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EP0352315A1 - Dispositif generateur d'un signal tachymetrique - Google Patents

Dispositif generateur d'un signal tachymetrique

Info

Publication number
EP0352315A1
EP0352315A1 EP19890901452 EP89901452A EP0352315A1 EP 0352315 A1 EP0352315 A1 EP 0352315A1 EP 19890901452 EP19890901452 EP 19890901452 EP 89901452 A EP89901452 A EP 89901452A EP 0352315 A1 EP0352315 A1 EP 0352315A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
collector
circuit
capacitor
brushes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19890901452
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Luciano Antognini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Portescap SA
Original Assignee
Portescap SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Portescap SA filed Critical Portescap SA
Publication of EP0352315A1 publication Critical patent/EP0352315A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/46—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage
    • G01P3/465—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring amplitude of generated current or voltage by using dynamo-electro tachometers or electric generator

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating a tachometric signal comprising an electrical generator with rotary collector and brushes, providing a measurement voltage proportional to the speed of rotation of the collector.
  • Tachogenerators are widely used in electric servo drives to measure the instantaneous speed of rotation of an electric motor or a transmission axis.
  • these generators have a structure similar to that of a DC motor in which the stator generates a stationary field created by a permanent magnet or by a winding supplied with constant current, and a rotor carries a winding. connected to a switch.
  • the switch comprises a rotary collector with lamellae connected to different parts of the rotor winding, and fixed brushes integral with the stator, between which the tachometric signal appears.
  • the brush-collector assembly makes an electrical contact between surfaces which slide over one another which, in the ideal case, would be permanent and continuous contact.
  • the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to provide a device that can be produced in a simple and economical form, making it possible to obtain a tachometric signal free of parasites due to contact interruptions at the generator collector.
  • the device, generator comprises a circuit for maintaining the value of the measurement voltage during accidental interruptions thereof, resulting from a fault in electrical contact between brushes and collector, this circuit being arranged so that its bandwidth for the tachometric signal extends, outside the periods of said interruptions, up to an upper limit frequency equal to or greater than 1 kHz.
  • the holding circuit comprises a capacitor connected in series with the internal resistance of the generator and the device comprises a measurement circuit with very high input impedance to which the voltage appearing across said capacitor is applied.
  • a resistor of very high value can also be connected in parallel to said capacitor.
  • FIG. 1 represents the electrical diagram of a known tachometric generator device
  • FIGS. 2 A and 2 B illustrate the operation of the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is an electrical diagram of a first embodiment of the device according to the invention.
  • FIGS. 4 A and 4 B illustrate the operation of the device of FIG. 3,
  • FIG. 5 is an electrical diagram of another embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 6 is an electrical diagram of an example of application of this device.
  • FIG. 1 shows a tachometric generator G producing a voltage U proportional to the speed of rotation of the shaft of the generator and supplying a current i. to a resistive external circuit formed essentially by resistors R 1 and R_ constituting an external load for the generator.
  • a voltage signal U. is collected at the terminals of the resistor R- and applied to an input of an amplifier A., the output voltage of which is designated by U.
  • the voltage U when the current i. undergoes a brief interruption by default of contact at the generator collector, the voltage U also falls at zero during a corresponding time lapse as illustrated in FIG. 2 A at times t., t 2 and t.,.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the present device which makes it possible to remedy this defect.
  • the tachometric generator G is connected, according to FIG. 3, no longer to a resistive load but to a capacitor C,.
  • the internal resistance of the generator is represented by a resistance R. which is essentially formed by the resistance of the winding and the contact resistance between the brushes and the collector. This internal resistance is normally of low value and corresponds substantially to the resistance of the winding.
  • the capacitance of the capacitor C is preferably chosen so that the electrical time constant R ⁇ -C, either relatively low, or for example of a few microseconds.
  • the amplifier used is an operational amplifier A_ having a very high input impedance.
  • the circuit connected to the tachometer generator constitutes a circuit for maintaining the value of the voltage U. during the periods of interruption due to a momentary poor contact at the level of the collector. Its effect is to maintain the voltage U across the terminals of the capacitor C. as well as the output voltage U at values equal to those which they had immediately before an interruption period, as illustrated in FIGS. 4 A and 4 B.
  • FIG. 4 A shows for example an interruption occurring at an instant t for a duration t.
  • the internal resistance R. suddenly takes an infinite value and no more current i can flow in the charging circuit of the capacitor C ..
  • the output voltage U of the operational amplifier will thus correspond throughout the duration of the interruption to the value that it had at the moment t and will not present any discontinuity.
  • the bandwidth for the tachometric signal is practically not affected.
  • the dimensioning of the capacitance C being such that the upper limit frequency of this bandwidth is at least equal to 1 kHz and in practice generally takes on much higher values.
  • capacitors with a capacity of the order of 10 nF are preferably used. It will be noted that under these conditions, the current to be supplied by the generator is obviously extremely low, especially since the input impedance of the operational amplifier is very high.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the present device, according to which a resistor R g of very high value is connected in parallel to the holding capacitor designated by C-.
  • Resistance R- preferably has a value of the order of Megohm.
  • FIG. 6 illustrates a case of application of the present device according to which this device is part of a speed regulation loop of an electric motor.
  • a motor M for example a DC motor, is supplied via a power amplifier A 5 .
  • the axis of the engine is integral with the axis of a generator G so that the signal U supplied by the latter is proportional to the speed of rotation of the engine.
  • This signal is applied to the input of an operational amplifier A. which also acts as a control amplifier.
  • a capacitor C is connected in a similar manner to the capacitor C of FIG. 3 so as to eliminate the effects of possible interference caused by interruptions of electrical contact at the generator switch.
  • a voltage U having a set value is applied via a resistor R 7 to a second input of the amplifier A ..
  • a possible difference between the set value U and the value of the voltage U. of the signal The tachometer is detected and amplified by the amplifier A 4 which generates a correction signal applied in turn to the power amplifier A 5 .
  • a feedback circuit Z. is dimensioned in the usual manner according to the particular conditions of the application.

Landscapes

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Abstract

Le présent dispositif comporte une génératrice tachymétrique (G) à collecteur rotatif et à balais et un circuit de maintien de la tension de mesure (Uc) pendant des interruptions accidentelles de celle-ci, résultant d'un défaut du contact entre balais et collecteur. Le circuit de maintien comporte un condensateur (C1) connecté en série avec la résistance interne (Ri) de la génératrice et un circuit de mesure (A2) à impédance d'entrée très élevée, de façon que la bande passante pour le signal tachymétrique s'étende jusqu'à une fréquence limite supérieure égale ou supérieure à 1 kHz, tout en étant exempt de parasites dûs aux interruptions de contact.

Description

DISPOSITIF GENERATEUR D'UN SIGNAL TACHYMETRIQUE
La présente invention concerne un dispositif générateur d'un signal tachymétrique comportant une génératrice électrique à collecteur rotatif et à balais, fournissant une tension de mesure proportionnelle à la vitesse de rotation du collecteur.
Les génératrices tachymétriques sont largement utilisées dans les entraînements électriques avec asservissement pour mesurer la vitesse instantanée de rotation d'un moteur électrique ou d'un axe de transmission.
Selon une forme de réalisation usuelle, ces génératrices comportent une structure similaire à celle d'un moteur à courant continu dans lequel le stator engendre un champ stationnaire créé par un aimant permanent ou par un enroulement alimenté à courant constant, et un rotor porte un bobinage relié à un commutateur. Le commutateur comporte un collecteur rotatif à lamelles reliées à différentes parties de l'enroulement rotorique, et des balais fixes solidaires du stator, entre lesquels apparaît le signal tachymétrique. L'ensemble balais-collecteur réalise entre des surfaces qui glissent les unes sur les autres, un contact électrique qui, dans le cas idéal, serait un contact permanent et continu.
Dans la pratique, on constate qu'il est très difficile de maintenir en permanence un contact parfait entre les balais et le collecteur, notamment lorsque les balais sont de très petites dimensions et sont réalisés en métal précieux. Il s'avère qu'il se produit des interruptions de contact généralement très brèves qui conduisent à de brusques chutes du signal tachymétrique de sorte que ce signal présente des parasites de brève durée. Ces parasites sont particulièrement gênants lorsque la génératrice est utilisée dans un boucle d'asservissement, car ils peuvent perturber sensiblement le bon fonctionnement de la régulation.
Pour remédier à cet inconvénient, il a été envisagé de filtrer le signal tachymétrique de manière à diminuer les effets des dits parasites. Toutefois, une telle solution conduit à une forte limitation de la bande passante pour le signal tachymétrique et elle est donc inapplicable pour des dispositifs d'entraînement à hautes performances. Ceci est notamment le cas dans certaines applications en robotique, dans lesquelles le signal tachymétrique doit également servir à amortir des vibrations dans la chaîne cinématique liées aux fréquences propres des différents organes de la structure mécanique.
L'invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés et à fournir un dispositif réalisable sous une forme simple et économique, permettant d'obtenir un signal tachymétrique exempt de parasites dûs à des interruptions de contact au niveau du collecteur de la génératrice.
A cet effet, le dispositif, générateur selon l'invention comporte un circuit de maintien de la valeur de la tension de mesure pendant des interruptions accidentelles de celle-ci, résultant d'un défaut de contact électrique entre balais et collecteur, ce circuit étant agencé de façon que sa bande passante pour le signal tachymétrique s'étende, en dehors des périodes desdites interruptions, jusqu'à une fréquence limite supérieure égale ou supérieure à 1 kHz.
Selon une forme de réalisation préférée, le circuit de maintien comporte un condensateur connecté en série avec la résistance interne de la génératrice et le dispositif comporte un circuit de mesure à impédance d'entrée très élevée auquel est appliqué la tension apparaissant aux bornes dudit condensateur. Une résistance de très grande valeur peut en outre être branchée en parallèle audit condensateur. Les caractéristiques précitées ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description donnée ci-après d'exemples de réalisation expliqués et illustrés à l'aide du dessin annexé, dans lequel :
la figure 1 représente le schéma élëcTrique d'un dispositif générateur tachymétrique connu,
- les figures 2 A et 2 B illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 est un schéma électrique d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention,
- les figures 4 A et 4 B illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 3,
- la figure 5 est un schéma électrique d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention, et
la figure 6 est un schéma électrique d'un exemple d'application du présent dispositif.
La figure 1 montre une génératrice tachymétrique G produisant une tension U proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre de la génératrice et fournissant un courant i. à un circuit extérieur résistif formé essentiellement par des résistances R1 et R_ constituant une charge externe pour la génératrice. Un signal de tension U. est recueilli aux bornes de la résistance R- et appliqué à une entrée d'un amplificateur A., dont la tension de sortie est désignée par U .
Dans un tel dispositif, lorsque le courant i. subit une brève interruption par défaut de contact au niveau du collecteur de la génératrice, la tension U tombe également à zéro pendant un lapse de temps correspondant tel que cela est illustré à la figure 2 A aux instants t., t2 et t.,.
Ces chutes de la tension U. se répercutent de façon tout à fait similaire dans le signal tachymétrique de sortie du dispositif U . Ces perturbations vont donc se propager à l'aval du circuit de la figure 1 et provoquer les inconvénients mentionnés plus haut.
La figure 3 montre un premier exemple de réalisation du présent dispositif qui permet de remédier à ce défaut.
La génératrice tachymétrique G est reliée, selon la figure 3, non plus à une charge résistive mais à un condensateur C, . La résistance interne de la génératrice est représentée par une résistance R. qui est formé essentiellement par la résistance du bobinage et la résistance de contact entre les balais et le collecteur. Cette résistance interne est normalement de faible valeur et correspond sensiblement à la résistance du bobinage. La capacité du condensateur C, est choisie de préférence de telle sorte que la constante de temps électrique R^-C, soit relativement faible, soit par exemple de quelques microsecondes. L'amplificateur utilisé est un amplificateur opérationnel A_ ayant une impédance d'entrée très élevée.
Dans ces conditions, le circuit connecté à la génératrice tachymétrique constitue un circuit de maintien de la valeur de la tension U. pendant les périodes d'interruption dues à un mauvais contact momentané au niveau du collecteur. Il a pour effet de maintenir la tension U aux bornes du condensateur C. ainsi que la tension de sortie U à des valeurs égales à celles qu'elles possédaient immédiatement avant une période d'interruption, tel que cela est illustré dans les figures 4 A et 4 B. La figure 4 A montre par exemple une interruption se produisant à un instant t pendant une durée t.. Pendant l'intervalle t., le contact entre les balais et le collecteur étant interrompu, la résistance interne R. prend soudainement une valeur infinie et plus aucun courant i ne peut circuler dans le circuit de charge du condensateur C.. La tension de sortie U de l'amplificateur opérationnel correspondra ainsi pendant toute la durée de l'interruption à la valeur qu'elle avait à l'instant t et ne présentera pas de discontinuité.
Il est à remarquer que, pendant le fonctionnement normal du dispositif, c'est-à-dire en l'absence d'interruptions accidentelles au niveau du collecteur de la génératrice, la bande passante pour le signal tachymétrique, n'est pratiquement pas affectée par le présent circuit, le di ensionnement de la capacité C, étant tel que la fréquence limite supérieure de cette bande passante est au minimum égale à 1 kHz et prend dans la pratique en général des valeurs nettement supérieures. Par exemple, pour des valeurs de la résistance interne de la génératrice de l'ordre de 500 à 1000 Ohm, on utilise de préférence des condensateurs d'une capacité de l'ordre de 10 nF. On notera que dans ces conditions, le courant à fournir par la génératrice est évidemment extrêmement faible, d'autant plus que l'impédence d'entrée de l'amplificateur opérationnel est très élevé.
La figure 5 montre une autre forme de réalisation du présent dispositif, selon laquelle une résistance Rg de très haute valeur est branchée en parallèle au condensateur de maintien désigné par C-. Ceci permet d'éviter que la tension d'entrée de l'amplificateur opérationnel, désigné par A-,, ait des valeurs indéfinies en cas de rupture physique de la liaison électrique entre le collecteur de la génératrice et les balais. La résistance R-. a de préférence une valeur de l'ordre du Mégohm. En cas de rupture des fils de liaison entre la génératrice et le circuit de mesure, la tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel est progressivement ramené à zéro du fait de la présence de la résistance Rς. La figure 6 illustre un cas d'application du présent dispositif selon lequel ce dispositif fait partie d'une boucle de régulation de vitesse d'un moteur électrique. Un moteur M, par exemple un moteur à courant continu, est alimenté par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance A5. L'axe du moteur est solidaire de l'axe d'une génératrice G de sorte que le signal U fourni par cette dernière est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur. Ce signal est appliqué à l'entrée d'un amplificateur opérationnel A. qui fait également office d'amplificateur de régulation. Un condensateur C, est connecté d'une façon analogue au condensateur C, de la figure 3 de manière à éliminer les effets d'éventuels parasites provoqués par des interruptions de contact électrique au niveau du commutateur de la génératrice.
Une tension U ayant une valeur de consigne est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance R7 à une deuxième entrée de l'amplificateur A.. Une éventuelle différence entre la valeur de consigne U et la valeur de la tension U. du signal tachymétrique est détectée et amplifiée par l'amplificateur A4 qui génère un signal de correction appliqué à son tour à l'amplificateur de puissance A5. Un circuit de contre-réaction Z., est di ensionné de la manière usuelle suivant les conditions particulières de 1'application.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif générateur d'un signal tachymétrique comportant une génératrice électrique à collecteur rotatif et à balais, fournissant une tension de mesure proportionnelle à la vitesse de rotation du collecteur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de maintien de la valeur de la tension de mesure pendant des interruptions accidentelles de celle-ci, résultant d'un défaut de contact électrique entre balais et collecteur, ce circuit étant agencé de façon que sa bande passante pour le signal tachymétrique s'étende, en dehors des périodes desdites interruptions, jusqu'à une fréquence limite supérieure égale ou supérieure à 1kHz.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de maintien comporte un condensateur connecté en série avec la résistance interne de la génératrice, et en ce que le dispositif comporte un circuit de mesure à impédance d'entrée très élevée, auquel est appliquée la tension apparaissant aux bornes dudit condensateur.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une résistance de très grande valeur est branchée en parallèle audit condensateur.
EP19890901452 1988-01-27 1989-01-24 Dispositif generateur d'un signal tachymetrique Withdrawn EP0352315A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

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CH27488A CH675774A5 (fr) 1988-01-27 1988-01-27
CH274/88 1988-01-27

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Publication Number Publication Date
EP0352315A1 true EP0352315A1 (fr) 1990-01-31

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19890901452 Withdrawn EP0352315A1 (fr) 1988-01-27 1989-01-24 Dispositif generateur d'un signal tachymetrique

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0352315A1 (fr)
JP (1) JPH02503037A (fr)
CH (1) CH675774A5 (fr)
WO (1) WO1989007273A1 (fr)

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See references of WO8907273A1 *

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Publication number Publication date
CH675774A5 (fr) 1990-10-31
WO1989007273A1 (fr) 1989-08-10
JPH02503037A (ja) 1990-09-20

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