FR2517088A1 - Commande electrique pour reguler la vitesse et/ou la position d'une charge entrainee a tres faible vitesse de rotation - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES COMMANDES ELECTRIQUES COMPRENANT UN MOTEUR ELECTRIQUE SYNCHRONE1 MECANIQUEMENT RELIE A UN ALTERNATEUR SYNCHRONE2, UN CONVERTISSEUR D'ENERGIE3 RELIE PAR SA SORTIE AU MOTEUR1, UN GENERATEUR DE VITESSE4 DOTE D'UN REDRESSEUR SENSIBLE A LA PHASE5 DONT L'ENTREE D'INFORMATION EST CONNECTEE A L'ALTERNATEUR2 ET DONT LA SORTIE EST RELIEE A UNE ENTREE D'UN GENERATEUR6 DE SIGNAUX DE COMMANDE, UN SELECTEUR DE VITESSE7 RACCORDE A L'AUTRE ENTREE DU GENERATEUR6 DONT LA SORTIE EST BRANCHEE SUR L'ENTREE DE COMMANDE DE TENSION D'INTENSITE) DU CONVERTISSEUR3; LE SELECTEUR7 EST DOTE D'UN GENERATEUR8 DE SIGNAUX DE REFERENCE DONT LA SORTIE EST RELIEE A L'ENTREE DE COMMANDE DE FREQUENCE DU CONVERTISSEUR3 ET A L'ENTREE DE COMMANDE DU REDRESSEUR5, LE MOTEUR1 ET L'ALTERNATEUR2 ETANT REALISES SOUS FORME DE MACHINES A REDUCTION.

Description

Commande électrique pour réguler la
vitesse et/ou la position d'une charge
entrainée à très faible vitesse de rotation.

La présente invention concerne les commandes électriques à moteurs électriques à courant alternatif réglables.

L'invention peut etre utilisée dans tous les secteurs industriels pour le réglage de la vitesse et de la positon d'une charge entrainée à une vitesse de rotation très basse, par exemple à une vitesse d'environ un tour par jour, avec une régularité de rotation commensurable avec une telle vitesse, ainsi que dans les cas où l'on a besoin d'une haute précision de réglage de position de la charge (quelques secondes angulaires, par exemple).

Dans ces cas, la charge des commandes éLectriques peut etre constituée, par exemple, par les organes de travail de machines-outils à commande numérique programmée, les électrodes d'appareils à souder, les mécanismes d'entrainement de différentes bandes, les piles solaires de stations spatiales, les antennes de systèmes optiques de navigation céleste.

Actuellement, dans l'industrie des pays développés du monde, on commence à utiliser largement les commandes électriques pour résoudre des problèmes de régulation de vitesse et de position d'une charge à des vitesses et avec des régularités de rotation comparables à la vitesse de rotation diurne de la Terre et avec une précision de position de l'ordre de plusieurs secondes angulaires.

Ces problèmes sont résolus à l'aide de commandes électriques spéciales comprenant des moteurs électriques à basse vitesse et à grand couple (moteurs-couple) et des générateurs tachymétriques à basse vitesse et possédant une caractéristique à pente raide de sortie.

L'arbre d'un moteur électrique à grand couple est directement relié à la charge. On supprime ainsi, dans le systère de régulation de vitesse et de position de la charge, le réducteur mécanique qui est indispensable dans les dispositifs de régulation de charge réalisés sur la base de commandes électriques classiques à haute vitesse. Un réducteur mécanique dont la précision et la rigidité sont limitées ne permet pas de créer des systèmes très précis de régulation de vitesse et de position d'une charge et sa suppression dans le circuit de régulation crée des conditions favorables à l'obtention de systèmes de régulation très précis, qui doivent être réalisés à l'aide de commandes électriques dotées de moteurs électriques et de générateurs tachymétriques à basse vitesse.

On connait une commande électrique destinée à régler la vitesse d'une charge dans la gamme des basses vitesses de rotation (Cf, par exemple, l'ouvrage de
V.Ya. Bespalov, "Elektricheskie mashiny malol moschnosti, primeniaemye v skhemakh avtomatiki i upravlenia",
Aperçu basé sur des données de catalogues des USA,
Editions "Informstandartelektro", Moscou, 1967) comprenant un moteur à collecteur et un générateur tachymétrique à courant continu et un dispositif de commande du moteur dont la sortie est reliée aux enroulements d'induit du moteur. La sortie du générateur tachymétrique est branchée sur l'entrée de réaction du dispositif de commande du moteur, dont l'entrée d'information est branchée sur la sortie d'un dispositif de transmission de signal de commande.

Le signal de commande portant, par exemple, l'information sur la vitesse requise de mouvement de la charge est comparé, dans le dispositif de commande du moteur, au signal délivré par le générateur tachymétrique, et, en fonction du résultat de cette comparaison, il se produit a formation d'une tension dans les en roulements d'induit du moteur qui met la charge en rotation
Cette commande électrique utilise un moteur et un générateur tachymétrique à collecteur à courant continu spécialement conçus de manière que le moteur et le générateur tachymétrique soient dépourvus de paliers propres ; les stators et les rotors de ces machines à collecteur à courant continu sont réalisés sous forme d'organes séparés incorporés dans la charge.

Cela permet de supprimer le réducteur mecanique et de réaliser le moteur comme moteur à grand couple et le générateur tachymétrique comme générateur tachymétrique à basse vitesse et à caractéristique à pente raide.

Dans cette commande électrique connue, les inconvénients résultant de la presence d'un collecteur dans le moteur et le générateur tachymétrique consistent en ce que sa sécurité de fonctionnement et sa durée de service sont faible et courte, qu'elle n'est pas antidéflagrante et émet des parasites par suite de l'étincelage au niveau du collecteur, que les ensembles balais-collecteur sont placés dans la charge et que les machines à collecteur sont difficiles à fabriquer et très coûteuses à cause des matériaux spéciaux utilisés dans le collecteur et les balais.

En outre, les moteurs à grand couple à basse vitesse à courant continu se caractérisent par une haute résistance et une haute inductance de l'induit, ce qui conduit à des pertes de puissance et au surchauffage du moteur et de la charge, ainsi qu'à la nécessité d'utiliser un convertisseur d'énergie d'une grande puissance installée, pour compenser les pertes et assurer la rapidité de fonctionnement voulue.

En outre, les générateurs tachymétriques à basse vitesse à courant continu se caractérisant par une grande inductance du circuit d'induit nécessitent une haute résistance d'entrée du dispositif de commande du moteur, faute de quoi la constante de temps du générateur tachymétrique s'avère asse importante et la régulation de vitesse requise n'est pas assurée. Il ne faut pas oublier non plus les pulsations dans le signal de sortie du générateur tachymétrique dues au collecteur, ce qui affecte également la régularité de rotation de la charge.

On connait une commande électrique dotée d'un moteur à courant alternatif et d'un alternateur (Cf, par exemple, le certificat d'auteur de L'URUS nO 671007, de 1979), dans laquelle le moteur et l'alternateur sont réalisés sous forme de machines synchrones. Cette commande électrique comprend un sélecteur de vitesse, un générateur de signaux de commande, un convertisseur d'énergie, un sélecteur de code, un dispositif additionneur, un capteur à code et un redresseur sensible à la phase dont les entrées d'information sont branchées sur les enroulements rotoriques de l'alternateur synchrone, dont les entrées de commande sont branchées sur les sorties du dispositif additionneur et dont la sortie est branchée sur l'entrée de réaction du générateur de signaux de commande. La sortie du générateur de signaux de commande est reliée, par l'intermédiaire du convertisseur d'énergie, aux enroulements rotoriques du moteur synchrone dont l'arbre est mécaniquement relié au capteur à code et à l'alternateur synchrone
La sortie du capteur à code est branchée sur les sorties de commande en fréquence du convertisseur d'énergie et sur certaines des entrées du dispositif additionneur dont les autres entrées sont reliées aux entrées du capteur à code.

Le signal de sélection de vitesse provenant du sélecteur de vitesse est comparé au signal délivré par la sortie du redresseur sensible à la phase dans le générateur de signaux de commande dont le signal de sortie forme, à l'aide du convertisseur d'énergie, la valeur de la tension aux enroulements rotoriques du moteur synchrone. La fréquence de cette tension est formée à l'aide d'un circuit de réaction positive de vitesse de l'arbre du moteur synchrone, ce circuit comprenant le capteur à code. Le redresseur sensible à la phase transforme le signal délivré par la sortie de l'alternateur synchrone en un signal de courant continu proportionnel à la vitesse de rotation de l'arbre du moteur synchrone.Les entrées de commande du redresseur sensible à la phase reçoivent, à partir du dispositif additionneur, des signaux de référence dont la phase requise est obtenue grâce à la transformat ion des signaux du capteur à code et du sélecteur de codes dans le dispositif additionneur.

Dans cette commande électrique, le signal fourni par la sortie du redresseur sensible à la phase remplit la fonction du signal du générateur tachymétrique et est utilisé dans le circuit de contre-réaction de vitesse de l'arbre du moteur synchrone.

La commande électrique décrite ci-dessus permet de réaliser un système de régulation de vitesse sans ensembles collecteur-balais dans le moteur et le générateur tachymétrique, donc un système fiable et peu couteux.

L'un des inconvénients de cette commande électrique est qu'elle est compliquée du fait que l'arbre de son moteur synchrone (l'arbre de la charge) comporte deux capteurs de vitesse : capteur à code et alternateur synchrone.

Or, dans un grand nombre d'installations -indus trie île nécessitant une régulation de vitesse, le montage de deux capteurs de vitesse sur l'arbre de la charge est indésirable et parfois inacceptable.

En outre, l'utilisation de cette commande électrique pour l'entrainement des charges à vitesses très basses est impossible pour les raisons suivantes.

La nature discontinue des signaux du capteur à code ne permet pas d'obtenir un système de signaux de référence à fournir au redresseur sensible à la phase à grand nombre de phases, pour obtenir à la sortie de celui-ci un signal à bas niveau de pulsations, ce qui détermine, à son tour, un niveau assez élevé de pulsations de vitesses de la charge (une faible régularité de rotation).

Les machines synchrones ne permettent pas d'obtenir un grand coefficient de réduction de fréquence (rapport de la fréquence circulaire de rotation du champ de la machine à la fréquence circulaire de rotation de l'arbre) à cause des restrictions d'ordre constructif relatives à la réalisation d'une machine synchrone à grand nombre de paires de pâles. On peut réa- liser une machine synchrone avec un nombre de paires de pôles de deux ou trois dizaines environ à condition que l'encombrement d'une telle machine soit assez important, telle, par exemple, celles requises pour les broyeurs à ciment. La résistance des enroulements de phase augmente alors notablement et on a besoin d'un convertisseur d'une grande puissance installée.

Un coefficient de réduction de fréquence aussi faible des machines synchrones, égal au nombre de paires de pôles, ne permet pas de réaliser des systèmes de régulation de la vitesse de la charge dans le domaine des très basses vitesses avec une grande régularité de rotation, car une influence substantielle est exercée par les erreurs des appareils électroniques de commande du moteur et, en particulier, la fréquence d'action de ces erreurs sur la charge sera basse et il est impossible d'utiliser les propriétés de filtrage de la charge elle-même-(son moment d'inertie).

Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients cités ci-dessus et de diminuer les pertes de puissance dans la commande électrique.

Dans le cadre de l'invention, on s'est proposé de créer une commande électrique à basse vitesse de rotatif de la charge, qui permettrait d'obtenir une basse vitesse et une haute précision et une régularité de rotation de la charge grâce à l'emploi de machines électriques spéciales a réduction électromagnétique, à l'emploi d'un dispositif de transmission de signaux de référence et de ses différents modes de réalisation, ainsi que grace à l'emploi d'un générateur de vitesse réalisé à partir d'un redresseur polyphasé sensible à la phase.

Le but visé est atteint par le fait que, dans la commande électrique comprenant un moteur électrique synchrone mécaniquement relié à un alternateur synchrone, un convertisseur d'énergie dont la sortie est connectée au moteur électrique synchrone, un générateur de vitesse doté d'un redresseur sensible à la phase dont l'entrée d'information est reliée à la sortie de l'alternateur synchrone et dont la sortie est reliée à l'une des entrées du générateur de signaux de commande, un sélecteur de vitesse relié à l'autre entrée du gené- rateur de signaux de commande dont la sortie est connectée à l'entrée de commande de tension ou d'intensité du convertisseur d'énergie, selon l'invention, le sélecteur de vitesse est doté d'un dispositif de transmission de signaux de référence dont la sortie est reliée à l'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie et à l'entrée de commande du redresseur sensible à la phase du générateur de vitesse, le moteur électrique et l'alternateur synchrones étant réalisés comme machines à réduction.

Il est avantageux de doter le dispositif de transmission de signaux de référence d'un générateur de signaux de référence polyphasés, de doter le générateur de vitesse d'un convertisseur de nombre de phases et de réaliser le redresseur sensible à la phase de manière qu'il soit polyphasé et que son entrée d'information soit reliée à la sortie de l'alternateur synchrone par l'intermédiaire du convertisseur de nombre de phases et que son entrée de commande soit reliée au générateur de signaux de référence polyphasés.

Un tel mode de réalisation du circuit de la commande électrique permet d'améliorer la précision et la continuité de la régulation de la vitesse de la charge du fait que cette régulation peut s'effectuer aussi bien suivant le canal de commande de fréquence que suivant le canal de commande de tension (d'intensité) du moteur électrique synchrone, ainsi que grâce à l'emploi d'un moteur électrique et d'un alternateur à grand coefficient de réduction de fréquence.

Ce mode de réalisation permet, en outre, de simplifier la commande électrique du fait qu'on utilise un seul capteur de vitesse sous forme d'un alternateur synchrone associé à un redresseur sensible à la phase.

Ce mode de réalisation permet également de diminuer les pertes de puissance dans la commande électrique et la puissance installée du convertisseur d'énergie, car il permet de réaliser le moteur électrique synchrone avec un faible nombre de paires de pôles (à faible résistance des enroulements d'induit) et avec un grand coefficient de réduction de fréquence.

En outre, un tel mode de réalisation permet d'élever le niveau de la composante utile et d'abaisser le niveau de la composante de pulsation du signal de vitesse de la charge, ainsi que de diminuer le retard-dans le circuit de formation de ce signal du fait que l'alternateur synchrone à réducteur est réalisé de manière à avoir un grand coefficient de réduction de fréquence et que le générateur de vitesse effectue la transformation- des signaux de cet alternateur en signaux à grand nombre de phases et le redressement en phase de ces signaux à bas niveau de pulsations et sans filtrage temporel.

Il est avantageux de doter le dispositif de transmission de signaux de référence de la commande électrique d'un bloc d'intégrateurs dont l'entrée est connectée à la sortie de l'alternateur synchrone et dont la sortie est reliée à l'entrée du générateur de signaux de référence polyphasés.

Un tel mode de réalisation de la commande électrique augmente la continuité de la régulation de la vitesse de la charge, car il permet de lier de manière plus stricte la phase des signaux de référence à la position angulaire de l'arbre de la commande électrique.

Ce mode de réalisation permet, en outre, de rendre la commande électrique plus simple, puisque le dispositif de transmission de signaux de référence peut etre réalisé à partir d'amplificateurs opérationnels ordinaires.

I1 est avantageux de prévoir dans la commande électrique un capteur d'angle de rotation dont le rotor est mécaniquement relié au rotor duimoteur électrique synchrone et dont la sortie est électriquement reliée au dispositif de transmission de signaux de référence, et de doter ce capteur d'angle de rotation d'un réducteur.

I1 est alors préférable de munir le dispositif de transmission de signaux de référence d'un bloc de redresseurs sensibles à la phase dont l'entrée est reliée au capteur d'angle de rotation et dont la sortie est reliée à l'entrée du bloc d'intégrateurs réalisés sous forme d'éléments apériodiques.

Un tel mode de réalisation de la commande électrique permet d'améliorer la précision et la continuité de la régulation pour une vitesse nulle de la charge du fait qu'il permet d'obtenir la phase voulue des signaux de référence grâce à la mesure de la position angulaire de l'arbre de la commande électrique et grace au fait que les résultats de cette mesure sont représentés sous forme d'une tension polyphasée dont la fréquence et la phase sont liées à la fréquence et à la phase-de l'alternateur synchrone.

Il est avantageux de prévoir dans la commande électrique un régulateur angle de rotation et un capteur numérique d'angle de rotation du rotor du moteur électrique synchrone, dont la sortie est reliée aux entrées du dispositif de transmission de signaux de référence et du régulateur d'angle de rotation, la sortie de ce dernier étant raccordée au générateur de signaux de commande.

Il est aussi préférable de doter le dispositif de transmission de signaux de référence d'un convertisseur numérique-analogique dont l'entrée est reliée au capteur numérique d'angle de rotation du rotor du moteur électrique synchrone et dont la sortie est reliée à l'entrée du bloc d'intégrateurs rélisés sous forme d'éléments apériodiques.

Un tel mode de réalisation permet non seulement d'assurer une régulation continue de vitesse, mais aussi une régulation précise de la position angulaire de l'arbre de la charge, car il permet de contrôler la position angulaire de l'arbre de la commande électrique et de la régler en fonction du signal à l'entrée du régulateur d'angle de rotation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit de certains exemples de réalisation, avec référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente le schéma de la commande électrique dotée d'un dispositif de-transmission de signaux de référence, selon l'invention
- la figure 2 représente le schéma de la commande électrique dotée d'un générateur de signaux de référence polyphasés, selon l'invention
- la figure 3 représente le schéma de la commande électrique dans lequel le dispositif de transmission de signaux de référence est doté d'un bloc d'intégrateurs, selon l'invention ;
- la figure 4 représente le schéma de la commande élertrique dotée d'un capteur d'angle de rotation, selon l'invention ;; - la figure 5 représente le schéma de la commande électrique dans lequel le dispositif de transmission de signaux de référence est doté d'un bloc de redresseurs sensibles à la phase, selon l'invention ,
- la figure 6 représente le schéma de la commande électrique dotée d'un capteur numérique d'angle de rotation du rotor du moteur électrique synchrone, selon l'invention ; et
- la figure 7 représente le schéma de la commande électrique dans lequel le dispositif de transmission de signaux de référence est doté d'un convertisseur numérique-analogique, selon l'invention.

La commande électrique, selon l'invention, comprend un moteur électrique synchrone à réduction 1 (f i- gure 1) dont l'arbre est mécaniquement relié à l'arbre d'un alternateur synchrone à réduction 2. Les enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone à réduction l sont connectés aux bornes de sortie d'un convertisseur d'énergie 3 alimenté à partir d'une source d'énergie extérieure non représentée sur la figure 1. La sortie de l'alternateur synchrone 2 est reliée à l'entrée d'un générateur de vitesse 4 qui comprend un redresseur sensible à la phase 5 dont la sortie constitue la sortie du générateur de vitesse 4, et qui est branché sur l'entrée de réaction d'un générateur 6 de signaux de commande.

Le sélecteur de vitesse 7 comprenant un dispositif de transmiss on 8 de signaux de référence est relié par sa première sortie à l'entrée d'information du générateur 6 de signaux de commande. La sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence forme une autre sortie du sélecteur de vitesse 7 et est connectée à l'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie 3 dont l'entrée de commande de tension (d'intensité) est branchée sur la sortie du générateur 6 de signaux de commande. La sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de commande est, en outre, reliée à l'entrée de commande du redresseur sensible à la phase 5. L'arbre du moteur électrique synchrone à réduction 1 est relié directement et mécaniquement, de la manière la plus rigide possible, à une charge (non représentée sur la figure 1).

Le fonctionnement de la commande électrique réalisée suivant le schéma représenté sur la figure 1 est le suivant.

Le sélecteur de vitesse 7 élabore deux signaux de sélection de vitesse : l'un d'eux est sous forme d'une tension continue et l'autre est sous forme d'une tension triphasée ou quadriphasée, la tension continue étant strictement proportionnelle à la fréquence de ladite tension polyphasée qui est formée à la sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence et appliquée à l'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie 3 et à l'entrée du générateur de vitesse 4, et plus précisément aux entrées de commande du redresseur 5 sensible à la phase. En conséquence, la tension-triphasée ou quadriphasée, qui est élaborée par l'alternateur synchrone 2 et dont la valeur est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur électrique synchrone 1, est appliquée aux entrées d'information du redresseur 5 sensible à la phase qui forme en sortie une tension continue proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur électrique synchrone 1, et c'est cette tension qui est utilisée en tant que signal de vitesse inverse dans le générateur de signaux de commande 6.D'après les résultats de la comparaison des signaux du sélecteur de vitesse 7 et du générateur de vitesse 4, le générateur 6 de signaux de commande élabore un signal de sélection de tension (d'intensité) aux bornes des enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone 1, ce signal de sélection étant appliqué au convertisseur d'énergie 3 qui, à son tour, assure l'alimentation des enroulements d'in duii- du moteur électrique synchrone 1 avec la tension (intensité) requise dont la fréquence est déterminée par la fréquence du deuxième signal de sélection de vitesse du sélecteur de vitesse 7.

La commande électrique assure une régulation pré- cise et continue de la vitesse de la charge, c'est-à- dire une régulation précise aussi bien de la valeur moyenne que de la valeur instantanée de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur électrique synchrone 1.

La régulation de la valeur moyenne de la vitesse de rotation est obtenue grâce au fait que le dispositif de transmission 8 de signaux de référence comprend un oscillateur variable à fréquence de précision, ainsi que grâce au fait que la vitesse moyenne de rotation du moteur électrique synchrone à réducteur 1 est strictement déterminée par la fréquence de la tension d'alimentation de ses enroulements rotoriques.

Selon leur principe de fonctionnement, les moteurs électriques synchrones à réduction changent la position angulaire du rotor, ce qui provoque des fluctuations de la valeur instantanée de leur vitesse de rotation, autrement dit une perturbation de la régularité de rotation. Pour améliorer la régularité de rotation, on a prévu dans la commande électrique une commande de la valeur de tension (d'intensité) aux bornes des enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone à réducteur 1.

Dès que la valeur instantanée de la vitesse de rotation commence à différer de la valeur moyenne pré- vue, le générateur de vitesse 4 et le générateur 6 de signaux de commande détectent cet écart d'une manière rapide et précise et font varier de manière appropriée, à l'aide du convertisseur d'énergie 3, la tension (l'intensité) aux bornes des enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone 1. Cela conduit, à son tour, à créer rapidement un couple sur l'arbre du moteur électrique synchrone 1 qui compense le moment perturbateur de la charge, de sorte que l'écart de la valeur instantanée de position de l'arbre de la charge soit insignifiant.

Dans la commande électrique représentée sur la figure 1, on utilise un moteur électrique 1 et un alternateur 2 synchrones qui doivent leur nom "à réduction" au fait que leur fonctionnement se base sur le principe de la réduction électromagnétique selon lequel la fréquence de rotation du champ dans la machine est égale au nombre de dents du rotor et est supérieure d'autant de fois à la fréquence de rotation de l'arbre.

Donc, le coefficient de réduction de fréquence dans les machines à réduction se trouve égal au nombre de dents du rotor. Or, le nombre de dents du rotor peut entre grand et égal, par exemple, à plusieurs dizaines, voire meme nettement supérieur à une centaine. Un coefficient de réduction de fréquence aussi grand est impossible à obtenir dans aucune des machines électriques connues, ce qui permet aux machines à réduction de former un groupe de machines à part utilisables dans les commandes électriques à basse vitesse.

Il est important que, étant donné un coefficient de réduction de fréquence aussi grand, le nombre de paires de pâles peut être petit, par exemple trois, quatre, etc. Le fait de réaliser le moteur électrique synchrone à réduction 1 avec un grand coefficient de réduction et un faible nombre de paires de pôles permet d'assurer une grande régularité de rotation de la charge pour une résistance relativement faible des enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone 1, ce qui permet, à son tour, de diminuer les pertes de puissance dans le moteur électrique synchrone 1 et la puissance installée du convertisseur d'énergie 3.

Le fait de réaliser l'alternateur synchrone à réduction 2 avec un grand coefficient de réduction peut d'élever le niveau de la composante utile du signal de vitesse de la charge, par exemple de le porter à 5-10 mV par tour par jour. On arrive alors à réduire à une valeur relativement faible l'inductance des circuits rotoriques de l'alternateur synchrone 2, ce qui permet de ramener à une faible valeur le retard dans le circuit de formation du signal de vitesse de la charge.

Pour améliorer la continuité de régulation, la commande électrique, selon l'invention, est dotée d'un générateur 9 de signaux de référence polyphasés (figure 2) monté à la sortie du transmetteur 8 de signaux de référence. Le générateur de vitesse 4 est alors doté d'un convertisseur du nombre de phases 10 et le redresseur sensible à la phase 5 est réalisé sous forme de redresseur polyphasé, par exemple pour un nombre de phases de l'ordre de plusieurs dizaines. Le générateur 9 de signaux de référence polyphasés est réalisé avec le me me nombre de phases et la tension délivrée par la sortie de l'alternateur synchrone 2 est transformée en une tension au meme nombre de phases à l'aide du convertisseur 10 du nombre de phases.

La sortie du générateur 9 de signaux de référence polyphasés forme la sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence et est branchée sur l'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie 3 et sur les entrées de commande du redresseur polyphasé sensible à la phase 5.

La commande électrique représentée à la figure 2 fonctionne de la meme manière que celle représentée à la figure 1. La seule différence consiste en ce que le signal à la sortie du redresseur polyphasé sensible à la phase 5, qui sert 'due signal de vitesse de la charge, se caractérise par un niveau plus bas de la composante de pulsations grâce au circuit de redressement polyphasé. Cela permet d'améliorer la continuité de régulation de la vitesse de rotation de la charge.

Dans les commandes électriques réalisées suivant les sch-'mas représentés aux figures 1 et 2, on utilise largement des éléments et dispositifs fabriqués par l'industrie électronique : transistors de puissance, commutateurs de courant (de tension) à semi-conducteur, amplificateurs opérationnels et dispositifs de transmission de courants et de tensions.

Pour les commandes électriques de haute précision, il est avantageux de réaliser le convertisseur d'énergie 3 sous forme d'une source de courant réglable composée d'amplificateurs de courant de phase séparés. Chaque amplificateur de courant est normalement réalisé à l'aide de circuits de commutation à transistors de puissance sous-forme d'un amplificateur d'impulsions de grande durée englobé par un couplage de réaction serré en courant de sortie. L'entrée de l'amplificateur de courant reçoit en ce cas un signal de commande dont la valeur est déterminée par le signal délivré par la sortie du générateur 6 de signaux de commande et dont la fréquence est déterminée par la fréquence des signaux délivrés par la sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Pour diminuer les pulsations dans le signal de vitesse, la commande électrique, selon l'invention, est dotée d'un bloc 11 d'intégrateurs faisant partie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence (figure 3). Dans ce cas, l'entrée du générateur 9 de signaux de référence polyphasés est reliée à la sortie du bloc d'intégrateurs 11 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'alternateur synchrone à réduction 2.

Le fonctionnement de la commande électrique représentée sur la figure 3 est le suivant.

Avant de mettre la commande électrique en marche, on règle les données de départ dans le bloc d'intégrateurs 11. Dans le cas où l'alternateur synchrone 2 (ou le moteur électrique synchrone 1) est à excitation électromagnétique, les données de départ pour les intégrateurs peuvent etre obtenues après le branchement de la source d'alimentation du circuit d1excitation. Les signaux délivrés par le bloc d'intégrateurs 11 sont transformés par le générateur 9 de signaux de référence polyphasés et appliqués à l'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie 3 et aux entrées de commande du redresseur polyphasé sensible à la phase 5.En même temps, le sélecteur de vitesse 7 délivre un signal analogique de sélection de vitesse à l'entrée d'information du générateur G de signaux de commande qui délivre un signal de commande de la valeur de la tension (de l'intensité) du moteur électrique synchrone 1.

Dès le moment de mise en rotation de l'arbre de la commande électrique, les tensions fournies par la sortie de l'alternateur synchrone 2 sont intégrées dans le bloc d'intégrateurs 11 et elles déterminent ainsi les phases des signaux de sortie à la sortie de ce bloc 11 et donc aux sorties du générateur 9 de signaux de référence polyphasés.

Ainsi donc, quelle que soit la vitesse de rotation de la charge et les fluctuations de cette vitesse, la phase des signaux appliqués aux entrées de commande du redresseur polyphasé sensible à la phase 5 depuis le générateur 9 de signaux de référence polyphasés est strictemen. liée à la phase des signaux délivrés par l'alternateur synchrone 2 à travers le convertisseur 10 du nombre de phases.

Dans la commande électrique réalisée suivant ce schéma, on assure un redressement très précis des signaux de l'alternateur synchrone 2 et donc la formation d'un signal de vitesse de rotation de la charge dont la valeur de pulsations est la plus faible possible.

Cela permet d'améliorer la continuité de régulation de la vitesse de rotation de la charge et de diminuer le retard de formation du signal de vitesse du fait qu'on peut pratiquement supprimer les filtres temporels à la sortie du générateur de vitesse 4.

Pour rendre la commande électrique plus simple, on l'équipe d'un capteur à réduction 12 d'angle de rotation -dont le rotor est mécaniquement relié au rotor du moteur électrique synchrone 1 (figure 4). La sortie du capteur à réduction 12 d'angle de rotation est électriquement reliée à l'entrée du dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Le fonctionnement de la commande électrique représentée sur la figure 4 est le suivant.

Le signal analogique de sélection de vitesse fourni par le sélecteur de vitesse 7 est appliqué à l'entrée d'information du générateur 6 de signaux de commande où il est comparé au signal de vitesse de rotation de la "charge délivré par le générateur de vitesse 4 dont les entrées de commande reçoivent les signaux provenant du dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Les signaux portant l'information de la position angulaire dey'arbre du moteur électrique synchrone 1 arrivent depuis la sortie du capteur 12 d'angle de rotation, à l'entrée du dispositif de transmission 8 de signaux de référence qui, en fonction desdits signaux, élabore, pour le générateur de vitesse 4, des signaux de référence dont la fréquence et la phase se trouvent strictement liées à la fréquence et à la phase de rotation de l'arbre du moteur électrique 1 et de l'alternateur 2.

Grâce à cela, on assure un redressement précis, et à bas niveau de pulsations, des signaux de l'alternateur synchrone 2 dans le générateur de vitesse 4.

Les signaux délivrés par la sortie du générateur 6 de signaux de commande forment, à l'aide du convertisseur d'énergie 3, le courant requis dans les enroulements du moteur électrique synchrone 1, la fréquence et la phase de ce courant étant déterminées par la fréquence et la phase des signaux arrivant de la sortie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Un tel mode de réalisation permet de rendre la commande électrique plus simple, car la phase voulue des signaux de référence destinés au générateur de vitesse 4 est obtenue grace à la mesure de la position angulaire effective de l'arbre de l'alternateur synchrone 2. Il n'est pas alors besoin d'utiliser dans le dispositif de transmission 8 de signaux de référence un oscillateur de précision elaborant une fréquence qui devrait etre strictement liée au signal analogique de sélection de vitesse de rotation de la charge élaboré par le sélecteur de vitesse 7.

Lorsqu'il faut entrainer la charge en rotation avec la régularité maximale possible et aux grandes vitesses limites, la commande électrique est dotée d'un bloc 13 de redresseurs sensibles à la phase fai-sant partie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence (figure 5), alors que les integrateurs du bloc d'intégrateurs il sont réalisés sous forme d'éléments apériodiques à grande constante de temps.

Dans ce cas, le rotor du capteur à réduction 12 d'angle de rotation est réalisé sous forme d'un rotor sans enroulement, alors que sur son stator sont montés des enroulements à courant alternatif. L'alimentation du capteur 12 d'angle de rotation se fait à partir d'une source à fréquence porteuse non représentée sur la figure 5. A la sortie du capteur 12 d'angle de rotation est élaborée une tension alternative à fréquence porteuse, modulée par la tension polyphasée déterminée par la fréquence et la phase de rotation de l'angle de rotation du moteur électrique synchrone 1.

L'entrée d'information du bloc 13 de redresseurs sensibles à la phase est branchée sur la sortie du capteur à réduction 12 d'angle de rotation et sa sortie est branchée sur l'entrée du bloc d'intégrateurs 11.

L'entrée de commande du bloc 13 de redresseurs sensibles à la phase est reliée à la même source à fréquence porteuse qui assure l'alimentation du capteur 12 d'angle de rotation.

A la sortie du bloc 13 de redresseurs sensibles à la phase, il se forme, par exemple, une tension triphasée dont la fréquence et la phase sont strictement liées à la fréquence et à la phase de rotation de l'arbre du moteur électrique synchrone 1 et de l'alternateur synchrone 2.

La commande électrique représentée à la figure 5 fonctionne essentiellement de la même façon que la commande électrique représentée à la figure 4. La seule différence consiste en ce que l'entrée du bloc d'intégrateurs 11 reçoit, complémentairement, des signaux provenant de la sortie de l'alternateur synchrone 2.

Ainsi, les signaux de sortie du bloc d'intégrateurs 11 sont formés en fonction des résultats de lad- dition des signaux provenant des sorties du bloc 13 de redresseurs sensibles à la phase (du capteur 12 d'angle de rotation) et de l'alternateur synchrone 2.

Le coefficient statique et le coefficient dynamique de transmission du bloc d'intégrateurs il sont choisis de manière qu'il se forme à sa sortie un signal de valeur constante (un signal triphasé, par exemple) de fréquence et de phase de l'angle de rotation de l'alternateur synchrone 2, quelle que soit la fré- quence de rotation de son arbre. Ce signal est appliqué à l'entrée 9 de signaux de référence polyphasés dont les signaux arrivent aux entrées de commande du redresseur polyphasé sensible à la phase 5.

Grace au fait que les signaux de l'alternateur synchrone 2 participent à la formation de la phase des signaux à la sortie du bloc d'intégrateurs 11, on arrive à mettre en phase d'une manière plus précise les signaux aux entrées du redresseur polyphasé sensible à la phase 5 et à reduire à un faible niveau les pulsations de son signal de sortie, ce qui est parti culièrem:nt important pour les régimes de fonctionnement aux vitesses maximales possibles pour la charge entrainée en rotation.

Grace au fait que les signaux du capteur 12 d'angle de rotation participent à la formation des signaux de sortie du bloc d'intégrateurs 11, les signaux de référence nécessaires pour le générateur de vitesse 4 existent à la vitesse de la charge, égale à zéro. De ce fait, on n'a pas besoin de régler les données de départ dans le bloc d'intégrateurs li avant la mise en marche de la commande électrique et l'on n'a donc pas besoin des dispositifs de réglage initial des éléments apériodiques, ce qui rend la commande électrique plus simple.

Pour pouvoir régler la position angulaire de la charge, on a prévu dans la commande électrique un régulateur 14 d'angle de rotation et un capteur numérique 15 d'angle de rotation du rotor du moteur électrique synchrone 1 (figure 6), la sortie de ce capteur étant reliée aux entrées du dispositif de transmission 8 de signaux de référence et du régulateur 14 d'angle de rotation dont la sortie est branchée sur entrée du générateur 6 de signaux de commande.

La commande électrique représentée sur la figure 6 fonctionne comme suit.

Le signal de sélection de position angulaire de la charge arrive à l'entrée d'information du régulateur 14 d'angle de rotation. Ce signal est normalement formé par une calculatrice numérique extérieure de commande (non représentée sur la figure) et peut etre appliqué à l'entrée du régulateur 14 d'angle de rotation aussi bien sous forme d'un signal analogique que sous forme d'un signal de code.

La calculatrice numérique de commande n'est pas représentée à la figure 6 car elle ne fait pas partie de la commande électrique.

Outre ledit signal, le sélecteur de vitesse 7 reçoit normalement en même temps un signal de sélection de vitesse provenant de la calculatrice numérique de commande.

Le capteur numérique 15 d'angle de rotation du rotor du moteur électrique synchrone 1 mesure, sous forme numérique et avec une grande précision, la position angulaire de la charge et l'information ainsi obtenue est appliquée à l'entrée de réaction du regulateur 14 d'angle de rotation et, en outre, à l'entrée du dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Le régulateur 14 d'angle de rotation compare l'information reçue du capteur 15 d'angle de rotation à l'information fournie par la calculatrice numérique de commande et forme un premier signal de sélection pour le générateur 6 de signaux de commande.

Le second signal de sélection pour le générateur 6 de signaux de commande est constitué par le signal analogique qui est délivré par le sélecteur de vitesse 7 et comparé au signal de réaction en vitesse fourni par le générateur de vitesse 4.

Le générateur 6 de signaux de commande élabore des signaux de commande du convertisseur d'énergie 3 qui, en fonction des signaux arrivant du dispositif de transmission 8 de signaux de référence, forme des courants de la valeur et de la fréquence requises dans les enroulements rotoriques du moteur électrique synchrone 1. La charge commence alors à tourner et sa position angulaire varie en fonction des signaux de sélection de vitesse et de position angulaire de la charge fournis par la calculatrice numérique de commande.

Dans la commande électrique représentée sur la figure 6, les signaux de référence requis pour la redressement en phase des signaux de l'alternateur synchrone 2 et pour la commande de la fréquence de rotation du moteur électrique synchrone 1 sont formés dans le dispositif de transmission 8 de signaux de référence à partir de l'information fournie par le capteur numérique 13 d'angle de rotation. Un tel mode de réalisation permet de régler la position angulaire de la charge d'une manière assez simple et très précise, puisque l'information reçue du capteur 15 d'angle de rotation tres précis est utilisée en même temps dans le circuit de régulation de position angulaire de la charge, dans le circuit de commande de la fréquence de rotation du moteur électrique synchrone 1 et dans le capteur de formation du signal de vitesse de la charge.

I1 est avantageux de doter la commande électrique d'un convertisseur numérique-analogique 16 qui fait partie du dispositif de transmission 8 de signaux de référence et dont les intégrateurs du bloc d'intégrateurs 11 sont réalisés sous forme d'éléments apériodiques à grande constante de temps (figure 7). Dans ce cas, l'entrée du convertisseur numérique-analogique 16 est branchée sur la sortie du capteur numérique 15 d'angle de rotation et sa sortie est branchée sur l'entrée du bloc d'intégrateurs 11 sur laquelle est également branchée la sortie de l'alternateur synchrone à réduction 2.

La commande électrique représentée à la figure 7 fonctionne essentiellement de la même manière que la commande électrique..représentée à la figure 6. La seule différence consiste dans la formation des signaux de référence dans le dispositif de transmission 8 de signaux de référence.

Les signaux fournis par le capteur numérique 15 d'angle de rotation arrivent, sous forme de code1 à l'entrée du convertisseur numérique-analogique 16 qui est un convertisseur non linéaire et qui forme à ses sorties un système triphasé de signaux, par exemple, dont la fréquence et la phase sont strictement liées à la vitesse et à la position angulaire de la charge.

Ce système de signaux polyphasé arrive au bloc d'intégrateurs 11 et, grâce au coefficient statique de transmission, forme à sa sortie un système de signaux correspondant qui, à son tour, est appliqué à l'entrée du formateur 9 de signaux de référence polyphasés.

Pour la correction de signaux à la sortie du bloc d'intégrateurs 11, son entrée reçoit des signaux supplémentaires provenant -de la sortie de 1 l'alterna- teur synchrone 2. La correction des signaux à la sortie du bloc d'intégrateurs 11 est nécessaire surtout aux valeurs limites de la vitesse de la charge.

Un tel mode de réalisation de la commande électrique permet de réduire le niveau de pulsations dans le signal de vitesse de rotation de la charge à la sortie du générateur 4 de vitesse et d'augmenter la précision et la continuité de régulation de la vitesse et de la position angulaire de la charge.

Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art à la commande électrique qui vient d'etre décrite uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Commande électrique comprenant un moteur électrique synchrone (1) mécaniquement relié à un alternateur synchrone (2), un convertisseur d'énergie (3) dont la sortie est connectée au moteur électrique synchrone (1), un générateur de vitesse (4) doté d'un redresseur sensible à la phase (5) dont l'entrée d'information est reliée à la sortie de l'alternateur synchrone (2) et dont la sortie est reliée à l'une des entrées d'un générateur (6) de signaux de commande, un sélecteur de vitesse (7) connecté à l'autre entrée du générateur (6) de signaux de commande dont la sortie est connectée à l'entrée de commande de tension ou d'intensité du convertisseur d'énergie (3), caractérisée par le fait que le sélecteur de vitesse (7) comprend un dispositif de transmission (8) de signaux de référence dont la sortie est reliée à L'entrée de commande de fréquence du convertisseur d'énergie (3) et à l'entrée de commande du redresseur sensible à la phase (5) du générateur de vitesse (4), le moteur électrique synchrone (1) et l'alternateur synchrone (2) étant réalisés sous forme de machines à réduction.

2. Commande électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif de transmission (8) de signaux de référence est doté d'un générateur (9) de signaux de référence polyphasés, que le générateur de vitesse (4) est doté d'un convertisseur (10) du nombre de phases et que Ie redresseur sensible à la phase (5) est réalisé sous forme d'un redresseur polyphasé dont l'entrée d'information est reliée à la sortie de l'alternateur synchrone (2) par l'intermédiaire du convertisseur (10) du nombre de phases et dont l'entrée de commande est reliée au générateur (9) de signaux de référence polyphasés.

3. Commande électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le dispositif de transmission (8) de signaux de référence est doté d'un bloc d'intégrateurs (11) dont l'entrée est connectée à la sortie de l'alternateur synchrone (2) et dont la sortie est reliée à l'entrée du générateur (9) de signaux de référence polyphasés.

4. Commande électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est dotée d'un capteur (12) d'angle de rotation dont le rotor est mécaniquement relié au rotor du moteur électrique synchrone (1) et dont la sortie est électriquement reliée au dispositif de transmission (8) de signaux de référence, le capteur (12) d'angle de rotation étant réalisé sous forme d'un capteur à réduction.

5. Commande électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le dispositif de transmission (8) de signaux de référence est doté d'un bloc (13) de redresseurs sensibles à la phase dont l'entrée est reliée au capteur (12) d'angle de rotation et dont la sortie est reliée aux entrées du bloc (11) d'intégrateurs réalisés sous forme d'éléments apériodiques.

6. Commande électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est dotée d'un régulateur (14) d'angle de rotation et d'un capteur numérique (15) d'angle de rotation au rotor du moteur électrique synchrone (1), dont la sortie est reliée aux entrées du dispositif de transmission (8) de signaux de référence et du régulateur (14) d'angle de rotation, la sortie de ce dernier étant reliée au générateur (6) de signaux de commande.

7. Commande électrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 6, caractérisée par le fait que le dispositif de transmission (8) de signaux de référence est doté d'un convertisseur numériqueanalogique (16) dont l'entrée est reliée au capteur numérique (15) d'angle de rotation du rotor du'moteur électrique synchrone (1) et dont la sortie est reliée à l'entrée du bloc (11) d'intégrateurs réalisés sous orme d'éléments apériodiques.