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AUX SYSTEMES DE CONSOLE POUR MOTEURS ELECTRIQUES.- La présente invention concerne les systèmes de contrôle pour moteurs à courant alternatif; elle porte essentiellement sur un système de contrôle perfectionné, grâce auquel un moteur à courant alternatif peut être mis en rotation en sens inverse, et peut fonctionner de manière satisfaisante dans les deux sens, sans qu'il soit nécessaire d'établir ou de couper des contacts.
Elle porte aussi sur un système de contrôle permettant d'obtenir un réglage sensible de la vitesse, en ne nécessitant que de faibles déplacements pour effectuer ce réglage*
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la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple,, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'inven- tion. la Pig*l est un schéma des connexions d'un dispositif conforme à
1'invention. la Fig.z est une coupe de détail. la Fig.S est un schéma des connexions d'un dispositif particulier. la Fig.4 ,enfin, montre l'application de l'invention au contrôle de la vitesse d'une turbine à fluide élastique.
Sur la Fig. 1,. 5 et 6 désignent respectivement l'induit et l'in- ducteur d'un moteur à courant alternatif: ce moteur peut être un moteur d'un type quelconque, dans lequel le sens de rotation est inversé en renversant le sens de passage du courant dans l'induit, par rapport à celui passant dans l'induc-tuer.Bar exemple, on peut utiliser un moteur universel ou moteur à enroulement universel. les fils de ligne 9 et 8 reçoivent une alimentation convenable en courants alternatif; l'inducteur 6 est relié directement à la ligne, par des conducteurs 9 et 10.
Pour contrôler le sens de passage du courant dans l'induit, par rapport à celui de l'inducteur, on utilise deux groupes ou jeux de bobines 11 et 12 comprenant chacun deux enroulements identiques et bobinés en superposi- tion l'un sur l'autre. les deux enroulements du groupe 11 sont désignés par A et D, et ceux du groupe 12 sont désignés par B et C. L'enroulement A est relié à l'enroulement 3 du groupe 12, par un conducteur 13, et l'enroulement D du groupe 11 est relié à l'enroulement C du groupe 12, par un conducteur 14.
Les autres bornes des enroulements A et C sont reliées ensemble, par un con- ductear 15, et les autres bornes des enroulements B et D sont reliées ensem- ble par un conducteur 16. Les conducteurs 15 e 16 sont reliés aux fils de ligne 7 et 8, car des conducteurs 17 et 18.
Les enroulements A et B sont ainsi reliés en série aux fils de ligne 7 et 8, et les enroulements C et D sont reliés aussi en série aux fils de ligne 7 et 8; en outre,, les anreulements A et B sont disposés en parallèle par rapport' aux enroulements C et D. L'induit 5 est relié, par des conducteurs 19 et 20, aux conducteurs 13 et 14, et il est ainsi relié entre les enroule- @
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ments A et B, et les enroulements C et D. La disposition générale de ces con- nexions paut être comprise facilement à l'aide du schéma de la Fig.3.
En se reportant à ce schéma, on voit que, lorsque le rapport de l'impédance de l'enroulement A à celle de l'enroulement B, est égal au rap- port de l'impédance de l'enroulement 0 à celle de l'enroulement B, aucun courant ne passe par l'induit 5'; au contraire, lorsque cette condition d'équi- libre est rompue, un courant passe par l'induit 5, dans un sens ou dans l'au- ' tre, suivant le sens et la valeur du déséquilibrage. Ce montage est le monta- ge bien connu du pont de Wheatstone.
En combinaison avec les deux groupes de bobines 11 et 12, on dispose un noyau fournissant des circuits magnétiques pour les enroulements et on dispose aussi des moyens permettant de varier la réluctance de ces cir- cuits magnétiques, de façon à pouvoir faire varier la réactance des enroule- ments, la structure du noyau comprend une carcasse rectangulaire fixe fil de construction feuilletée, et munie de quatre pôles 22 à 25 faisant saillie vers l'intérieur. Les deux groupes de bobines sont disposés dans cette carcasse rec- tangulaire.
Au centre de cette carcasse 21 est disposé un plongeur mobile 26, de construction feuilletée, et muni de quatre pôles 27 à 30 arrivant au voi- sinage des pâles 22 à 25; ce plongeur 26 est supporté à une extrémité d'un levier 31 pivoté en 32, et dont l'autre extrémité est reliée à un dispositif convenable pour déplacer le levier, représenté ici par une tige 33.
En déplaçant le levier 31 autour de son pivot, les largeurs des entrefers entre les faces polaires 22 et 27, ainsi que 23 et 28, sont ainsi variées, Les faces des pièces polaires 27 et 28 sont biseautées d'une manière telle que, lorsqu'elles sont amenées vis-à-vis des faces des pièces polaires 22 et 23, elles leur sont alors parallèles, Les largeurs des entrefers entre les faces 24 et 29, @5 et 30, demeurent constantes et sont aussi faibles que possible.
Dans le système représenté sur le dessin, les quatre bobines 4, B, C et D sont identiques entre elles; les bobines A et D sont superposées, et les bobines B et C sont aussi superposées et elles sont enroulées dans des sens tels que les flux sont dirigés dans un sens commun
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Avec le système qui vient d'être décrit, le plongeur 26 occupe exactement le centre de la carcasse 21, et les entrefers entre les pièces po- laires 22 et 27. et entre les pièces polaires 23 et 28, sont égaux; en outre, puisque tous les enroulements sont analogues entre eux et sont bobinés dans un sens tel que les flux sont dirigés dans une direction commune, Ion obtient ainsi un champ magnétique commun aux quatre enroulements.
Ce champ magnétique passe par la carcasse 21 et les pièces polaires
22, 27, 28 et 23, tandis qu'aucun flux ne passe par les pièces polaires 24,
29, 30 et 25. Avec cette condition, les impédances des quatre bobines sont identiques, et aucun courant ne passe par l'induit 5 du moteur ; enconséquence le moteur reste fixe. les enroulements et le noyau sont agencés de façon que, dans ces conditions, c'est-à-dire avec un potentiel nul sur l'induit 5, les enroule- ment. n'absorbent qu'une faible quantité d'énergie. Cela peut être obtenu en agençant la structure de manière que le facteur de puissance soit de faible valeur, avec un potentiel nul sur l'induit 5.
Si le plongeur 26 est alors déplacé, pour diminuer la valeur de l'entrefer entre les pièces polaires 22 et 27, et pour augmenter celle de l'entrefer entre les pièces polaires 28 et 23, lescirouits magnétiques sont déséquilibrés, c-ar la réluctance du circuit magnétique, pour les enroule- ments A et D, est diminuée, et celle afférente aux enroulements B et c est augmentée. En conséquence, le flux créé par les enroulements A et D est accru. et celui créé par les enroulements B et C est diminué; le flux accru créé par les enroulements A et D passe alors par les pièces polaires 24, 29 et 30, 25.
Par suite, la réaotance des enroulements A et D est accrue, et celle des enroulements B et C ,est diminuée. Le pont de Wheatstone se trouve alors en déséquilibre, et un potentiel est appliqué sur l'induit 5 en le fai- sant tourner dans un sens*
Si le plongeur 26 est alors déplacé dans l'autre sens, depuis sa position neutre ou centrale, le même effet se produit, sauf que le déséqui- libre se présente dans le sens opposé et que l'induit du moteur tourne aussi dans l'autre sens.
Ainsi, en déplaçant le plongeur 26 dans un sens, depuis la position neutre, le moteur marche dans un sens, et en le déplaçant dans l'au- @
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tre sens,, depuis sa position neutre, le moteur marche dans l'autre sens, car' l'excitation présente un sens relativement constant. la valeur du déséquilibre du pont de Wheatstone, et par suite la valeur du potentiel appliqué à l'induit 5, varie directement avec l'amplitude du déplacement du plongeur 26. On peut obtenir toutes les vitesses de moteur dans l'un et l'autre sens, depuis un mouvement très lent jusqu'à une vitesse maximum, en déplaçant graduellement le plongeur.
Lorsque le plongeur 26 est déplacée les réactances des quatre enroulements sont changées; celles des enroulements A et D sont changées dans un sens toujours opposé à celui relatif aux enroulements B et CE on obtient ainsi un accroissement maximum dans le déséquilibre du pont, pour chaque ac- croissement de déplacement du plongeur, En conséquence, le moteur peut être actionné sur une grande portée de vttesse, avec un déplacement total relative- ment faible pour le plongeur.
Le système de contrôle perfectionnée objet de l'invention, peut être appliqué à la plupart des contrôles de moteurs. A titre d'exemple, une @ application est représentée sur la Fig.4 concernant le réglage du ressort de charge d'un régulateur de turbine, pour le réglage de la vitesse de la turbi- ne, en combinaison avec un régulateur à retour de pression. la turbine 34 (Fig.4 est munie d'un mécanisme à valve 35 qui règle le passage du fluide élastique vers la turbine; le conduit d'echappement est désigné par 36, et l'arbre de la turbine par 37. Le mécanisme à valve 35 peut être d'un type convenable quelconque, et un modèle connu est représente schématiquement sur le dessin, à simple titre d'exemple.
Ce mécanisme à valve est agencé pour être déplacé par un moteur 38 à pression de fluide, dont la valve pilote est désignée par 39. Le moteur 38 est contrôlé par un régulateur de vitesse 40 entraîné par l'arbre de la turbine et relié au moteur par une bielle 41. 42 désigne un moteur à oourant alternatif pour faire varier la tension du ressort 42, par un mécanisme 43a à vis sans fin. Le moteur' 43 peut être un moteur électrique quelconque utilisé pour régler la vitesse d'une tur- bine, et le système indiqué sur le dessin, n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Le dispositif de contrôle objet de l'invention est désigné par 44, et est relié au moteur 43 conformément au schéma de la Fig.1.
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la tige de commande 33 est reliée à un soufflet 45 dont les mou- vements sont gênés par un ressort antagoniste 46. Le soufflet 45 est disposé dans une enveloppe 47 qui est relié-e, par un tuyau 48, à un tuyau d'échap- pement 47. Le soufflet 45 est ainsi soumis à la pression régnant dans le con- duit d'échappement de la turbine.
Il est réglé de manière que, lorsqu'une pression désirée est obtenue dans le conduit 36, le plongeur 26, du système de réglage, est maintenu dans sa position moyenne* lorsque la pression augmente ou diminue, par rapport à cette valeur désirée, le soufflet 45 est alors dilaté ou contracté et déplace le plongeur 26 dans un sens ou dans l'autre, en effectuant ainsi une mise en marche du moteur 43, dans un sens ou dans l'autre, pour faire varier le réglage du régulateur, et par suite la vitesse de fonctionnement de la turbine,,
Les régulateurs à pression de retour pour turbines à fluide élas- tique sont connus, et la Fig.4 représente seulement l'application du système de contrôle perfectionné, à un tel appareil,
Le système de contrôle objet de l'invention, est très utile, d'une part,
perce que son fonctionnement ne nécessite pas l'ouverture et la ferme- ture d'aucun contact, en éliminant ainsi tous les incidents inhérents aux contacts, et d'autre part, en raison de sa grande sensibilité* Les plus pe- tits mouvements du plongeur 26 permettent de déséquilibrer le pont de Wheat- atone et de démarrer le moteur* Dans la pratique courante, on a constaté que dans le système de contrôle objet de l'invention, un moteur peut être actionné dans les deux sens, depuis une vitesse très faible, jusqu'à une vite@@e maxi- mm.
Un système de contrôle du type envisagé, est particulièrement utile lorsqu'on recherche des réglages très précis. On a constaté aussi que, grâce à l'invention, le moteur peut être actionné sur une portée de vitesse totale dans les deux sens, avec un déplacement total relativement faible pour le plon- geur 26. De cette façon, le mécanisme est particulièrement utile dans les sys- tèmes tels que celui qui est représenté par exemple sur la Fig.4, où l'on dé- sire obtenir un contrôle de moteur influencé par déplacement initial relative- ment faible.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont
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TO CONSOLE SYSTEMS FOR ELECTRIC MOTORS. The present invention relates to control systems for AC motors; it is essentially about an improved control system, whereby an AC motor can be rotated in the opposite direction, and can operate satisfactorily in both directions, without the need to establish or cut off contacts.
It also relates to a control system making it possible to obtain a sensitive adjustment of the speed, requiring only small movements to carry out this adjustment *
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the description which follows, with reference to the accompanying drawing, given by way of example, will make the nature and the advantages of the invention clearly understood. Pig * l is a circuit diagram of a device conforming to
The invention. Fig.z is a detail section. Fig.S is a circuit diagram of a particular device. FIG. 4, finally, shows the application of the invention to the control of the speed of an elastic fluid turbine.
In Fig. 1 ,. 5 and 6 denote respectively the armature and the inducer of an AC motor: this motor can be any type of motor, in which the direction of rotation is reversed by reversing the direction of current flow. in the armature, compared to that passing through the induc-kill.Bar example, one can use a universal motor or universal winding motor. line wires 9 and 8 receive a suitable supply of alternating currents; inductor 6 is connected directly to the line, by conductors 9 and 10.
To control the direction of current flow in the armature, relative to that of the inductor, two groups or sets of coils 11 and 12 are used, each comprising two identical windings and wound in superposition one on the. other. the two windings of group 11 are designated by A and D, and those of group 12 are designated by B and C. Winding A is connected to winding 3 of group 12, by a conductor 13, and winding D of group 11 is connected to winding C of group 12, by a conductor 14.
The other terminals of the windings A and C are connected together, by a conductor 15, and the other terminals of the windings B and D are connected together by a conductor 16. The conductors 15 and 16 are connected to the line wires 7 and 8, because of conductors 17 and 18.
The windings A and B are thus connected in series to the line wires 7 and 8, and the windings C and D are also connected in series to the line wires 7 and 8; furthermore, the groundings A and B are arranged in parallel with respect to the windings C and D. The armature 5 is connected, by conductors 19 and 20, to the conductors 13 and 14, and it is thus connected between the coils. - @
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ments A and B, and windings C and D. The general arrangement of these connections can be easily understood with the aid of the diagram in Fig.3.
Referring to this diagram, it can be seen that when the ratio of the impedance of winding A to that of winding B, is equal to the ratio of the impedance of winding 0 to that of l 'winding B, no current passes through the armature 5'; on the contrary, when this equilibrium condition is broken, a current passes through the armature 5, in one direction or the other, depending on the direction and the amount of the unbalance. This assembly is the well-known assembly of the Wheatstone bridge.
In combination with the two groups of coils 11 and 12, there is a core providing magnetic circuits for the windings and means are also available for varying the reluctance of these magnetic circuits, so as to be able to vary the reactance of the coils. coils, the core structure comprises a fixed rectangular yarn carcass of laminated construction, and provided with four poles 22 to 25 projecting inwardly. The two groups of coils are arranged in this rectangular casing.
In the center of this carcass 21 is disposed a movable plunger 26, of laminated construction, and provided with four poles 27 to 30 arriving in the vicinity of the blades 22 to 25; this plunger 26 is supported at one end of a lever 31 pivoted at 32, and the other end of which is connected to a suitable device for moving the lever, represented here by a rod 33.
By moving the lever 31 around its pivot, the widths of the air gaps between the pole faces 22 and 27, as well as 23 and 28, are thus varied, The faces of the pole pieces 27 and 28 are bevelled in such a way that, when 'they are brought vis-à-vis the faces of the pole pieces 22 and 23, they are then parallel to them. The widths of the air gaps between the faces 24 and 29, @ 5 and 30, remain constant and are as small as possible.
In the system shown in the drawing, the four coils 4, B, C and D are identical to each other; coils A and D are superimposed, and coils B and C are also superimposed and they are wound in directions such that the flows are directed in a common direction
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With the system which has just been described, the plunger 26 occupies exactly the center of the carcass 21, and the air gaps between the pole pieces 22 and 27 and between the pole pieces 23 and 28 are equal; furthermore, since all the windings are similar to each other and are wound in a direction such that the fluxes are directed in a common direction, Ion thus obtains a magnetic field common to the four windings.
This magnetic field passes through the carcass 21 and the pole pieces
22, 27, 28 and 23, while no flow passes through the pole pieces 24,
29, 30 and 25. With this condition, the impedances of the four coils are identical, and no current passes through the armature 5 of the motor; consequently the motor remains fixed. the windings and the core are arranged so that, under these conditions, that is to say with zero potential on the armature 5, the windings. absorb only a small amount of energy. This can be achieved by arranging the structure so that the power factor is low, with zero potential on armature 5.
If the plunger 26 is then moved, to reduce the value of the air gap between the pole pieces 22 and 27, and to increase that of the air gap between the pole pieces 28 and 23, the magnetic ripples are unbalanced, i.e. the reluctance of the magnetic circuit, for windings A and D, is reduced, and that relating to windings B and c is increased. As a result, the flux created by windings A and D is increased. and that created by windings B and C is reduced; the increased flux created by windings A and D then passes through pole pieces 24, 29 and 30, 25.
As a result, the reactance of the windings A and D is increased, and that of the windings B and C, is decreased. The Wheatstone bridge is then in imbalance, and a potential is applied to the armature 5 by rotating it in one direction *
If the plunger 26 is then moved in the other direction, from its neutral or central position, the same effect occurs, except that the imbalance is in the opposite direction and the motor armature also rotates in the opposite direction. other way.
Thus, by moving the plunger 26 in one direction, from the neutral position, the motor runs in one direction, and by moving it in the other direction.
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be direction ,, from its neutral position, the motor runs in the other direction, because the excitation has a relatively constant direction. the value of the imbalance of the Wheatstone bridge, and hence the value of the potential applied to the armature 5, varies directly with the amplitude of the displacement of the plunger 26. All motor speeds can be obtained in one and the other. other direction, from a very slow movement to maximum speed, gradually moving the plunger.
When the plunger 26 is moved the reactances of the four windings are changed; those of the windings A and D are changed in a direction always opposite to that relating to the windings B and CE one thus obtains a maximum increase in the imbalance of the bridge, for each increase of displacement of the plunger, Consequently, the motor can be actuated over a long range of speed, with a relatively small total displacement for the diver.
The improved control system, object of the invention, can be applied to most engine controls. By way of example, an application is shown in Fig. 4 concerning the adjustment of the load spring of a turbine regulator, for the adjustment of the speed of the turbine, in combination with a return flow regulator. pressure. the turbine 34 (Fig.4 is provided with a valve mechanism 35 which regulates the passage of the elastic fluid towards the turbine; the exhaust duct is designated by 36, and the turbine shaft by 37. The mechanism with valve 35 may be of any suitable type, and a known model is shown schematically in the drawing, by way of example.
This valve mechanism is arranged to be moved by a fluid pressure motor 38, the pilot valve of which is designated 39. The motor 38 is controlled by a speed regulator 40 driven by the turbine shaft and connected to the motor. by a connecting rod 41. 42 denotes an alternating current motor to vary the tension of the spring 42, by a worm screw mechanism 43a. Motor 43 can be any electric motor used to control the speed of a turbine, and the system shown in the drawing has been given by way of example only.
The control device which is the subject of the invention is designated by 44, and is connected to the motor 43 in accordance with the diagram in FIG.
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the control rod 33 is connected to a bellows 45, the movements of which are hampered by an antagonist spring 46. The bellows 45 is disposed in a casing 47 which is connected, by a pipe 48, to an exhaust pipe - element 47. The bellows 45 is thus subjected to the pressure prevailing in the exhaust duct of the turbine.
It is adjusted so that, when a desired pressure is obtained in the duct 36, the plunger 26, of the adjustment system, is maintained in its middle position * when the pressure increases or decreases, relative to this desired value, the bellows 45 is then expanded or contracted and moves the plunger 26 in one direction or the other, thereby starting the motor 43, in one direction or the other, to vary the setting of the regulator, and consequently the operating speed of the turbine ,,
Return pressure regulators for elastic fluid turbines are known, and Fig. 4 shows only the application of the improved control system to such an apparatus,
The control system which is the subject of the invention is very useful, on the one hand,
perceives that its operation does not require the opening and closing of any contact, thus eliminating all incidents inherent to contacts, and on the other hand, due to its high sensitivity * The smallest movements of the plunger 26 make it possible to unbalance the Wheat-atone bridge and to start the engine * In current practice, it has been found that in the control system which is the subject of the invention, a motor can be operated in both directions, from a speed very low, up to a speed @@ e maxi- mm.
A control system of the type envisaged is particularly useful when very precise adjustments are sought. It has also been found that, thanks to the invention, the motor can be operated over a full speed range in both directions, with a relatively small total displacement for the plunger 26. In this way, the mechanism is particularly useful. in systems such as that shown for example in FIG. 4, where it is desired to obtain a motor control influenced by relatively small initial displacement.
It is understood that the provisions and applications which have
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