

tiel supplémentaire, son élément sensible étant dis-

posé avec un certain décalage dans le sens de rotation de l'arbre du moteur par rapport à l'élément sensible

du premier capteur tachymétrique et le rôle de son modu-

lateur étant joué par le modulateur du premier capteur tachymétrique, un amplificateur-écrêteur supplémentaire,

un différentiateur supplémentaire et un circuit d'échan-

o

tillonnage-stockage, dont la seconde entrée est raccor-

dée à la sortie du circuit de comparaison, et la sortie, à l'entrée de l'amplificateur de puissance, tous ces

composants supplémentaire étant associés en série.

Pour élever la précision de stabilisation par di-

minution de l'erreur statique, il est avantageux de

réaliser le raccordement de la sortie du circuit d'é-

chantillonnage-stockage avec l'entrée de l'amplificateur de puissance par l'intermédiaire d'un intégrateur et d'un sommateur associés en série, la seconde entrée du

sommateur étant réunie à l'entrée de l'intégrateur.

Dans un tel montage, le circuit de comparaison

peut être branché entre la sortie du circuit d'échan-

tillonnage-stockage et le point de réunion des entrées de l'intégrateur et du sommateur, ou bien entre le

point de réunion des entrées de l'intégrateur et du som-

mateur et l'entrée de l'intégrateur.

ILe dispositif pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique réalisé conformément à l'invention assure la stabilisation de la vitesse de

rotation instantanée, un abaissement notable de l'in-

fluence des erreurs de fabrication des capteurs tachy-

métriques sur l'uniformité de rotation du moteur, l'accroissement de la vitesse de réponse de la partie

électronique du dispositif.

- 7 - Dans ce qui suit l'invention est expliquée par la

description de variantes de réalisation et par des des-

sins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un dispositif pour la stabilisation de la vitesse de rota- tion d'un moteur électrique conforme à l'invention;

la figure 2 représente le schéma constructif de dis-

position des capteurs tachymétriques différentiels dans

le dispositif conforme à l'invention, dans le cas d'u-

tilisation de capteurs du type photoélectriquer la figure 3 représente le système de la figure 2 en vue de côté; la figure 4 représente le schéma fonctionnel d'un

dispositif comme celui de la figure 1, mais avec un in-

tégrateur et un sommateur supplémentaires; la figure 5 représente le schéma fonctionnel d'un dispositif comme celui de la figure 4, mais dans lequel le circuit de comparaison est branché à la sortie du circuit d'extraction-stockage; la figure 6 représente le schéma fonctionnel d'un dispositif comme celui de la figure 4, mais dans lequel le circuit de comparaison est branché à l'entrée de

l'intégrateur; -

les figures 7a, b, c, d, e, f, g, h sont des dia-

grammes temporels expliquant le fonctionnement du dis-

positif représenté par la figure 1, dans lesquels on a porté le temps en abscisses et la tension aux sorties des éléments fonctionnels du dispositif en ordonnées; les figures 8a, b, c, d, é, f. g, h, k, 1 sont des diagrammes temporels expliquant le fonctionnement du dispositif représenté par la figure 4, dans lesquels on a porté le temps en abscisses et la tension aux sorties des éléments fonctionnels du dispositif en ordonnées. -8- le dispositif (figure 1) pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique I comprend

deux capteurs tachymétriques 2 et 3, principal et supplé-

mentaire respectivement, avec un modulateur commun (dé-

crit plus loin d'une manière plus détaillée). En série a avec le premier capteur tachymétrique 2 sont branchés un

amplificateur-écrSteur 4, un différentiateur 5, un généra-

teur 6 de tension en dents de scie, un circuit 7 de com-

paraison des signaux, à la seconde entrée duque]oest rac-

cordée une source 8 de tension continue, un circuit 9 d'échantillonnagestockage du signal analogique et un

amplificateur 10 de puissance, raccordé au moteur élec-

trique 1. En série avec le second capteur tachymétrique 3 sont branchés un amplificateur-écrSteur supplémentaire 11 et un différentiateur supplémentaire 12, celui-ci étant

raccordé à l'entrée de commande du circuit 9 d'6chantil-

lonnage-stockage. Le circuit 9 d'échantillonnage-stockage

comprend une clé électronique, un condensateur d'çccumu-

lation et un montage servodyne associés en série.

Pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu, on raccorde l'amplificateur

de puissance directement au moteur, comme montré en fi-

gure 1, et pour la stabilisation de la vitesse de rota-

tion d'un moteur à courant alternatif, on raccorde l'am-

plificateur au moteur par l'intermédiaire d'un pont de diodes commandé ou d'un autre conformateur quelconque

de signal de commande (non représenté sur les dessins).

On peut utiliser dans le dispositif des capteurs tachymétriques fréquentiels de types divers, tels oue,

par exemple, les capteurs à induction, inductifs, capa-

citifs ou photoélectriques, qui fournissent à la sortie une tension alternative ou impulsionnelle avec modulation

de fréquence respective du flux magnétique, électromagné-

tique, électrostatique ou lumineux. Le modulateur commun aux deux capteurs tachymétriques est solidaire de l'arbre

(rotor) tournant du moteur, le pas angulaire de modula-

tion étant un peu plus grand que l'angle de disposition

des capteurs.

A titre d'exemple, on a montré sur les figures 2 et 5 la disposition de capteurs tachymétriques photo- électriques. Ies capteurs tachymétriques fréquentiels 2 et 3 comprennent une source 15 d'énergie rayonnante, un

système optique (lentille) 14, un modulateur 15 soli-

daire de l'arbre du moteur 1 et deux éléments risibles: les photorécepteurs 16 et 17 respectivement, disposés l'un à côté de l'autre avec un certain décalage relatif dans le sens de rotation du moteur. I-e système optique 14 et le modulateur 15 sont montés en série entre la source et les photorécepteurs 16 et 17. Ie modulateur 15 est réalisé sous la forme d'un disque opaque avec des fentes dont le pas est un peu plus grand que la distance

entre les photorécepteurs 16 et 17. Ia sortie du photo-

récepteur 16 du premier élément sensible dans le sens de rotation du moteur constitue la sortie du capteur

tachymétrique fréquentiel 2, et la sortie du photoré-

cepteur 17 constitue la sortie du capteur tachymétrique

fréquentiel 5.

Dans la variante du dispositif pour la stabilisation

de la vitesse de rotation d'un moteur électrique repré-

senté par la figure 4, à la différence de la variante du dispositif représenté par la figure 1, la liaison de

la sortie du circuit 9 d'çxtraction-stockage avec l'ent-

rée de l'amplificateur 10 de puissance s'effectue par l'intermédiaire d'un intégrateur 18 et d'un sommateur 19 associés en série, la seconde entrée du sommateur 19

étant réunie au point 20 avec l'entrée de l'intégra-

teur 18.

A la différence de la variante du dispositif repré-

sentée par la figure 4, dans le dispositif représenté par

- 10 -

la figure 5 le circuit 7' de comparaison, mis en série avec la source 8 de tension continue, est branché entre la sortie du circuit 9 d'échanti]. lonnage-stockage et le point 20 de réunion des entrées de l'intégrateur 18 et du sommateur 19. Dans la variante du dispositif de la figure 6, pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur

électrique 1, à la différence de la variante du disposi-

tif représentée sur la figure 4, le circuit 7" de com-

paraison, mis en série avec la source 8 de tension con-

tinue, est branché entre le point 20 de réunion des ent-

rées de l'intégratevr 18 et du sommateur 19 et l'entrée

de l'intégrateur 18.

Le dispositif représenté par la figure I fonctionne

de la façon suivante.

Quand l'arbre du moteur I tourne, chacune des ou-

vertures du modulateur 15, montré sur les figures 2 et 7, laisse passer successivement le faisceau lumineux vers les photorécepteurs 16 et 17, aux sorties desquels

apparaît une f.é.m. à fréquence de répétition des im-

pulsions égale à la fréquence de modulation du flux lu-

mineux issu de la source 13. les impulsions de la ten-

sion de sortie des capteurs tachymétriques 2 et 3 (fi-

gure 7a, b) sont décalées les unes par rapport aux

autres d'un temps de retard é, égal au temps néces-

saire à l'ouverture de modulation pour parcourir la

distance entre les capteurs tachymétriques 2 et 3, dis-

tance qui est constante. Ile temps de retard 2 entre

les impulsions (figure 7a, b) est constant quand la vi-

tesse de rotation du moteur I dont est solidaire le

modulateur 15 est constante, et il est inversement pro-

portionnel à la vitesse de rotation du moteur I quand

cette vitesse varie.

Dans la variante de conception représentée par les figure 2 et 5, le système optique 14 transforme le flux

- 11 -

lumineux de la source ponctuelle 13, située auprès du modulateur 15, en flux lumineux dont le centre fictif de

rayonnement se trouve sur l'axe de rotation du modula-

teur 15, ce qui assure les mêmes conditions de modulation du flux lumineux à chacun des photorécepteurs 16 et 17. Dans ce cas, les erreurs de fabrication du modulateur 15,

telles que l'excentricité, l'inconstance du pas angu-

laire des ouvertures, ainsi que le faux-rond, n'influent

pas sur le temps mis par une même ouverture de modula-

tion pour passer d'un photorécepteur. à l'autre, c'est-à-

dire que le temps Z n'est pas influencé par les erreurs

de fréquence synchrones des capteurs tachymétriques 2 et 3.

Les signaux issus des capteurs tachymétriques 2 et 3 attaquent respectivement les amplificateurs-écrêteurs 4

et 11, puis vont aux différentiateurs 5 et 12, qui trans-

forment les successions de signaux rectangulaires déca-

lées dans le temps en successions d'impulsions positives courtes (figure 7c, d) correspondant aux fronts avant (arrière) des impulsions rectangulaires attaquant les entrées des différentiateurs 5 et 12. Les impulsions

courtes (figure 7c) issues du différentiateur 5 atta-

quent l'entrée du générateur 6 de tension en dents

scie, et les impulsions issues du différentiateur 12 (fi-

gure 7d) attaquent l'une des entrées du circuit 9 d'é-

chanti]lonnage-stockage. I'impulsion positive courte

* issue du différentiateur 5 (figure 7c) met à zéro la ten-

sion de sortie du générateur 6, puis quand cette impul-

sion s'achève, la tension de sortie du générateur 6 monte

linéairement jusqu'à l'instant o arrive l'impulsion sui-

vante.

De la sorte, le générateur 6 fournit à sa sortie une tension en dents de scie (figure 7e) de fréquence

égale à la fréquence de modulation du flux lumineux.

Cette tension attaque l'une des entrées du circuit 7 de comparaison, dont la seconde entrée est attaouée par

- 12 -

la tension de référence fournie Dar la source 8 de ten-

sion continue. ILe circuit 7 fournit à sa sortie une ten-

sion en dents de scie (figure 7f), qui est décalée par rapport au zéro de la valeur de la tension de référence U0 et attaque la seconde entrée du circuit 9 d'échantil-

lonnage-stockage. Celui-ci mémorise la valeur de la ten-

sion en dents de scie (figure 7f) à l'instant o sa pre-

mière entrée est attaquée par l'impulsion courte issue

du différentiateur 12 (figure 7d) et conserve cette va-

leur constante jusqu'à l'arrivée de l'impulsion.suivante.

Ia tension issue du circuit 9 (figure 7g) d'échantilonnage-

-stockage attaque l'entrée de l'amplificateur 10 de puis-

sance, puis va au moteur.é-lectrique 1, en bouclant ainsi

le circuit de régulation.

Ia valeur moyenne de la composante continue de la tension issue du circuit 9 lors de la rotation du moteur

I en régime établi dépend du niveau de la tension de ré-

férence Uo, de la valeur de laquelle le circuit 7 de comparaison décale la tension en dents de.scie issue du

circuit 9 (figure 7f) par rapport au zéro. ILa valeur moy-

enne de la composante continue de la tension à la sortie de l'amplificateur 10 de puissance (figure 7h) détermine

la vitesse de rotation nominale du moteur 1.

Si la tension de référence issue de la source 8 de tension continue est réglée à une valeur plus petite que celle déterminant la vitesse de rotation nominale du moteur, la valeur de la composante continue de la

tension à la sortie du circuit 9 d'échantillonnage-sto-

ckage (figure 7f) augmente, ce qui provoque une augmen-

tation de la vitesse de rotation nominale du moteur 1,

et cette vitesse sera maintenue constante dans les li-

mites de l'erreur établie. Si la tension de référence est réglée à une valeur plus grande, c'est le processus

inverse, qui se déroule.

la stabilisation de la vitesse de rotation,du mo-

teur électrique s'effectue de la façon suivante.

- 13> -

Quand des facteurs extérieurs agissent, par exemple quand Je couple C de charge du moteur I diminue, ou bien quand]a tension d'alimentationdu moteur I augmente,

sa vitesse de rotation augmente. Il s'ensuit une aupmen-

tation en conséquence de la fréquence de modulation du

flux lumineux, de la fréquence de succession des impul-

sions à la sortie des capteurs tachymétriques 2 et 5 (figure 7a, b) et de la fréquence de déclenchement du générateur 6, tandis que le temps f de retard entre les successions d'impulsions courtes aux sorties des

différentiateurs 12 et 5 (figure 7d) diminue. Etant don-

né que la vitesse de montée linéaire de la tension en dents de scie (figure 7e) à la sortie du générateur 6 reste constante quand la fréquence de son déclenchement

par le différentiateur 5 augmente, tandis que l'inter-

valle de temps entre le déclenchement du générateur 6 et l'instant o la valeur actuelle de la tension

en dents de scie (figure 7f) est mémorisée par le cir-

cuit 9 d'échantillonnage-stockage, déterminé par l'ins-

tant d'arrivée de l'impulsion venant du différentiateur

12 (figure 7d), diminue, le niveau de la tension (fi-

gure 7g) à la sortie du circuit 9 baisse. Il s'ensuit une diminution en conséquence de la tension à la sortie de l'amplificateur 10 de puissance (figure 7h) et de la

vitesse de rotation du moteur 1, laquelle tendra à repren-

dre sa valeur nominale.

Si le couple de charge du moteur I augmente, en pro-

voquant un abaissement de sa vitesse de rotation,

c'est le processus inverse qui se déroule, car la ten-

sion à la sortie du dispositif pour la stabilisation de la vitesse de rotation du moteur électrique est une fonction directe du temps de retard entre les successions

d'impulsions issues des capteurs tachymétriques.

De la sorte, le circuit bouclé de régulation par variation de la tension appliquée au moteur I compense

- 14 -

les variations de sa vitesse de rotation dues à l'action des facteurs extérieurs, en la maintenant stable dans

les limites de l'erreur statique admissible.

La variante du dispositif représentée par la figure 4 fonctionne d'une manière analogue à celle décrite

pour le dispositif représenté par la figure 1, en four-

nissant des impulsions rectangulaires (figure 8a, b) aux sorties des amplificateurs-écrêteurs 4 et 11, des impulsions courtes aux sorties des différentiateurs 5 et 12 (figure 8c, d), une tension en.dents de scie à la sortie du générateur 6 de tension en dents scie (figure 8e), une tension en dents de scie décalée par rapport au zéro de la valeur de la tension de référence Uo à la sortie du circuit 7 de comparaison (figure 8f) et une tension en échelons à la sortie du circuit 9

d'échantillonnage-stockage (figure 8g).

la tension issue du circuit 9 d'échantillonnage-

stockage (figure 8g) attaque l'une des deux entrées du sommateur 19, celle.réunie à l'entrée de l'intégrateur

18 du point 20, et, simultanément, l'entrée de l'inté-

grateur 18, dont la sortie est raccordée à la seconde entrée du sommateur 19. I'intégrateur 18 fournit à sa sortie: une tension croissante proportionnelle à la constante d'intégration quand son entrée est attaquée par une tension positive; une tension à décroissance constante quand son entrée est attaquée par une tension négative; et une tension invariable quand la tension à son entrée est nulle. Ie sommateur 19 additionne les

tensions de sortie du circuit 9 d'échantillonnage-sto-

ckage (figure 8g) et de l'intégrateur 18 (figure 8h).

La tension issue du sommateur 19 (figure 8k) attaque l'entrée de l'amplificateur 10 de puissance, puis va au

moteur 1 en bouclant le circuit de régulation.

ILa valeur de la tension de référence de la source 8 détermine la vitesse de rotation nominale du moteur 1 à

- 15 -

lacuelle est réglé le circuit bouclé de régulation. Si la tension de référence issue de la source 8 de tension continue est

réglée à une valeur plus petite que

celle déterminant la vitesse de rotation nominale du mo-

teur, la valeur de la composante continue de la tension

à la sortie du circuit 9 d'échantillonnage-stockage (fi-

gure 8g) augmente, la tension à la sortie de l'intégra-

teur 18 (figure 8h) croIt en continu, ce qui provoque une croissance continue de la tension à la sortie dw sommateur

19 et de l'amplificateur 10 de puissance (figure 8k, 1).

Ia croissance de la tension appliquée au moteur 1 provoque

l'augmentation de sa vitesse de rotation et, en conséquen-

ce, une diminution du temps ?f de retard entre les suc-

cessions d'impulsions aux sorties des capteurs tachymétri-

ques 2 et 3 (figure 8a, b) et de la tension à la sortie

du circuit 9 d'échantillonnage-stockage (figure 8g).

quand la tension de sortie du circuit 9 devient nulle,

l'intégrateur 18 cesse l'intégration, sa tension de sor-

tie reste constante et, par conséquent, la tension appli-

quée au moteur 1 à partir de l'amplificateur 10 reste

constante, ainsi que la vitesse de rotation du moteur 1.

Si la tension de référence est réglée à une valeur

plus grande, c'est le processus inverse qui se déroule.

la stabilisation de la vitesse de rotation du mo-

teur électrique s'effectue de la façon suivante.

Quand des facteurs extérieurs agissent, par exemple quand le couple C de charge du moteur 1 augmente, ou

bien quand la tension d'alimentation du moteur 1 dimi-

nue, sa vitesse de rotation, la fréquence de répétition des impulsions aux sorties des capteurs tachymétriques 2 et 3 (figures 8a, b) et la fréquence de déclenchement du générateur 6 (figure 8e) diminuent, tandis que le temps de retard T entre les successions d'impulsions courtes aux sorties des différentiateurs 12 et 5 (figure 8c, d) augmente. Etant donné que la vitesse de montée linéaire

- 16 -

de la tension en dents de scie (figure 8e) à la sortie du générateur 6 reste constante quand la fréquence de son déclenchement par le différentiateur 5 change, tandis

que l'intervalle de temps entre le déclenchemrient du gé-

nérateur 6 et l'instant o la valeur actuelle de la ten- sion en dents de scie (figure 8f) est mémorisée par le

circuit 9 d'échantillonnage-stockage, déterminé par l'ins-

tant d'arrivée de l'impulsion venant du différentiateur 12 (figure 8d), augmente, le niveau de la tension (figure 8g) à la sortie du circuit 9, inversement proportionnel à l'écart par rapport à la vitesse de rotation nominale

réelleaugmente par incréments. A la sortie de l'intégra-

teur 18, la tension (figure 8h) commence à croître en con-

tinu, ce qui provoque la croissance de la tension à la

sortie du sommateur 19 et de l'amplificateur 10 de puis-

sance (figure 8k, 1). La croissance de la tension appli-

quée au moteur I provoque l'augmentation de la vitesse

de rotation de son rotor, qui surmonte le couple de char-

ge, ainsi que, en conséquence, la diminution du temps de retard entre les successions d'impulsions aux sorties des capteurs tachymétriques 2 et 3 (figure 8a, b) et de

la tension à la sortie du circuit 9 d'échantillonnage-

-stockage (figure 8g).

Quand le niveau de la tension de sortie du circuit 9

atteint zéro, c'est-à-dire quand les vitesses de rota-

tion réelle et nominale coïncident, les tensions de sor-

tie de l'intégrateur 18 et du sommateur 19, la tension appliquée au moteur I à partir de l'amplificateur 10

et la vitesse de rotation du moteur I restent constantes.

Si le couple de charge du moteur I diminue, en

faisant augmenter sa vitesse de rotation, c'est le pro-

cessus inverse qui se déroule et produit un abaissement de la tension appliquée au moteur I jusqu'à ce que la vitesse réelle et 1l vitesse nominale de rotation du

moteur I co{ncident.

- 17 -

De la sorte, le circuit bouclé de régulation par variation de la tension appliquée au moteur 1 compense les variations de sa vitesse de rotation dues à l'action

des facteurs extérieurs, en la maintenant stable, le dé-

saccord entre les vitesses de rotation réelle et nominale

tendant vers zéro, c'est-à-dire que la variante du dis-

positif pour la stabilisation de la vitesse de rotation d'un moteur électrique représentée par la figure 4 assure

une stabilisation plus précise que le dispositif repré-

senté par la figure 1.

Dans le dispositif représenté par la figure 5, la comparaison de la tension directement proportionnelle au temps de retard entre les successions d'impulsions aux sorties des capteurs tachymétrigues 2 et 3 avec la tension de référence s'effectue à la sortie du circuit 9 d'échantillonnage-stockage. Dans ce cas, la tension de

sortie du circuit 9 d'échantillonnage-stockage est inver-

sement proportionnelle à la vitesse de rotation réelle du moteur 1, et la valeur dont la tension de sortie du

circuit de comparaison 7' diffère de zéro est proportion-

nelle à l'écart, pris avec le signe contraire, de la vitesse de rotation réelle par rapport à la vitesse de

rotation nominale.

Dans le dispositif représenté par la figure 6, la

tension à 2a sortie du circuit 9 d'échantillonnage-stocka-

ge, directement proportionnelle au temps de retard entre

les successions d'impulsions aux sorties des capteurs ta-

chymétriques 2 et 3, est additionnée à la tension de sor-

tie de l'intégrateur 18, dont l'entrée est attaquée par la tension résultant de la comparaison de la tension de sortie du circuit 9 d'échantillonnage-stockage et de la tension de référence de la source 8, effectuée par le

circuit 7".

Dans ce cas, la tension de sortie du circuit 9

d'éctantillonnare-stockage est inversement proportion-

- 1& -

nelle à la vitesse de rotation réelle du moteur 1, et la

tension de sortie du circuit 7" de comparaison est con-

ditionnée par l'écart de la vitesse de rotation réelle par

rapport à la vitesse nominale.

Dans le cas d'utilisation, dans les dispositifs con- formes à l'invention, de capteurs tachymétriques du type à induction, la source de flux magnétique est une bobine alimentée en courant continu ou un aimant permanent, le

modulateur est une pièce multipolaire à différentes per-

méances ou un aimant multipolaire, et l'élément-sensible du capteur tachymétrique est une bobine, à la sortie de laquelle la f.é.m. a une fréquence multiple de la vitesse

de rotation du moteur.

Le dispositif faisant l'objet de l'invention a une réponse bien plus rapide que celle des dispositifs connus

pour usages analogues; l'erreur de fabrication des cap-

teurs tachymétriques n'a pas d'influence sur la précision de stabilisation. le dispositif stabilise la vitesse de rotation instantanée. des moteurs lents, en assurant une rotation pratiquement uniforme avec un plateau à inertie

relativement faible.

L'efficacité technique des dispositifs représentés

par les figures 4, 5 et 6 est conditionnée par leur pré-

cision bien plus élevée de stabilisation de la vitesse de rotation du moteur. Ainsi, par exemple, une variation

de la charge provoquant dans le cas d'emploi du dispo-

sitif représenté par la figure 1 un écart de la vitesse de rotation réelle par rapport à la vitesse nominale de 1%, ne provoque dans le cas d'emploi des dispositifs représentés par les figures 4, 5 et 6, qu'un écart ne

dépassant pas 0,05%.

Pour la précision de stabilisation de la vitesse de rotation du moteur, les variantes du dispositifs représentées par les figures 4 à 6 sont pratiquement

- 10 -

équivalentes. Toutefois, la variante de la.figure 4 est de réalisation quelque peu plus simple. Par contre, les variantes des figures 5 et 6 sont d'utilisation plus commode, vu qu'elles prévoient le branchement d'appareils de contrôle enregistrant la vitesse de rotation réelle du

moteur et son écart par rapport à la vitesse nominhale.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour la stabilisation de la vitesse

de rotation d'un moteur électrique, comprenant un cap-

teur tachymétrique fréquentiel (2), un amplificateur-

-écrSteur (4), un différentiateur (5) et un générateur (6) de tension en dents de scie associés en série, ainsi qu'un circuit (7) de comparaison dont la premiîre entrée est attacuée par l'information sur la vitesse de rotation du moteur (1), une source (8) de tension continue dont la sortie est raccordée à la seconde entrée du circuit (7) de comparaison et un amplificateur (10) de puissance

raccordé au moteur électrique (1) et à la sortie du cir-

cuit (7) de comparaison, c a r a c t é r i s é en ce qu'il est prévu un capteur tachymétrique fréquentiel (3) supplémentaire, son élément sensible étant disposé avec un certain décalage dans le sens de rotation de l'arbre

du moteur (1) par rapport à l'élément sensible du pre-

mier capteur tachymétrique (2) et le rôle de son modu-

lateur étant joué par le modulateur.(15) du premier cap-

teur tachymétrique (2), un amplificateur-écreteur (11) supplémentaire, un différentiateur (12) supplémentaire et un circuit (9) d'échantillonnagestockage, dont la seconde entrée est raccordée à la sortie du circuit (7)

de comparaison, et la sortie, à l'entrée de l'amplifi-

cateur (10) de puissance, tous ces composants supplé-

mentaires étant associés en série.

2. Dispositif pour la stabilisation de la vitesse

de rotation d'un moteur électrique selon la revendica-

tion i, c a r a c t é r i s é en ce que le raccorde-.

ment de la sortie du circuit (9) d'échantillonnage-sto-

ckage avec l'entrée de l'amplificateur (10) de puissance est réalisé par l'intermédiaire d'un intégrateur (18)

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et d'un sommateur (19) associés en série, la seconde en-

treadusommateur (19) étant réunie à l'entrée de l'inté-

grateur (18).

5. Dispositif selon la revendication 2, c a -

r a c t é r i s é en ce que le circuit (7) de compa- raison peut être branché entre la sortie du circuit (9) d'échantillonnage-stockage et le point (20) de réunion

des entrées de l'intégrateur (18) et du sommateur (19).

4. Dispositif selon la revendication 2, coa r a c -

t é r i s é en ce que le circuit (7) de comparaison est connecté entre le point (20) de réunion des entrées de l'intégrateur (18) et du sommateur (19) et l'entrée

de l'intégrateur (18).