[0001] L'invention se rapporte à un dispositif de commande de déplacement en va-et-vient,
à vitesse de régime entre deux positions de consigne d'inversion, d'un équipage mobile
à inertie donnée, sous l'action d'un moteur avec un stator à bobinages polyphasés
et un rotor à cage d'écureuil dont le sens de rotation est inversé par un moyen de
commutation des phases alimentant les bobinages de stator en réponse à des signaux
issus de moyens capteurs sensibles à l'arrivée de l'équipage mobile aux deux positions
de consigne, de sorte que l'inversion de couple moteur provoque l'inversion du déplacement
à vitesse de régime sur une course et dans une durée d'inversion.
[0002] Le problème que vise à résoudre la présente invention s'est posé dans le cadre d'installations
automatiques de recouvrement électrostatique de pièces par un produit pulvérisé tel
par exemple qu'une peinture ou un émail, où les pièces à recouvrir, suspendues à un
transporteur, défilent devant des projecteurs électrostatiques et possèdent des dimensions,
transversalement à la direction de défilement, telles que l'uniformité du dépôt impose
un déplacement en va-et-vient des projecteurs dans la direction transversale au défilement.
Dans ce but les projecteurs sont montés sur un chariot qui peut se déplacer le long
d'un dispositif de guidage
[0003] La solution du problème implique que le chariot se déplace en va-et-vient à vitesse
de régime, correspondant à un balayage de la pièce qui assure un recouvrement uniforme,
entre deux positions de consigne d'inversion, réglables pour correspondre à un balayage
sur la dimension transversale de la pièce. Les inversions de sens de déplacement,
commandées par l'arrivée du chariot aux positions de consigne, doivent se faire sur
une course et dans une durée faibles devant la course et la durée de déplacement à
vitesse de régime, sans toutefois correspondre à des accélérations trop élevées génératrices
de chocs ou d'efforts nuisibles à la bonne tenue du matériel. Il est clair que,.pour
permettre des cadences 4e production élevées, les inversions seront fréquentes, couramment
de plusieurs milliers par heure.
[0004] Par ailleurs, en raison de l'inflammabilité de la plupart des produits de recouvrement,
il est nécessaire que le matériel ne produise pas d'étincelles ou d'arcs susceptibles
d'enflammer les produits pulvérisés. Enfin il va de soi que les coûts de fabrication
et d'utilisation du matériel doivent être raisonnablement faibles.
[0005] Il est à remarquer que, d'une façon générale, la puissance nécessaire au déplacement
à vitesse de régime d'un équipage mobile tel qu'un chariot porteur de projecteurs
électrostatiques est facilement d'un ordre de grandeur plus faible que la puissance
nécessaire pendant la durée d'inversion, de sorte que ce sont les conditions d'inversion
qui vont principalement déterminer les dimensions des éléments du dispositif de commande
de déplacement.
[0006] Des dispositifs à transmission hydraulique pourraient répondre à la plupart des exigences
précitées, mais, notamment en raison des puissances nécessaires pendant les périodes
d'inversion, et des complexités inhérentes aux transmissions hydrauliques, ces dispositifs
sont trop onéreux pour être utilisables courammento
[0007] La demande de brevet français N° 75 19297, déposée le 17 juin 1975 proposait une
approche différente du problème posé. Le chariot étant entraîné le long d'une glissière
par un moteur asynchrone par l'intermédiaire d'une transmission à chaîne, des ressorts
de récupération étant disposes aux positions de consigne d'inversion. L'alimentation
du moteur d'entraînement était coupée lorsque le chariot arrivait à une position de
consigne d'inversion où il prenait contact avec le ressort de récupération correspondant
; l'énergie cinétique des éléments mobiles, chariot et rotor du moteur était emmagasinée
dans le ressort de récupération lors du freinage des éléments mobiles
'; la détente consécutive du ressort lançait les éléments mobiles en sens inverse et
simultanément la commutation des phases d'alimentation du moteur, puis en fin de détente
du ressort, la réalimentation du moteur lancé sensiblement à sa vitesse de régime
permettait une course de retour à vitesse de régime, sans qu'il y ait de puissance
absorbée par le moteur pendant la phase d'inversion. Toutefois cette disposition ne
permet pas un réglage aisé et rapide des positions de consigne d'inversion, ce réglage
impliquant une intervention sur le bâti de glissière pour modifier les positions de
consigne, et ne peut être adopté que pour des installations destinées au recouvrement
de grandes séries de pièces simples de dimensions analogues.
[0008] L'utilisation d'inverseurs mécaniques entre moteur et chariot suppose l'utilisation
d'embrayages progressifs pour éviter les chocs et blocages, et ces embrayages, dont
la progressivité est difficile à régler absorbent, à chaque inversion, deux fois l'énergie
cinétique de l'équipage mobile à vitesse de régime. On ne peut obtenir en général
de disposition fiable qu'à un prix excessif.
[0009] Pratiquement, pour résoudre le problème que vise spécifiquement la présente invention,
on envisage la disposition selon laquelle l'équipage mobile, coulissant sur une glissière,
est entraîné par un moteur électrique rotatif par l'intermédiaire d'une transmission
positive, telle que chaîne et pignons, et l'inversion de va-et-vient de l'équipage
aux positions de consigne d'inversion est obtenue par commande électrique de l'.inversion
du sens de rotation du moteur, de façon à profiter de la souplesse et des facilités
de commande à distance, inhérentes aux commandes électriques, qui ne font intervenir
dans l'ensemble que des éléments peu onéreux et disponibles commercialement, tandis
que la réalisation de l'équipage mobile, du bâti porte glissière, et de la transmission
entre moteur et équipage mobile est simplifiée à l'extrême.
[0010] Il est à noter que, en raison de la transmission positive entre moteur et équipage
mobile, l'énergie absorbée lors de l'inversion résulte des inerties couplées de l'équipage
mobile et du rotor du moteur, l'énergie étant essentiellement dégradée dans le moteur,
de sorte que le rendement d'inversion décroît lorsque l'inertie du rotor croît, mais
par contre la capacité de dissipation d'énergie du moteur, sensiblement proportionnelle
à sa puissance nominale, croît avec les dimensions du moteur et donc avec l'inertie
du rotor. On conçoit qu'il existe un rapport optimal entre les inerties de l'équipage
mobile et du rotor, dans une gamme de moteurs où le rapport de l'inertie de rotor
à la puissance nominale reste constant ; ceci est à rapprocher du problème connu de
l'adaptation des impédances de source et de charge en vue d'une transmission optimale
de puissanceo
[0011] De ce point de vue les moteurs à courant continu, dont il est certain par ailleurs
que le contrôle de vitesse et partant des conditions d'inversion est aisé à réaliser,
présentent à puissance donnée des inerties de rotor considérables et notamment très
supérieures à celles des moteurs asynchrones à cage, de sorte que pratiquement l'adaptation
à l'inertie d'un équipage mobile n'est pas possible, et que l'essentiel de l'énergie
dégradée lors d'une inversion est l'énergie cinétique du rotor lui-même. En outre
le rotor et son collecteur ne peuvent supporter des surintensités répétées et élevées
dues aux inversions. Enfin le collecteur est le siège d'étincelles, ce qui nécessite,
dans des atmosphères explosives, l'usage de moteurs fermés ou protégés dont le refroidissement
est médiocre. On notera que les moteurs à courant alternatif à collecteurs, présentent
les mêmes inconvénients que les moteurs à courant continu, pour des performances en
général plus faibles.
[0012] On est conduit à la conclusion que, dans l'état actuel de la technique, seuls les
moteurs asynchrones à rotor en cage d'écureuil et stators polyphasés présentent des
performances de couple et d'inertie de rotor qui se rapprochent des performances nécessaires
à la solution du problème posé. Ces moteurs sont d'un prix raisonnable, en raison
de la simplicité relative de leur construction, et du grand développement qu'ils connaissent.
Ceci sera corroboré par la consultation de catalogues de constructeurs de moteurs
électriques, dans lesquels un homme du métier trouve les renseignements nécessaires
pour le choix de moteurs à démarrages fréquents, ou fonctionnant en inversiono
[0013] Cependant il apparaît qu'en utilisant les moteurs asynchrones polyphasés selon les
données des constructeurs le problème spécifique de la présente invention ne peut
être résolu, notamment parce que ces moteurs sont incapables de supporter des inversions
de sens de rotation à la cadence requise, la cadence maximale donnée par les constructeurs
pouvant être d'un ordre de grandeur plus faible que cette cadence requise.
[0014] Aussi, pour résoudre le problème posé, l'invention propose un dispositif de commande
de déplacement en va-et-vient, à vitesse de régime entre deux positions de consigne
d'inversion, d'un équipage mobile d'inertie donnée, notamment chariot porteur de projecteurs
électrostatiques de produits pulvérisés de recouvrement de pièces, sous l'action d'un
moteur avec un stator à bobinages polyphasés et un rotor à cage d'écureuil dont le
sens de rotation est inversé par un moyen de commutation des phases alimentant le
stator en réponse à des signaux issus de moyens capteurs sensibles à l'arrivée de
l'équipage mobile aux deux positions de consigne, de sorte que l'inversion de couple
moteur résultante provoque l'inversion du déplacement à vitesse de régime sur une
course et dans une durée d'inversion, le moteur étant équipé de moyens réducteurs
d'intensité dans les bobinages de stator, connus en soi et du genre à couplage en
position active en période de démarrage et en position inactive lorsque le moteur
est en régime permanent, caractérisé en ce que, le moteur étant choisi avec une puissance
nominale sensiblement égale à la puissance absorbée par l'équipage mobile en couplage
avec le rotor pendant la durée d'inversion, lesdits moyens réducteurs sont couplés
en position active quelle que soit la position de l'équipage mobileo
[0015] Il est bien connu d'équiper un moteur asynchrone polyphasé de moyens réducteurs d'intensité
dans les bobinages statoriques, qui agissent pendant la période de démarrage en sorte
que la surintensité de démarrage soit réduite à une valeur peu supérieure à l'intensité
en régime nominal du moteur, tandis que le couple de démarrage reste suffisant pour
que la vitesse de rotation du moteur croisse jusqu'à une valeur où la suppression
de l'action des moyens réducteurs d'intensité provoque une surintensité faible tandis
que le moteur acquiert sa vitesse de régime. Mais un homme du métier ne laisserait
jamais les moyens réducteurs d'intensité en activité passé la période de démarrage
du moteur, en raison de ce que le moteur ne peut atteindre son régime nominal lorsque
les moyens réducteurs d'intensité sont actifs, et risque de chauffer à l'excès. Cependant,
l'analyse serrée des conditions de fonctionnement du dispositif de commande de déplacement
qu'a faite la Déposante, et qui a été évoquée précédemment, a mis en lumière le fait
que la puissance demandée au moteur au cours des déplacements à vitesse de régime
de l'équipage mobile était suffisamment basse vis-à-vis de la puissance nominale d'un
moteur choisi dans les modèles proposés par les constructeurs pour répondre aux conditions
de rapport optimal des inerties, pour que le moteur atteigne une vitesse de régime
malgré la position active des réducteurs d'intensité, tandis que l'inversion de rotation
du moteur, qui correspond à peu près à une absorption d'énergie double de celle requise
par un démarrage pouvait être répétée aux cadences nécessaires sans échauffement anormal
du moteur.
[0016] Compte tenu de ce que l'échauffement d'un moteur est lié'au couple utile qu'il fournit,
on peut poser en règle pratique qu'il faut choisir le moteur de sorte que son couple
nominal en régime permanent, tel qu'indiqué par les constructeurs soit égal au couple
nécessaire pour produire l'inversion en une durée choisie tenant compte des accélérations
maximales que peut supporter l'équipage mobile, et de ce que peut supporter le processus
mis en oeuvre par le va-et-vient de temps morts où l'equipage se déplace à vitesse
décroissante puis croissante. On préférera alors que les moyens soient adaptés à limiter
l'intensité dans les bobinages de stator en sorte que le couple de démarrage du moteur
soit égal au couple nécessaire précité. Ainsi le moteur ne subira pas d'échauffement
excessif du fait des inversions fréquentes, sans que le processus auquel est destiné
le dispositif de commande de déplacement soit mal exécuté.
[0017] En disposition préférée pour des dispositifs simples et économiques les moyens réducteurs
sont constitués par un commutateur de couplage des bobines de stator étoile/triangle,
commutateur fixé en position étoileo
[0018] Les démarreurs à couplage étoile/triangle sont bien connus, et constituent une solution
simple pour le démarrage de moteurs asynchrones polyphasés dont les bobinages sont
alimentés à 0,6 fois environ leur tension nominale au cours du démarrage et appellent
ainsi un courant de démarrage réduit. On rappellera à ce sujet que les constructeurs
mettent fréquemment en garde les utilisateurs contre le fonctionnement des moteurs
en sous tension hors la période de démarrage
o
[0019] Les moyens réducteurs peuvent être constitués par des impédances en série dans les
conducteurs d'alimentation des bobinages de stator, ces impédances étant des résistances
ou des inductances ou encore par des semi-conducteurs à deux états, passant ou bloqué,
avec des moyens de commande sensibles au courant dans les conducteurs d'alimentation
en sorte d'agir sur la durée de passage de courant dans une demi-période. Ces moyens
de limitation de courant sont bien connus, mais sont toujours prévus en combinaison
avec des interrupteurs qui les court-circuitent après la phase de démarrage, tandis
que dans l'application selon l'invention, ces moyens peuvent rester en service lorsque
l'équipage mobile se déplace à vitesse de régimeo
[0020] Le dispositif peut comporter un réglage de vitesse de régime constitué par un onduleur
à fréquence pilotée, de sorte que le procédé privilégié de démarrage du moteur sans
surintensité consiste à faire varier la fréquence du pilote d'une fréquence de décollage
à la fréquence de régime, le glissement du moteur, entendu comme la différence entre
la fréquence d'alimentation et la fréquence correspondant à la vitesse de rotation,
restant sensiblement constant pendant la phase de démarrage. Dans ce cas, la disposition
préférée consistera à commander, en réponse aux signaux issus des moyens capteurs,
une séquence comportant une variation de fréquence de la fréquence de régime à la
fréquence de décollage, l'inversion du moyen de commutation des phases, et une variation
de fréquence depuis la fréquence de décollage jusqu'à la fréquence de régimeo
[0021] Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortirent d'ailleurs de la description
qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est un schéma d'une installation de projection électrostatique incorporant
un dispositif de commande selon l'invention ;
la figure 2 est un schéma électrique de commande d'inversion ;
la figure 3 est un schéma de disposition simple de réduction de courant dans un moteur
asynchrone ;
la figure 4 est un schéma d'une variante de disposition de réduction de courant
la figure 5 est un schéma d'impédance statorique à semi-conducteurs ;
la figure 6 est un schéma de disposition de sondes thermiques sur le stator d'un moteur
;
la figure 7 est un schéma d'onduleur pour commande de vitesse d'un moteur asynchrone
avec inversion du sens de rotation ;
la figure 8 est un diagramme de fonctionnement de l'onduleur selon la figure 7.
[0022] Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, une installation de
recouvrement de pièces 1 par projection électrostatique comporte de façon classique
un convoyeur 2 qui fait défiler les pièces 1 perpendiculairement au plan de figure,
pour passer devant un projecteur électrostatique 3 à tête tournante, avec une alimentation
en très haute tension 3a et une alimentation en air comprimé 3b pour faire tourner
la turbine de la tête rotative. Pour pouvoir balayer toute la hauteur de la pièce
1, le projecteur 3 est supporté par un bâti de présentation 4 dans son ensemble. Le
bâti 4 comporte sur sa face avant tournée vers la pièce 1 une glissière verticale
5 sur laquelle peut coulisser un chariot 6 qui porte le projecteur 3. Le chariot 6
est solidaire d'une chaîne sans fin 7 qui passe sur des pignons de renvois 8 et 9.
Le pignon 8 à la partie supérieure est fou. Le chariot 6 est équilibré par un contrepoids
6a solidaire du brin arrière de la chaîne 7. Le pignon 9 est calé sur un même arbre
qu'un pignon 9a qui transmet l'entraînement d'un moteur 10 par l'intermédiaire d'une
chaîne 11, et qu'un pignon 9b qui attaque le rotor d'un potentiomètre 12 par l'intermédiaire
d'une chaîne 13. Le moteur 10 est un moteur asynchrone triphasé qui est alimenté à
travers un disjoncteur 24, un dispositif réducteur d'intensité au démarrage 23, et
un bloc de relais 22 capable de permuter deux phases sur l'alimentation des bobinages
de rotor du moteur 10. On explicitera plus loin la constitution du réducteur d'intensité
23 et du bloc de relais 220
[0023] Par ailleurs le potentiomètre 12 est alimenté à tension constante entre ses extrémités
de piste 12a et 12b, de sorte que la tension, par rapport à l'extrémité 12b par exemple,
qui apparaît sur la borne de curseur 12c est une image précise de la position du curseur
sur la piste, et en raison de l'entraînement par la chaîne 13 et le pignon 9b, une
image de la position du chariot 6 sur la glissière 50
[0024] La borne de curseur 12c du potentiomètre 12 est reliée à l'entrée négative d'un comparateur
16, et à l'entrée positive d'un comparateur 17. A l'entrée positive du comparateur
16 est relié le curseur d'un potentiomètre 14 branché par ses extrémités de piste
aux pôles positif et négatif de la source de tension qui alimente le potentiomètre
12. De même le curseur d'un potentiomètre 15, monté comme le potentiomètre 14, attaque
l'entrée négative du comparateur 17. Les potentiomètres 14 et 15 permettent d'afficher
des positions de consigne respectivement des points bas et haut de la course du chariot.
En effet lorsque la tension sur le curseur 12c devient plus faible que la tension
affichée par le potentiomètre 14, le comparateur 16 émet en sortie une tension positiveo
De même une tension positive apparaît en sortie du comparateur 17 lorsque la tension
sur le curseur 12c est supérieure à la tension affichée sur le potentiomètre 15
o En sortie des comparateurs 16 et 17 sont disposés des circuits de découplage 18 et
19 respectivement, qui émettent, en réponse à l'apparition sur leur entrée d'un signal
positif, un signal adapté à commander la manoeuvre de deux bascules 20 et 21, le circuit
18 armant la bascule 20 et désarmant la 'bascule 21, et le circuit 19 armant la bascule
21 et désarmant la bascule 20. Les bascules 20 et 21 changent donc d'état simultanément
et en sens inverse. On a compris que la bascule 20 s'arme lorsque le chariot 6 passe
à la position de consigne basse, et que la bascule 21 s'arme lorsque le chariot 6
passe à la position de consigne haute. Les bascules 20 et 21 attaquent le bloc de
relais 22 en sorte que l'armement de la bascule 20 couple le stator du moteur 10 pour
une rotation qu'entraîne le chariot 6 vers le haut, et l'armement de la bascule 21
couple le stator pour une rotation en sens inverse
o
[0025] Le choix du moteur 10 est guidé par les considérations suivantes, que l'on exposera
à la lumière d'un exemple chiffré. La masse du chariot 6, y compris le projecteur
3 et ses accessoires étant de 20 kg, la masse de l'équipage mobile, avec le contrepoids
6a est de 40 kg. La vitesse de déplacement en régime est de 1 m/s, et la longueur
de glissière à parcourir entre positions de consigne est en moyenne de 1 mètre. Un
compromis entre les efforts de décélération- accélération à l'inversion et les inhomogénéités
de dépôt lors de l'inversion conduit à choisir une accélération moyenne de 10 m/s
2, avec une course d'inversion de 0,05 m et une durée d'inversion de 0,2 secondes.
Dans ces conditions il se produira 2400 inversions à l'heure.
[0026] Par ailleurs la puissance moyenne absorbée par l'équipage mobile pendant l'inversion,
qui est le quotient de l'énergie absorbée par la durée d'inversion, représente 200
watts, tandis que le déplacement en vitesse constante, compte tenu des frottements
du chariot 6 sur la glissière et des pertes dans les transmissions se situe entre
60 et 120 watts. L'équipage mobile requiert à lui seul 300 watts environ. Comme il
est indésirable que la puissance requise pour l'inversion du rotor seul soit prépondérante,
la puissance nominale du moteur doit être comprise entre 300 et 600 watts. En consultant
des catalogues de constructeur, on trouve qu'un moteur asynchrone triphasé de 550
watts utile à 1400 t/mn possède une inertie de rotor d'environ 10
-3 m
2/kg, ce qui conduit à une puissance d'inversion dans les conditions précitées, pour
le moteur seul, de 130 watts. Les tailles de moteur inférieure et supérieure conviennent
moins bien et finalement le type de moteur retenu est celui qui correspond le mieux
aux conditions imposées, dissipation possible du moteur et inertie du rotor.
[0027] Ceci posé, on constate, par consultation des catalogues que le moteur retenu ne peut
supporter qu'un nombre d'inversions à l'heure très inférieur au nombre d'inversions
requis, mais que par ailleurs le couple de démarrage du moteur alimenté sous tension
nominale, qui est pratiquement le couple qui produit l'inversion, est deux à trois
fois supérieur à ce qui est nécessaire pour produire l'inversion de course de l'équipage
mobile sur la course et dans la durée choisie, tandis que le courant statorique est
de 5 à 6 fois le courant nominal. Des considérations théoriques corroborées par des
essais en plateforme ont conduit à limiter le courant statorique en inversion à 1,3
à 1,5 fois le courant nominal, le couple de démarrage (ou d'inversion) se trouvant
alors voisin du couple nominal du moteur en régime permanent, à sa puissance nominale.
Ceci correspond sensiblement à des conditions de démarrage d'un moteur asynchrone
équipé de moyens de démarrage en sorte de réduire l'intensité statorique au démarrage.
Mais il est bien connu que ces moyens de démarrage ne peuvent être maintenus en activité
en permanence, car le moteur est incapable de fournir son couple nominal dans ces
conditions et n'atteint pas sa vitesse de régimeo Cependant, dans le cadre de la présente
invention, où le moteur n'a pas à fournir sa puissance nominale lorsqu'il a atteint
sa vitesse de régime, les moyens de démarrage peuvent être maintenus actifs en permanence
sans inconvénients.
[0028] Le dispositif de commande de va-et-vient représenté figure 2 comporte une logique
à relais. Le moteur asynchrone 25, représenté en montage étoile, pour des raisons
qui seront explicitées en référence à la figure 3, peut être commandé dans les deux
sens de rotation par fermeture respective de l'un ou l'autre des relais 26 ou 27,
à verrouillage électrique réciproque. La mise en service du dispositif est obtenue
par fermeture du relais 28, commandé par un jeu classique de boutons poussoirs, qui
alimente un redresseur 30
0 Des dispositifs de surintensité.classiques de disjoncteur 29, insérés dans les conducteurs
qui.alimentent le moteur 25, peuvent agir pour déclencher le relais 28. La sortie
du redresseur 30 alimente un potentiomètre 31, dont le curseur est solidaire de la
transmission à l'équipage mobile, comme expliqué pour le potentiomètre 12 de la figure
1. Les potentiomètres 32 et 33 correspondent aux potentiomètres 14 et 15 de la figure
1, et les comparateurs 34 et 35 aux comparateurs 16 et 17 de cette figure 1. Un comparateur
36 est disposé entre les curseurs des potentiomètres 32 et 33 et commande un relais
38 qui coupe le retour commun des bobines de relais 26 et 27. Ainsi, si par suite
d'une fausse manoeuvre, on affiche une position de consigne d'inversion haute inférieure
à la position de consigne d'inversion basse aucun des relais 26 et 27 ne peut s'enclencher.
Le comparateur 36 commande l'enclenchement du relais 39, qui est muni d'un contact
de maintien, et qui commande en position enclenchée le relais 27 et en position déclenchée
le relais 26. Le comparateur 34 commande le relais 37, qui déclenche le relais 39.
On obtient ainsi le fonctionnement tel qu'il a été expliqué en référence à la figure
1.
[0029] Le moteur 25 est alimenté en étoile comme il a été dit. La figure 3 rappelle la constitution
classique d'un.moteur 40 à branchement étoile/triangle. Les deux extrémités de chacun
des trois bobinages de phase 40a, 40b, 40c sont reliées indépendamment à des bornes
dune plaque à borne 41. En montage étoile les trois sorties des bobinages sont reliées
entre elles, les conducteurs de phase étant reliés respectivement aux trois entrées.
Ainsi la tension entre deux conducteurs de phase est appliquée à deux bobinages en
série. En montage triangle la sortie d'un bobinage est reliée à l'entrée du bobinage
suivant, en sorte que la tension entre deux conducteurs de phase est appliquée à un
seul bobinageo En raison des phases entre conducteurs, chaque bobinage supporte en
montage étoile environ 0,6 fois la tension entre conducteurs de phase. Le moteur 40
est un moteur prévu pour être utilisé avec une tension entre phase de 220 volts en
montage triangle, et une tension de 380 volts en montage étoile, mais les barrettes
41a le couplent en étoile, tandis que la tension entre conducteurs de phase arrivant
sur la plaque à borne 41 est de 220 volts. Le moteur 40 est donc sous-alimenté en
permanence dans la disposition classique transitoire du démarrage étoile/triangle.
Si le moteur devait fournir en permanence un couple correspondant à sa puissance en
régime nominal, il serait incapable de parvenir à son régime nominal et surchaufferait.
Mais dans les conditions spécifiques d'utilisation de la présente invention, c'est
au contraire si les bobinages étaient couplés en triangle pour que le moteur soit
alimenté sous tension nominale que le moteur surchaufferait.
[0030] La figure 4 représente une autre disposition classique de réduction de l'intensité
au démarrage d'un moteur asynchrone 44 polyphasé à rotor en cage d'écureuil. Les bobinages
de stator sont alimentés à travers des impédances 45, déterminées en sorte que l'intensité
au démarrage soit réduite à 1,3 à 1,5 fois l'intensité en régime nominal. Ces impédances
peuvent être des résistances ou des inductances à noyau, de façcn très classique.
On notera que ce montage à impédances statoriques ne peut être maintenu en permanence
dans les applications classiques pour les mêmes raisons que le montage étoile-triangle.
[0031] Pour éviter l'échauffement des impédances statoriques nassives, on peut adopter un
montage à semi-conducteurs représenté figure 50
[0032] L'impédance proprement dite est constituée par deux thyristors 46 et 47 en montage
tête-bêche entre un conducteur d'entrée 51a et un conducteur de sortie 51b, équipés
chacun d'un circuit, 48 et 49 respectivement, de commande de gâchette à un instant
réglable dans la demi-période de courant pour laquelle le thyristor correspondant
peut être passanto Un dispositif 50, inséré dans le conducteur 51a et sensible à ce
courant, agit sur les circuits de commande de gâchette 48 et 49 pour retarder l'amorçage
des thyristors lorsque le courant dans le conducteur 51a a tendance à croître. Ce
genre d'impédance de démarrage n'entre pas en soi dans le cadre de la présente invention,
et l'on trouvera dans la littérature technique des précisions sur les dispositions
des cir- cuits de commande, de sorte que leur description détaillée n'apparaît pas
utile ici.
[0033] Etant donné que le fonctionnement du dispositif selon l'invention comporte des inversions
très fréquentes, au cours desquelles le courant appelé par le moteur, réduit en sorte
d'éviter une surchauffe, est sensiblement égal au courant qu'appelle le moteur bloqué,
les protections classiques, tels que disjoncteurs thermiques deviennent relativement
inefficaces. Si on les règle pour provoquer une disjonction lorsqu'accidentellement
le moteur reste bloqué quelques secondes, on risque des disjonctions inopportunes
en fonctionnement normal prolongé, notamment si les inversions sont à cadence élevée
; par contre un réglage, tel que les disjonctions en fonctionnement normal soient
exclues, risque d'empêcher les disjonctions sur blocage accidentel. Il est donc préférable
de prévoir un moteur équipé de sondes thermiques sur les bobinages de stator, suivant
la représentation de la figure 6.
[0034] Sur cette figure le moteur 60, avec trois bobinages statoriques 60a, 60b, 60c est
équipé de sondes thermiques 61a, 61b et 61c, au contact des bobinages respectifs à
des emplacements convenables, ces sondes étant constituées par des résistances à coefficient
de température positif, ces coefficients variant pratiquement exponentiellement avec
la température. Les sondes 61a, 61b et 61c sont montées en série et en raison de leur
variation rapide de résistance avec la température, la résistance de la série est
déterminée essentiellement par la température de la sonde la plus chaudeo L'équipement
de moteurs avec des sondes thermiques est une disposition classique, proposée par
les constructeurs, con-
jointement avec un appareillage électronique de liaison aux disjoncteurs classiques
d'alimentation de moteur. Toutefois, pour l'application de l'invention, il est souhaitable
que l'appareillage électronique s'intègre dans la logique de commande. A cet effet
les sondes en série 61a, 61b, 61c forment avec une résistance de tête 62 un pont potentiométrique
entre pôles positif et négatif d'une source de tension continue d'alimentation. Le
point intermédiaire 63 du pont précédent est branché à l'entrée positive d'un comparateur
66, tandis que l'entrée négative est branchée au point intermédiaire 65 d'un pont
potentiométrique formé de la résistance de tête 64a et de la résistance réglable de
base 64b. Un relais 67 commandé par le comparateur 66 vient couper un contact pour
arrêter le dispositif. Ce contact pourrait, dans la disposition de la figure 2, être
en série avec le poussoir arrêt du relais 28, ou de préférence en série avec le contact
du relais 38, qui empêche la mise sous tension du moteur sans arrêter l'ensemble de
l'appareillage.
[0035] Lorsque le va-et-vient du chariot 6 (de la figure 1) doit être exécuté à vitesse
réglable, la solution préférée de réglage de vitesse de rotation d'un moteur asynchrone
consiste à l'alimenter en triphasé avec un onduleur à fréquence pilotée. La figure
7 donne schématiquement la disposition d'un tel onduleur, incorporé dans une logique
de commande de va-et-viento
[0036] Un oscillateur pilote 70 émet un train d'impulsions à une fréquence multiple du sixième
harmonique de la fréquence fondamentale de la tension triphasée à obtenir, la fréquence
de l'oscillateur pilote 70 étant proportionnelle à une tension appliquée à l'entrée
70a. Un démultiplicateur 71 dé
livre sur six sorties 711 à 716 des trains d'impulsions à la fréquence du pilote, le
train sur chaque sortie commençant en succession cyclique à la fréquence du sixième
harmonique de la fréquence fondamentale désirée, pour s'interrompre après trois périodes
du sixième harmonique, de façon qu'un train corresponde à une demi-période de la fréquence
fondamentale. La durée des impulsions dans le train est modulée pour reproduire approximativement
l'amplitude d'une demi-période de sinusoïde. On a compris que les débuts des trains
sur les sorties 711 à 716 correspondent respectivement aux débuts de demi-période,
positive de la première phase, négative de la troisième, positive de la seconde, négative
de la première, positive de la troisième et négative de la seconde. Une batterie 72
de six transistors modulateurs 721 à 726, les transistors impairs étant à conduction
opposée des transistors pairs, branchée entre pôles positif et négatif d'une source
de puissance alimentée à partir du secteur alternatif triphasé reçoit les trains d'impulsions
issus des sorties 711 à 716 avec un branchement tel que le courant dans les conducteurs
de sortie I, II et III soit sensiblement sinusoïdal triphasé. S'il n'y avait lieu
de permuter deux phases pour inverser la rotation du moteur alimenté par les conducteurs
I, II et III, les sorties 711, 712, 713, 714, 715, 716 attaqueraient directement les
bases des transistors respectifs 721, 726, 723, 722, 725, 724, ou 721, 724, 725, 722,
723, 726. Une batterie de 8 portes "ET" 74, commandées par groupe de 4 par les sorties
respectivement positive et négative d'une bascule 75, assure, suivant l'état de cette
bascule 75 la sélection d'une des combinaisons de liaison précitées. Une batterie
de 4 portes "OU" 73 assure le découplage des sorties des portes 74 affectées à un
même transistor 723 à 726. L'enclenchement et le déclenchement de la bascule 75 assurent
la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre. Par ailleurs le courant circulant
effectivement dans les transistors qui travaillent en blocage ou en saturation est
lissé par l'inductance des bobinages du moteur. Comme, en régime établi, la consommation
du moteur varie en sens inverse de la fréquence à tension déterminée, la durée des
impulsions individuelles dans les trains est maintenu, de sorte que la tension efficace
aux bornes du moteur varie dans le même sens que la fréquence. On rappelle que ces
dispositions font partie de l'état de la technique.
[0037] Pour assurer une inversion avec limitation de courant dans les bobinages du stator
du moteur on met en oeuvre une technique connue de démarrage de moteur à fréquence
croissante depuis une fréquence de décollage jusqu'à une vitesse de régime, la croissance
de fréquence correspondant à un glissement sensiblement constant. On rappelle que
l'on entend par glissement la fréquence différence entre la fréquence du champ magnétique
tournant engendré par les bobinages de stator, et la fréquence de rotation du rotor.
Le glissement est finalement la fréquence du courant induit dans les barres du rotor,
courant dont l'intensité varie comme la fréquence quand l'inductance de la cage, à
la fréquence de glissement, est faible devant sa résistance. Le couple est fonction
directe du courant dans les barres de cage, de sorte qu'en première approximation
le couple est constant si le glissement est constant, si bien que le démarrage à glissement
constant est équivalent aux démarrages à courant réduit.
[0038] En revenant à la figure 7, la tension de pilotage de fréquence appliquée à l'entrée
70a du pilote 70 provient, à travers un commutateur 76, soit d'un potentiomètre 77
d'affichage de vitesse de régime, soit d'un moyen dit variateur, constitué ici par
un variateur de tension 78, capable, en réponse à un signal sur une entrée 78a d'émettre
en direction du commutateur 76 un signal constitué d'une rampe décroissante correspondant
au passage de la fréquence de régime à la fréquence de décollage, suivie d'une rampe
croissante correspondant au passage de la fréquence de décollage à la fréquence de
régime. Au cours d'une transition entre les deux rampes le variateur de tension émet
sur une sortie 78b un signal de basculement de la bascule 75.
[0039] La succession des opérations sera mieux comprise en référence à la figure 8 où le
diagramme 80 correspond à la variation de tension de pilotage au cours d'une inversion,
et le diagramme 81 à la vitesse résultante du moteur, la ligne 82 représentant l'échelle
des temps.
[0040] Au cours d'une course à vitesse de régime, la tension de pilotage est réglée (par
le potentiomètre 77 de la figure 7) à la valeur 80a ; le moteur tourne à la vitesse
81a. Lorsque l'équipage mobile arrive à une position de consigne d'inversion à l'instant
82b, la tension de pilotage décroît de la valeur 80b (à l'instant 82b) linéairement
jusqu'à la valeur 80c atteinte à l'instant 82c, puis s'annule jusqu'à l'instant 82d
où elle prend la valeur 80d sensiblement égale à la valeur 80c. De l'instant 82d à
l'instant 82e la tension de pilotage suit une rampe linéaire croissante jusqu'à la
valeur 80e égale à la valeur 80a. La fréquence issue du pilote 70 de la figure 7 suit
fidèlement la tension de pilotage 80.
[0041] A l'instant 82b la vitesse du moteur commence à décroître, le glissement décroissant
puis s'inversant, en raison de l'inertie des pièces mobiles qui de poussées deviennent
freinées, la transition de vitesse 81b s'arrondissant pour se raccorder à une partie
linéaire jusqu'en 81c à l'instant 82c. A ce moment ou à un instant entre 82b et 82c
l'oscillateur est arrêté, et le moteur continue sur sa lancée (à la vitesse dite de
décollage) en ralentissant quelque peu sous l'effet de frottements mécaniques jusqu'à
l'instant 82d où la fréquence de décollage (80d) se rétablit. Comme entre les instants
82c et 82d s'est produite une permutation de phases sur le moteur, à l'instant 82d
le moteur à vitesse réduite est sollicité en sens inverse de sa rotation restante,
de sorte que le glissement est un court instant supérieur à sa valeur moyenne au cours
de l'inversion, et la courbe de vitesse 81 présente un arrondi 81d. Le glissement
se stabilise tandis que le moteur accélère jusqu'à l'instant 82e pour au-delà prendre
la valeur assignée après une courte tsansition 83e.
[0042] On a constaté que, si la fréquence de pilotage était très faible, le moteur se bloquait
par instants ; on sait d'ailleurs que l'injection de courant continu dans le stator
d'un moteur asynchrone est un procédé efficace de freinage, et il est probable que
les demi-périodes restituées par l'onduleur agissent comme du courant continu. C'est
la raison pour laquelle l'oscillateur pilote est arrêté entre les instants 82c et
82d, ou éventuellement entre les instants 82b et 82c.
[0043] Il est clair que, bien que la présente invention ait été décrite en application au
recouvrement par projection électrostatique, l'invention n'est pas limitée à une telle
application, mais s'étend au contraire à toutes les applications où il est nécessaire
de déplacer en va-et-vient un équipage mobile avec des cadences d'inversion élevées..
1. Dispositif de commande de déplacement en va-et-vient, à vitesse de régime entre
deux positions de consigne d'inversion, d'un équipage mobile d'inertie donnée, notamment
chariot porteur de projecteurs électrostatiques de produits pulvérisés de recouvrement
de pièces, sous l'action d'un moteur avec un stator à bobinages polyphasés et un rotor
à cage d'écureuil dont le sens de rotation est inversé par un moyen de commutation
des phases alimentant le stator en réponse à des signaux issus de moyens capteurs
sensibles à l'arrivée de l'équipage mobile aux deux positions de consigne, de sorte
que l'inversion de couple moteur résultante provoque l'inversion du déplacement à
vitesse de régime sur une course et dans une durée d'inversion, le moteur étant équipé
de moyens réducteurs d'intensité dans les bobinages de stator, connus en soi et du
genre à couplage en position active en période de démarrage et en position inactive
lorsque le moteur est en régime permanent, caractérisé en ce que, le moteur étant
choisi avec une puissance nominale sensiblement égale à la puissance absorbée par
l'équipage mobile en couplage avec le rotor pendant la durée d'inversion, lesdits
moyens réducteurs sont couplés en position active quelle que soit la position de l'équipage
mobileo
2. Dispositif selon la revendication 1, où le moteur est choisi avec un couple nominal
de régime permanent sensiblement égal au couple nécessaire pour produire l'inversion
de course du chariot en une durée choisie, caractérisé en ce que les moyens réducteurs
d'intensité sont adaptés à limiter l'intensité dans les bobinages de stator en sorte
que le couple de démarrage du moteur soit égal au couple nécessaire précité.
5. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que
lesdits moyens réducteurs sont constitués par un commutateur de couplage des bobinages
de stator étoile/triangle, commutateur fixé en position étoile.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que
lesdits moyens réducteurs sont constitués par des impédances en série dans les conducteurs
d'alimentation des bobinages de stator.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites impédances
sont constituées par des semi-conducteurs à deux états, passant et bloqué, avec des
moyens de commande d'état sensibles au courant dans les conducteurs d'alimentation
en sorte d'agir sur la durée de passage de courant dans une demi-période.
6. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant des moyens
de réglage de la vitesse de régime du moteur constitués par un onduleur polyphasé
commandé par un pilote à fréquence ajustable, où le moyen de Iéduction est constitué par un moyen variateur couplé au pilote en sorte d'assurer
une variation de fréquence entre une fréquence de décollage et une fréquence de régime,
caractérisé en ce que ce moyen variateur est adapté, en réponse à un signal issu de
l'un ou l'autre des moyens capteurs, à commander en séquence la variation de fréquence
du pilote de la fréquence de régime à la fréquence de décollage, l'inversion du moyen
de commutation de succession des phases, et la variation de fréquence de pilote de
la fréquence de décollage à la fréquence de régimeo
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen variateur
est adapté en outre à couper le pilote au plus tard lorsque sa fréquence assignée
atteint la fréquence de décollage.
8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
lesdits moyens capteurs comprennent un moyen émetteur de tension image de la position
du chariot, deux sources réglables de tensions de référence, la tension de chaque
source correspondant à l'image de l'une des positions extrêmes, deux comparateurs
branchés chacun entre une des sources de tension de référence et la tension image,
et des moyens logiques disposés entre les comparateurs et les moyens de commutation
des phaseso
9. Dispositif selon la revendication 8, où le moteur est equipé de sondes de température
des bobinages statoriques, caractérisé en ce que lesdites sondes sont couplées auxdits
moyens logiques en sorte de couper l'alimentation du stator lorsque les sondes émettent
un signal d'excès de températureo