FR2617348A1 - Dispositif d'entrainement a vitesse constante compense electriquement pour developper une force motrice a vitesse constante a partir d'une force motrice a vitesse variable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'entraînement à vitesse constante, compensé électriquement, destiné à développer une force motrice à vitesse constante à partir d'une force motrice à vitesse variable produite par une machine motrice principale 14. Il comprend un additionneur différentiel 18 de vitesses ayant deux entrées 20, 22 et une sortie 24 qui développe la force motrice à vitesse constante, la première entrée étant reliée à la machine motrice principale 14, deux machines à aimants permanents PMM1, PMM2, l'arbre d'une desdites machines étant relié aux arbres d'une entrée ou de la sortie de l'additionneur 18 et l'arbre de la seconde machine étant relié à l'arbre de la seconde entrée de l'additionneur, et un convertisseur de puissance 44 interconnectant les enroulements desdites machines pour y commander le flux d'énergie. Domaine d'application : commande de machines électriques.

Description

L'invention concerne d'une manière générale les convertisseurs d'énergie,

et plus particulièrement

un convertisseur continu/continu.

Les convertisseurs continu/continu actuelle-

ment connus sont de divers types, y compris les types dévolteur, survolteur ou dévolteur/survolteur. Les types dévolteur et survolteur développent des tensions

de sortie abaissées et élevées par rapport à une ten-

sion d'entrée, respectivement. Le convertisseur dévol-

teur/survolteur peut fonctionner soit comme convertis-

seur dévolteur, soit comme convertisseur survolteur sui-

vant le rapport cyclique d'un ou plusieurs commutateurs

de ce convertisseur.

La plupart des convertisseurs continu/conti-

nu utilisent des commutateurs de puissance qui comman-

dent le flux d'énergie traversant l'enroulement.primai-

re d'un transformateur. Une tension induite établie dans l'enroulement secondaire du transformateur est redressée et filtrée pour produire le courant continu de sortie. Ces types de convertisseurs sont nécessairement de grande dimension et lourds du fait de l'utilisation

du transformateur.

Un autre type de convertisseur est décrit

dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 245 286.

Ce brevet décrit un régulateur dévolteur/survolteur comportant un premier commutateur qui est monté entre

une entrée du régulateur et une inductance et un enrou-

lement de transformateur. Un condensateur et une charge

sont connectés par l'intermédiaire de diodes à l'induc-

tance et à l'enroulement du transformateur. Un modula-

teur d'impulsions en largeur détecte la tension aux bornes de la charge et commande le premier commutateur ainsi que des deuxième et troisième commutateurs qui sont connectés aux extrémités de l'enroulement du transformateur afin de régler la tension délivrée

à la charge.

Cependant, le régulateur du brevet N 4 285 286 précité est relativement complexe, car il exige un grand nombre de composants ainsi qu'un

enroulement de transformateur.

Il peut parfois être nécessaire ou souhaita-

ble de transmettre de la puissance de façon bidirec-

tionnelle par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu. Par exemple, la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 893 943, déposée le 6 août 1986 sous le titre "Power Converter for an ElectricallyCompensated Constant Speed Drive" au nom de Dishner et collaborateurs, décrit un dispositif

d'entraînement à vitesse constante, compensé électri-

quement, qui développe une puissance motrice à vitesse constante à partir d'une puissance motrice à vitesse

variable fournie par une machine motrice. Le disposi-

tif d'entraînement ou de transmission comprend des première et seconde machines à aimants permanents comportant des bobinages électriques de puissance qui sont interconnectés par des premier et second convertisseurs alternatif/continu et un convertisseur continu/continu. Dans ce dispositif d'entraînement à vitesse constante, l'une des machines est utilisée comme génératrice, tandis que l'autre est utilisée comme moteur afin que la vitesse d'un arbre de sortie du dispositif d'entraînement soit maintenue constante, même en cas de variation de la vitesse de la machine motrice principale. Le convertisseur continu/continu utilisé dans ce dispositif d'entraînement à vitesse constante est de nature complexe, car il doit être

capable d'un fonctionnement bidirectionnel. c'est-

à-dire qu'il doit pouvoir transférer de l'énergie d'une machine à l'autre et vice versa, et il doit être capable d'élever ou d'abaisser la tension dans

les deux sens de circulation d'énergie. Le convertis-

seur comporte des commutateurs de commande ou de pilotage qui connectent une entrée du convertisseur à l'un des convertisseurs alternatif/continu et une sortie du convertisseur à l'autre des convertisseurs alternatif/continu, un inverseur destiné à convertir

l'énergie continue développée par l'un des convertis-

seurs alternatif/continu en une énergie alternative intermédiaire, un transformateur destiné à décaler la tension de l'énergie alternative intermédiaire et un redresseur destiné à redresser la tension de sortie du transformateur afin de développer une tension continue de sortie. Des commutateurs de dérivation sont également prévus dans le cas o l'on souhaite

shunter le convertisseur continu/continu.

Bien que le convertisseur continu/continu décrit dans la demande précitée donne satisfaction pour le but prévu, il serait souhaitable de réduire le nombre de composants qu'il utilise afin de réduire, par suite, la dimension et le poids du dispositif

global d'entraînement à vitesse constante.

Un convertisseur continu/continu notablement simplifié, capable d'élever ou d'abaisser une tension pour un flux d'énergie dans l'un ou l'autre de deux

sens, est décrit dans la demande de brevet des Etats-

Unis d'Amérique de Dishner, N 946 444, déposée le 23 novembre 1986 sous le titre "Bi-directional Buck/

Boost DC/DC Converter" et cédée à la Demanderesse.

Conformément à l'invention, un convertisseur

continu/continu assure un flux de puissance bidirec-

tionnel tout en étant de conception simple.

Plus particulièrement, le convertisseur continu/continu comprend un premier corutateur couplé à une première entrée/sortie du convertisseur, un premier élément d'emmagasinage d'énergie d'entrée/sortie couplé à la première entrée/sortie du convertisseur, un deuxième élément d'emmagasinage d'énergie d'entrée/

sortie couplé à une deuxième entrée/sortie du conver-

tisseur, un élément intermédiaire d'emmagasinage d'énergie couplé entre la seconde entrée/sortie et le premier commutateur et un second commutateur couplé à l'élément intermédiaire d'emmagasinage d'énergie et au premier commutateur. Des moyens sont prévus pour faire fonctionner le premier commutateur entre des états en conduction et hors conduction, tout en maintenant le second commutateur dans l'état hors conduction afin que le convertisseur travaille en convertisseur dévolteur simple, temps pendant lequel de l'énergie est transférée à la première entrée/sortie vers la seconde entrée/sortie. Lorsque l'on souhaite transférer de l'énergie de la seconde entrée/sortie vers la première entrée/sortie, le second commutateur est manoeuvré entre les états en conduction et hors conduction tandis que le premier commutateur est maintenu dans l'état hors conduction afin que le convertisseur travaille en convertisseur survolteur simple. L'invention s'applique en particulier à un dispositif d'entraînement à vitesse constante, compensée électriquement, du type décrit dans la demande précitée, bien que le convertisseur puisse être utile à d'autres applications. Lorsqu'il est utilisé dans ce dispositif d'entraînement à vitesse constante, la gamme de vitesses de la machine motrice

principale est limitée de manière que seule une éléva-

tion de tension soit nécessaire pour le flux d'énergie dans un sens et que seule une baisse de tension soit

nécessaire pour le flux d'énergie dans le sens opposé.

= Le convertisseur de la présente invention n'utilise que quelques' composants électriques et produit une tension sensiblement continue de sortie

avec une ondulation de courant minimale.

L'invention sera décrite plus en détail

en regard des dessins annexés à titre d'exemple nulle-

ment limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié du

dispositif d'entraînement à vitesse constante, compen-

sée électriquement, décrit dans la demande N 946 444 précitée, ainsi que d'un convertisseur continu/continu selon l'invention; - la figure 2 est un graphique illustrant la force contre-électromotrice développéepar chacune ' des machines à aimants permanents PMM1 et PMM2 montrées sur la figure 1, sur une gamme de vitesses de la machine motrice principale; - la figure 3 est un schéma du convertisseur continu/continu selon l'invention; et - les figures 4 et 5 sont des diagrammes, schématiques et en blocs, combinés de circuits destinés à commander les commutateurs Q1 et Q2 montrés sur

la figure 3.

En référence à présent à la figure 1, celle-

ci représente un dispositif 10 d'entraînement de

transmission à vitesse constante, compensé électrique-

ment, tel que décrit dans la demande N 946 444 préci-

tée. Le dispositif 10 d'entraînement à vitesse constan-

te développe une force motrice à vitesse constante pour entraîner une charge 12 telle qu'une génératrice,

à partir d'une force motrice à vitesse variable déve-

loppée par une machine motrice principale 14. Le dispositif d'entraînement comprend un différentiel mécanique 16 qui comporte un additionneur de vitesse 18 ayant une première entrée 20, une seconde entree'

22 et'une sortie 24. La première entrée 20 de l'addi-

tionneur de vitesse est couplée à la sortie de la machine principale 14 par l'intermédiaire d'un bloc

26 qui représente une élévation de vitesse de 2:1.

Cette élévation de vitesse est une caractéristique fonctionnelle propre du différentiel 16. La sortie 24 de l'additionneur 18 de vitesse est couplée à

la charge 12.

Une première machine PMM1 à aimant permanent comprend un arbre moteur 30 de puissance qui est couplé par une boite de transmission 32 à l'arbre de sortie de la machine motrice 14. En variante, comme indiqué par les traits tiretés de la figure 1, l'arbre moteur de la machine PMM1 peut

être couplé par l'intermédiaire de la boite d'engrena-

ges 32 à l'arbre 24 de sortie de l'additionneur 18

de vitesse.

Une seconde machine PMM2 à aimants permanents comprend un arbre moteur 34 de puissance qui est couplé par une boite d'engrenages 36 à la seconde

entrée 22 de l'additionneur de vitesse 18.

Lies machines PMM1 et PMM2 à aimants perma-

nents comprennent des enroulements de puissance élec-

triques qui sont interconnectés par des conducteurs 40, 42 et un convertisseur d'énergie 44 qui gère

le flux de puissance entre les machines PMM1 et PMM2.

Le convertisseur d'énergie ou de puissance 44 est

commandé par un circuit 46 qui reçoit un signal repré-

sentant la vitesse souhaitée de l'arbre de sortie 24 de l'additionneur de vitesse 18 et des signaux représentant la vitesse réelle de la sortie 24 et/ou la vitesse de sortie de la machine motrice principale 14. Le dispositif d'entraînement à vitesse constante est conçu pour travailler au-dessus et au-dessous d'un état de vitesse de la machine motrice principale, connu comme l'état "direct" qui apparaît lorsque la vitesse de sortie de la machine motrice principale est égale à la moitié de la vitesse de sortie souhaitée du différentiel 16. Dans l'état direct, la vitesse de l'entrée 20 de l'additionneur 18 de vitesses est égale à la vitesse de la sortie 24, et la vitesse de la seconde entrée 22 est donc nulle. Lorsque la vitesse de la machine motrice principale est inférieure à la vitesse de l'état direct, la machine PMM2 à aimants permanents doit être utilisée comme un moteur pour développer une

vitesse de compensation dans un sens et d'une amplitu-

de augmentant la vitesse à la première entrée de l'additionneur 18 de vitesse afin que la vitesse souhaitée à la sortie 24 soit maintenue. Dans ces conditions, la machine PPM1 est utilisée en tant que génératrice pour produire de l'énergie sous forme de courant alternatif sur les conducteurs 40, lequel

courant est délivré à un premier convertisseur bidirec-

tionnel alternatif/continu 50 situé dans le convertis-

seur de puissance 44. Le convertisseur alternatif/con-

tinu 50 convertit le courant alternatif en un courant continu et délivre ce dernier à un convertisseur

continu/continu 52. Le convertisseur continu/conti-

nu est lui-même couplé à un second convertisseur bidirectionnel alternatif/continu 54. Lorsque la

vitesse de la machine motrice principale est inférieu-

re à la vitesse de l'état direct, le convertisseur alternatif/continu 54 fonctionne en tant qu'inverseur de moteur pour exciter les enroulements de la machine PMM2. Comme indiqué plus en détail ci-après,

à moins que la vitesse de la machine motrice principa-

le solt limitée à une gamme particulière, le conver-

tisseur alternatif/continu 50 peut développer une tension qui est supérieure, égale ou inférieure à la tension demandée par le convertisseur alternatif/ continu 54 pour faire fonctionner la machine PMM2 à la vitesse de compensation demandée. Par conséquent, le convertisseur continu/continu 52 doit être capable d'élever ou d'abaisser la tension développée à la sortie du convertisseur alternatif/continu 50 avant qu'elle soit appliquée au convertisseur alternatif/

continu 54.

Lorsque la vitesse de la machine motrice principale est supérieure à la vitesse de l'état direct, la machine PMM2 est utilisée en tant que génératrice tandis que la machine PMM1 fonctionne en moteur. Dans ce cas, le flux d'énergie traversant le convertisseur 44 est inversé en comparaison avec la situation dans laquelle la vitesse de la machine motrice principale est inférieure à celle de l'état direct. A moins que la vitesse de la machine motrice

principale soit limitée dans cette gamme, le' conver-

tisseur continu/continu 52 doit être capable d'élever

et d'abaisser la tension développée par le convertis-

seur alternatif/continu 54 avant qu'elle soit appli-

quée au convertisseur alternatif/continu 50.

Par ailleurs, si la vitesse de sortie de la machine motrice principale est limitée à une gamme particulière, le convertisseur continu/continu 52

doit seulement être capable d'élever la tension lors-

que l'énergie circule dans un sens et d'abaisser la tension lorsqu'elle circule en sens opposé; Comme on peut le voir sur la figure 2 qui illustre la force contre-électromotrice de la machine

en fonction de la vitesse de la machine motrice prin-

cipale, la force contre-électromotrice de la machine:

PMM2 commence à une valeur élevée à la limite inférieu-

re de la gamme de vitesses. de la machine motrice principale, chute à zéro à la valeur de la vitesse de l'état direct et s'élève avec la vitesse de la machine motrice principale au-dessus de la vitesse de l'état direct. Ceci peut sembler évident du fait que la machine PMM2 à aimants permanents ne développe aucune vitesse de compensation dans l'état direct

et qu'elle développe une vitesse maximale de compensa-

tion aux limites de la gamme de vitesses.

Le graphique de la figure 2 montre également que la machine PMM1 à aimants permanents présente une courbe de force contre-électromotrice croissant linéairement de l'extrémité inférieure de la gamme

de vitesses jusqu'à l'extrémité supérieure.

Comme illustré par les flèches sur la figure 2, il est nécessaire de transférer de l'énergie de la machine PMM1 à la machine PMM2 pour des vitesses de la machine motrice principale comprises entre la limite inférieure S de la gamme de vitesses de cette machine et une vitesse S1 de la machine principale,

qui est légèrement supérieure à la vitesse directe.

Dans une gamme de vitesses comprise entre S0 et une vi-

tesse S2 à laquelle la courbe de la force contre-

électromotrice de la machine PMM1 coupe la courbe de la force contreélectromotrice sur la machine PMM2, la machine PMM1 développe une tension inférieure

à celle demandée par le convertisseur alternatif/conti-

nu 54 pour faire fonctionner la machine PMM2 à la vitesse demandée. En conséquence, entre la vitesse S0 et la vitesse S2 (appelée "vitesse de croisement"), le convertisseur continu/continu 52 doit se comporter en tant que convertisseur survolteur pour fournir

la tension appropriée au convertisseur alternatif/con-

tinu 54.

Entre la vitesse S et la vitesse S1' la ma-

chine PMM1 développe une tension de sortie supérieure

à celle demandée par le convertisseur alternatif/conti-

nu 54 et, par conséquent, le convertisseur continu/ continu 52 doit fonctionner en convertisseur dévolteur

dans cet intervalle.

Entre la vitesse S1 et la limite supérieure

choisie S3 de la vitesse de la machine motrice princi-

pale, l'énergie circule de la machine PMM2 vers la machine PMM1. Dans cette gamme de vitesses, la tension développée par la machine PMM2 est inférieure à la

tension demandée par le convertisseur alternatif/conti-

nu 50 pour faire fonctionner la machine PMM1 en moteur à la vitesse nécessaire et, par conséquent, le convertisseur continu/continu 52 doit fonctionner

en convertisseur survolteur.

Il convient de noter que si la vitesse S3 est choisie de façon à être supérieure à celle illustrée sur la figure 2, le convertisseur continu/

continu 52 devrait fonctionner en convertisseur dé-

volteur pour l'énergie circulant de la machine PMM2 à la machine PMM1 du fait du croisement des courbes

des forces contre-électromotrices de ces machines.

Cependant, la gamme de vitesses de la machine motrice principale est normalement limitée de façon que la vitesse S3 soit inférieure à la vitesse à laquelle les courbes de force contre-électromotrice se croisent mutuellement. On peut voir que si la gamme de vitesses est limitée de façon à etre comprise entre les vitesses S2 et S3, le convertisseur continu/continu 52 peut

alors être remplacé par un convertisseur continu/con-

tinu 70 comme montré sur la figure 3, qui a seulement besoin d'une tension abaissée lorsque la vitesse de la machine motrice principale est inférieure à 1 1 la vitesse S1 et d'une tension relevée lorsque la vite. sse de la machine principale est supérieure à la vitesse S1. Dans le cas o la gamme de vitesses comprend une vitesse S2 et/ou S3, le convertisseur 70 doit être capable de fonctionner avec un gain égal à l'unité dans l'un des sens du flux d'énergie ou dans les deux sens. Les expressions "convertisseur

survolteur" et "convertisseur dévolteur" telles qu'uti-

lisées ici incluent un fonctionnement avec un gain

égal à l'unité.

La limitation de la gamme de vitesses peut être réalisée par réglage des rapports de vitesses

de Ra,Rb des boîtes de transmission 32, 36, respecti-

vement, et/ou par addition d'une autre boîte de trans-

mission entre la sortie de la machine motrice principa-

le et l'entrée du différentiel 16 si cela est nécessai-

re. Les vitesses des arbres 30, 34 des machines PMM1 et PMM2 sont ainsi limitées de façon que la tension

développée par la machine PMM1 soit égale ou supérieu-

re à la tension demandée par le convertisseur alterna-

tif/continu 54 lorsque de l'énergie doit être trans-

férée de la machine PMM1 à la machine PMM2, et de manière que la tension développée par la machine

PMM2 soit inférieure à celle demandée par le convertis-

seur alternatif/continu 50 lorsque de l'énergie circu-

le de la machine PMM2 à la machine PMM1.

Comme on le voit sur la figure 3, le con-

vertisseur 70 se comporte comme un simple convertis-

seur dévolteur lorsque de l'énergie doit être transfé-

rée du convertisseur alternatif/continu 50 vers le convertisseur alternatif/continu 54 et il se comporte comme un simple convertisseur survolteur lorsque

de l'énergie doit être transférée en sens opposé.

Le convertisseur comprend une première entrée/sortie 72 couplée à un premier conducteur 74 et à un second conducteur 76. Le second conducteur 76 est couplé à une source de tension de référence, tel que le potentiel de la masse. Le convertisseur comprend

également une seconde entrée/sortie 78 qui est connec-

tée au deuxième conducteur 76 et un troisième conduc-

teur 80.

Un premier élément d'emmagasinage d'énergie d'entrée/sortie, comprenant un condensateur C1, est

couplé à la première entrée/sortie 72 entre les pre-

mier et deuxième conducteurs 74, 76. Un deuxième élément d'emmagasinage d'énergie d'entrée/sortie, comprenant un condensateur C2, est couplé à la seconde entrée/sortie 78 entre les deuxième et troisième

conducteurs 76, 80.

-Un premier commutateur ou interrupteur, illustré sous la forme d'un transistor de puissance Q1, est couplé à. la première entrée/sortie 72 par le premier conducteur 74. Un élément d'emmagasinage d'énergie intermédiaire, comprenant une inductance L1, est couplé entre le premier commutateur Q1 et le troisième conducteur 80. Un second commutateur, comprenant un transistor de puissance Q2, est couplé par une première extrémité à la jonction 84 entre le premier commutateur Q1 et l'inductance L1 et par

une seconde extrémité au deuxième conducteur 76.

Les premier et second commutateurs Q1, Q2 conduisent le courant dans un seul sens et, dans la forme préférée de réalisation, ils sont de types de conductivités complémentaires. Comme indiqué plus en détail ci-après, pendant le fonctionnement du convertisseur 70, seul l'un des commutateurs Q1 et Q2 est actionné à tout instant particulier, tandis

que l'autre commutateur est maintenu hors conduction.

Une première diode D1 est couplée en anti-

parallèle avec le commutateur Q1. De la même manière, une seconde diode D2 est couplée en anti-parallèle avec le transistor Q2. Autrement dit, les diodes D1 et D2 conduisent des courants dans des sens opposés à ceux des courants conduits par les commutateurs Q1 et Q2, respectivement, lorsqu'ils sont en conduc- tion. Dans le fonctionnement du convertisseur montré sur la figure 3, lorsqu'un flux d'énergie doit se produire de la première entrée/sortie 72 vers la seconde entrée/sortie 78, le commutateur

Q2 est ouvert ou maintenu hors conduction et le commu-

tateur Q1 est commandé de façon alternée entre ses

états en conduction (fermé) et hors conduction (ouvert). Lors-

que le conmutateur Q1 est mis en conduction, une tension Vc1 aux bornes du condensateur C1 est appliquée entre la jonction 84 et le potentiel de masse. Cette *tension

provoque une élévation du courant traversant l'induc-

tance L1, d'une manière sensiblement linéaire. Lorsque le transistor Q1 est ensuite mis hors conduction

ou ouvert, le courant qui était fourni par le commuta-

teur Q1 à travers l'inductance L1 est à présent fourni par l'intermédiaire de la diode D2. La conduction de la diode D2 fait chuter sensiblement au potentiel de masse la tension à la jonction 84. Par suite de

ce changement de tension, le courant traversant l'in-

ductance L1 chute sensiblement linéairement jusqu'à ce que le commutateur Q1 soit de nouveau fermé. Durant ce fonctionnement du convertisseur, le condensateur C2 filtre la tension de sortie de manière qu'un niveau de courant sensiblement continu soit produit à la

seconde entrée/sortie 78.

L'équation décrivant la relation de la tension de sortie VC2 à la seconde entrée/sortie

78 aux bornes du condensateur C2, à la tension d'en-

trée VC1 à la première entrée/sortie 72, aux bornes du condensateur C1, est la suivante: VC2 - DC1 x VCi

dans laquelle DC1 est le rapport cyclique du commuta-

teur Q1.

Comme illustré par l'équation précédente, le convertisseur 70 se comporte en simple convertisseur dévolteur, car le rapport cyclique DC1 du commutateur

Q1 est toujours inférieur ou égal à un.

Lorsque l'on souhaite transférer de l'éner-

gie de la seconde entrée/sortie 78 vers la première entrée/sortie 72, on maintient le commutateur Q1 dans l'état ouvert et on fait alterner le commutateur

Q2 entre les états ouvert et fermé. Lorsque le commuta-

teur Q2 est fermé, le potentiel de masse est sensible-

ment appliqué à la jonction 84 et, par conséquent,

la tension VC2 aux bornes du condensateur C2 est appli-

quée aux bornes de l'inductance L1. Le courant traver-

sant l'inductance L1 s'écoule ensuite du troisième conducteur 80 vers la jonction 84 et son amplitude augmente de façon sensiblement linéaire. Lorsque le transistor Q2 est ensuite bloqué, le courant de l'inductance passe dans la diode D1 vers le premier conducteur 74. Pendant que le courant s'écoule à travers la diode D1, la tension à la jonction 84 est supérieure à la tension VC1 d'une valeur égale

à la chute de tension dans la diode. Une caractéristi-

que de ce convertisseur est que la tension VC1 est tou-

jours supérieure à la tension VC2 et, par conséquent, la polarité de la tension aux bornes de l'inductance L1 s'inverse en comparaison avec le cas dans lequel le commutateur Q2 est fermé. L'amplitude du courant

traversant l'inductance L1 chute donc de façon sensi-

blement linéaire jusqu'à ce que le commutateur ou

interrupteur Q2 soit ensuite de nouveau mis en conduc-

tion. Durant le fonctionnement du convertisseur, le condensateur C1 filtre la tension de sortie afin

que l'on obtienne une tension sensiblement continue.

La tension de sortie Vc1 à l'entrée/sortie 72 est liée à la tension d'entréeVc2 à l'entrée/sortie 78, dans ce mode de fonctionnement du convertisseur, de la manière suivante: VC1 = VC2 x 1/(1 - DC2

dans laquelle DC est le rapport cyclique du commuta-

teur Q2. En pratique, DC2 est toujours inférieur à 1 et, par conséquent, le convertisseur fonctionne en simple convertisseur survolteur lorsque le flux d'énergie est dirigé de la seconde entrée/sortie 78 vers la première entree/sortie 72. Lorsque DC2 = 0, le convertisseur 70 fonctionne dans le mode à gain unitaire. En référence à présent à la figure 4, le commutateur ou interrupteur Q1 est commandé par un modulateur d'impulsions en largeur qui est constitué

en partie d'un circuit intégré 90, Motorola MC35060.

Des composants de circuit extérieurs sont connectés à des branches identifiées par des numéros situés immédiatement à l'extérieur de la représentation du circuit intégré 90. La tension VC2 aux bornes du condensateur C2 est couplée à une broche 1 du circuit intégré 90. Un signal de référence VREF1, représentant la tension souhaitée aux bornes du condensateur C2, est appliqué à une broche 2 par l'intermédiaire d'une résistance R1. Les signaux VC2 et VREF1 sont soustraits par un amplificateur d'erreur 92 du circuit intégré afin de développer un signal d'erreur représentant

l'écart entre la tension de sortie et le signal VREF1.

Le signal de référence VREF1 est généré par un générateur 93 de fonction qui réagit à un signal de vitesse développé par un capteur 94 de vitesse

représentant la vitesse de la machine motrice princi-

pale. Le générateur de fonction abaisse l'amplitude du signal VREF1 lorsque la vitesse de la machine motrice principale augmente jusqu'à ce qu'une vitesse S4 soit atteinte. Au-delà de la vitesse S4, le signal VREF1 est maintenu constant jusqu'à ce que la vitesse S1 soit atteinte. Au-dessus de la vitesse S1, le niveau du signal VREF1 est insignifiant et peut être maintenu

à zéro.

Le signal de référence VREF1 commande la ten-

sion d'entrée du convertisseur 52 afin que la machine PMM2 soit utilisée en tant que moteur à la vitesse demandée lorsque la vitesse de la machine motrice

principale est inférieure à la vitesse S1 Un circuit 94 de gain et de compensation est monté entre les broches 2 et

3 et une résistance R3 est montée entre la broche 1 et le potentiel de masse afin que le convertisseur 70 travaille de la

manière désirée.

Le circuit intégré 90 développe sur une broche 9 un signal à impulsions modulées en largeur (PWM) ayant un rapport cyclique déterminé en fonction

de l'amplitude du signal d'erreur développé par l'am-

plificateur 92. Le signal PWM est appliqué par l'inter-

médiaire d'une résistance à la base du transistor Q1. Si cela est nécessaire ou souhaitable, le signal

de sortie apparaissant à la broche 9 peut être ampli-

fié avant d'être appliqué à la base du transistor Q1. Une fonction de démarrage en douceur peut être réalisée par la connexion de résistances R5 et R6 et d'un condensateur C3 aux broches Numéros

4, 13 et 12 du circuit intégré 90.

La commande illustrée sur la figure 4 com-

prend un circuit destiné à empêcher l'intervention

de l'un des transistors Q1 et Q2 ou de ces deux tran-

sistors. Au-dessous de la vitesse S1 indiquée sur la figure 2, le transistor Q2 est maintenu bloqué tandis qu'aux vitesses supérieures à S1, le transistor Q1 est

maintenu bloqué. Ceci est réalisé au moyen d'un compa-

* rateur 96 de niveaux qui compare le signal de vitesse développé par le capteur 94 de vitesse à un signal de référence SREF représentant la vitesse S1. Le signal de sortie du comparateur 96 de niveau est appliqué à une première entrée directe d'une porte OU 97 et

à une entrée à inversion d'une porte OU 98. Les secon-

des entrées directes des portes OU 97, 98 reçoivent

un signal d'ordre -d'inhibition qui peut être déve-

loppé, par exemple, par un comparateur (non représenté) qui produit un signal d'état haut lorsque la vitesse de la machine motrice principale est inférieure à la vitesse S ou supérieure à la vitesse S3. De plus, le signal d'ordre d'inhibition peut être dans l'état haut lorsqu'un défaut apparaît dans le circuit pour commander les commutateurs Q1, Q2 ou dans une autre partie du convertisseur ou du dispositif d'entraînement

à vitesse constante.

Les portes OU 97, 98 développent des signaux d'inhibition Q1 et Q2, respectivement. Le signal d'inhibition Q1 est transmis à une broche 14 du circuit intégré 90. Le niveau du signal à la broche 14 est comparé à un signal de référence à une broche 13 par un comparateur interne 99 du circuit intégré 90. Lorsque le signal d'inhibition de Q1 est généré, le passage du courant dans la broche 9 est arrêté

afin de bloquer le transistor Q1.

-Le signal d'inhibition Q2 développé par la porte 0U 98 est appliqué à un circuit de commande pour le transistor Q2 illustré sur la figure 5. La

commande utilise un circuit intégré 100 qui est identi-

que au circuit intégré 90 décrit en regard de la figure 4. La tension VC1 est appliquée par l'intermé- diaire d'une résistance R7 à la broche 1 du circuit

intégré 100. Un signal VREF2 est appliqué par l'inter-

médiaire d'une résistance R8 à la broche 2. Le signal

Vc1 est soustrait du signal VREF2 par un amplifica-

teur d'erreur interne 102 pour développer un signal d'erreur. Le signal VREF2 est développé par un second RE F2 générateur de fonction 104 qui réagit au signal de vitesse produit par le capteur de vitesse 94. Le générateur de fonction 104 élève l'amplitude du signal

VREF2 lorsque la vitesse de la machine motrice princi-

pale s'élève jusqu'à la vitesse S3. Au-dessous de la vitesse S1 et audessus de la vitesse S3, le niveau du signal VREF2 est insignifiant et il peut être maintenu RF

à zéro.

Le signal de référence VREF2 commande la ten-

sion d'entrée du convertisseur 50 afin que la machine PMM1 soit mise en oeuvre en tant que moteur à la vitesse déterminée par la machine motrice principale et la boîte de transmission 32, à des vitesses de

la machine motrice principale supérieures à S1.

Un circuit 114 de gain et de compensation est monté entre les broches 2 et 3 et une résistance R9 est montée entre la broche 1 et la masse afin que

le convertisseur 70 travaille de la façon souhaitée..

Le circuit intégré 100 développe un signal à impulsions modulées en largeur (PWM) à une broche

8 en réponse au signal d'erreur produit par l'amplifi-

cateur d'erreur 102. Le signal PWM est transmis par une résistance R10 à la base du transistor Q2. Comme précédemment, le signal développé à la broche 8 peut être amplifié avant d'être appliqué au transistor Q2. Une résistance R11 est montée entre la broche 8 et le potentiel de masse afin que le signal

PWM soit maintenu à un niveau approprié. A la différen-

ce du circuit illustré sur la figure 4, la broche 9 du circuit intégré 100 est couplée à une tension VCC'.

Comme précédemment, une fonction de démarra-

ge en douceur peut être réalisée par des résistances R12, R13 et un condensateur C4 qui sont montés entre

les broches 4, 13 et 12.

Le signal d'inhibition de Q2 développé par la porte OU 98 est transmis à la broche 14 tandis qu'un signal de référence est transmis à la broche 13. Lorsque le signal d'inhibition de Q2 est dans l'état haut, le signal de sortie apparaissant à la broche 8 est voisin du niveau zéro ou au niveau zéro,

ce qui maintient bloqué le transistor Q2.

Dans chacun des circuits de commande illus-

trés sur les figures 4.et 5, le signal de référence

appliqué à la broche 13 est développé par un régula-

teur interne 110 de référence faisant partie du circuit intégré 90 ou 100. Il convient de noter que les signaux de référence appliqués aux broches 13 des circuits

intégrés 90 et 100 peuvent, par ailleurs, être dévelop-

pés par des circuits différents si cela est souhaité.

Il convient également de noter que le compa-

rateur 96 de niveau est conçu de façon A présenter

une hystérésis pour empêcher le tremblement des comman-

des lorsque la vitesse de la machine motrice principale est au voisinage de la vitesse S1. De plus, les signaux VREF1 et VREF2 peuvent, en variante, être rendus constants sur la gamme des vitesses de la machine motrice principale, auquel cas les convertisseurs , 54 doivent commander la tension appliquée aux machines PMM1 et PMM2. D'autres variables du système, telles que la puissance de sortie, pourraient également être utilisées pour déterminer les signaux VREF1 et

VREF2 afin d'optimiser les performances du système.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au convertisseur décrit et

représenté sans sortir du cadre de l'invention.

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Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'entraînement à vitesse

constante, compensé électriquement, destiné à dévelop-

per une force motrice à vitesse constante à partir d'une force motrice à vitesse variable produite par une machine motrice principale (14), le dispositif d'entraînement étant caractérisé en ce qu'il comporte un additionneur différentiel (18) de vitesses ayant des première et seconde entrées (20, 22) et une sortie

(24) qui développe la force motrice à vitesse constan-

te, la première entrée étant reliée à la machine motrice principale, des première et seconde machines à aimants permanents (PMM1, PMM2) comportant chacune

un arbre à force motrice et des enroulements de puis-

sance électriques, l'arbre de la première machine à aimants permanents étant relié aux arbres de la première entrée ou de la sortie de l'additionneur différentiel de vitesses et l'arbre de la seconde machine à aimants permanents étant relié à l'arbre de la seconde entrée de l'additionneur différentiel de vitesse, et un convertisseur de puissance (44) interconnectant les enroulements des première et

seconde machines à aimants permanents afin de comman-

der le flux d'énergie entre ces enroulements, le

convertisseur comprenant un convertisseur continu/con-

tinu bidirectionnel (52)qui agit uniquement en tant que convertisseur survolteur lorsque le flux d'énergie circule d'une machine à aimants permanents à l'autre

et qui agit en tant que convertisseur dévolteur lors-

que le flux d'énergie circule de l'autre machine

vers la première machine.

2. Dispositif d'entraînement selon la reven-

dication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de puissance comprend en outre un premier convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (50) monté entre les enroulements de puissance de la première machine

à aimants permanents et le convertisseur continu/con-

tinu, et un second convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (54) monté entre les enroulements de puissance de la seconde machine à aimants permanents

et le convertisseur continu/continu.

3. Dispositif d'entrainement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le convertisseur

continu/continu comprend des premier et second commu-

tateurs (Q1, Q2), le flux d'énergie se produisant dans un premier sens lorsqu'un premier des commutateurs est commandé en alternance entre des états ouvert et fermé tandis que l'autre commutateur est ouvert, et le flux d'énergie ayant lieu dans l'autre sens lorsque l'autre commutateur est commandé en alternance entre les états ouvert et fermé tandis que le premier

commutateur est ouvert.

4. Dispositif d'entraînement selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que le convertisseur continu/continu comprend une première entrée/sortie (72) connectée aux enroulements de puissance de la première machine à aimants permanents, le premier

commutateur étant connecté à la première entrée/sor-

tie, une seconde entree/sortie (78) connectée aux enroulements de puissance de la seconde machine à aimants permanents, et un élément (L1) d'emmagasinage d'énergie monté entre le premier commutateur et la seconde entrée/sortie, le second commutateur étant connecté à la jonction entre le premier commutateur

et l'élément d'emmagasinage d'énergie.

5. Dispositif d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un condensateur (C1, C2) connecté à chacune

des entrées/sorties.

6. Dispositif d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément d'emmagasinage d'énergie comprend une inductance (LT.1

7. Dispositif d'entraînement selon la revendication 3s caractérisé en ce que les premier et second commutateurs conduisent le courant de façon unidirectionnelle, des première et seconde diodes (D1, D2) étant 'connectées aux bornes des premier et second commutateurs, respectivement, auxquelles elles sont associées, chaque diode étant polarisée de façon à conduire le courant dans un sens opposé

à celui de la conduction du commutateur associé.

8. Dispositif d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur de puissance comprend en outre des premier et second

modulateurs (90, 100) d'impulsions en largeur, desti-

nés à commander les premier et second commutateurs,

respectivement.

9. Dispositif d'entrainement selon la reven-

dication 1, caractérisé en ce que le convertisseur conti-

nu/continu comprehd une première entrée/sortie (72) reliée

à des premier et deuxième conducteurs (74, 76), une secon-

rtie (78) reiée a deième cnducteur (78) et de entrée/sortie (78) reliée au deuxième conducteur (78) et

a un troisième conducteur (80), le deuxième conduc-

teur étant relié à une source de tension de référence, un premier élément (C1) d'emmagasinage d'énergie monté entre les premier et deuxième conducteurs,

un premier commutateur (Q1) connecté au premier conduc-

teur, un second commutateur (Q2) monté entre le premier commutateur et le deuxième conducteur, un deuxième élément (M1) d'emmagasinage d'énergie monté entre le premier commutateur et le troisième conducteur, un troisième élément (02) d'emmagasinage d'énergie monté entre les deuxième et troisième conducteurs, des moyens destinés à commander l'un des commutateurs tandis que l'autre commutateur est ouvert, de manière que le premniez commutateur, lorsqu'il est fermé,

conduise le courant du premier conducteur vers le.

troisième conducteur par l'intermédiaire du deuxième élément d'emmagasinage d'énergie, et que le second commutateur, lorsqu'il est fermé, conduise le courant du troisième conducteur vers le deuxième conducteur par l'intermédiaire du deuxième élément d'emmagasinage d'énergie, des première et seconde diodes (D1, D2) étant connectées' aux bornes des premier et second commutateurs, respectivement, en antiparallèle avec eux.

10. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens

de commande comprennent des premier et second modula-

teurs (90, 100) d'impulsions en largeur connectés respectivement aux premier et second commutateurs qu'ils commandent, les modulateurs d'impulsions en largeur étant accouplés entre eux de manière que le second commutateur soit maintenu ouvert lorsque le premier commutateur est commandé par le premier modulateur pour qu'un flux d'énergie se produise de la première entrée/sortie vers la seconde entrée/ sortie, et de manière que le premier commutateur soit maintenu ouvert lorsque le second commutateur est commandé par le second modulateur pour qu'un flux d'énergie se produise de la seconde entree/sortie

vers la première entrée/sortie.

11. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premier

et troisième éléments d'emmagasinage d'énergie compren-

nent des condensateurs (Cl, C2).

12. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième

élément d'emmagasinage comprend une inductance (Li).