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PERFECTIONNEMENTS AUX REGULATEURS DE VITESSE POUR MOTEURS ELECTRIQUES. -
L'invention vise des systèmes régulateurs, et plus particulière- ment les systèmes régulateurs de vitesse pour moteurs électriques. Dans beau- coup d'applications des moteurs électriques, il est désirable que*le réglage de la vitesse se fasse avec une précision supérieure à celle qu'on peut assurer par la construction bien soignée du moteur. De tels problèmes se posent dans les moteurs commandant les appareils de cinématographie parlante.
La vitesse de ces appareils doithtre rigoureusement constante pour assurer de'bonnes condi- tions d'enregistrement ou de reproduction- Par conséquent, ces moteurs ont im- posé l'étude de dispositifs de réglage de vitesse appropriés susceptibles, non n
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seulement d'assurer un réglage très constant, malgré les variations de charge, mais aussi de maintenir constante la vitesse du. moteur, indépendamment des va- riations pouvant provenir de la serrée même d'énergie alimentant le moteur.
Les régulateurs de ce genre comportent un mécanisme de réglae . sensible aux vitesses* Une des caractéristiques de l'invention est qu'elle per- met l'établissement d'un nouveau dispositif régulateur convenant pour les mo- teurs électriques*Une autre caractéristique est qu'elle fournit des moyens et procédés de réglage perfectionnés pour les moteurs électriques permettant de faire varier la vitesse de régime entre certaines limites supérieures et infé- rieures par un réglage au vernier.
On comprendra mieux'les caractéristiques nouvelles et les avanta- ges de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et sans aucune limitation, et dans lesquels:
La Figure 1 est une vue schématique de l'invention appliquée à un moteur à répulsion non compensé.
La Figure 2 est une vue schématique d'une autre forme de réalisa- tion de l'invention appliquée à un moteur à répulsion compensé équipé de dispo- sitifs de freinage dynamique.
La Figure 3 représente schématiquement une autre réalisation de l'invention appliquée à un moteur à courant continu en dérivation.
La Figure 4 représente une vue partie en coupe d'un'régulateur établi suivant l'invention.
La Figure 5 est une vue des organes désassemblés, du dispositif de la figure 4.
Dans la Figure 1 le moteur représenté 1 est du type à répulsion non compensé avec enroulement d'excitation 8 relié à une source de courant al- ternatif 3, et avec induit 4 court-circuité à travers un dispositif à impédalce variable qui comprend, ainsi qu'on le voit, des bobines 5' enroulées sur les deux noyaux extérieurs d'une carcasse en fer 6 à trois branches. Il est fait appel à des moyens pour faire varier l'impédance des bobines 5''et, dans ce but on utilise une bobine 7 entourée sur la branche centrale du noyau 6 et reliée en série avec une source à courant continu (batterie 8, par exemple), et une résistance'9* Pour courjt-circuiter la résistance 9, on se sert d'un contact
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mobile 10 , d'un contact fixe 11 et d'un commutateur centrifuge 12.
Ce conmu- tateur comporte un élément en forme de coupelle 13, en matière conductrice,ac- couplé à l'induit du moteur 11, de façon à être entraîne autour de son axe,
La coupelle 13 portce une lame de matière résiliente 14 à laquelle sont fixés des poids 15 et le contact 10. Le contact 11 est porté par la vis de règlage 16 qui est supportée par la pièce isolée 17. Le balai 18 sert comme une des bornes du commutateur. l'autre borne étant représentée par la vis de réglage 16. Avec les pièces 10 et 11 en contact, le courant traversant la bobine 7 a une valeur suffisante pour saturer le noyau.
Avec les contacts séparés, la résistance 9 étant insérée dans le circuit avec la batterie 8 et la bobine 7, le courant dam cette bobine diminue, et il en est de marne de la saturation du noyau 6.
On peut se représenter comme suit le fonctionnement du dispositif de la Figure 1: Quand le moteur 4, excité par la source 3, augmente de vitesse, la force centrifuge écarte les poids 14 dans le sens radial, et par suite de la forme des ressorts 14, le contact 10 se déplace vers le centre en s'écartant du contact 11. Il en résulte une diminution de la saturation du noyau 6, et par conséquent une augmentation de la réactance des bobines 5' dans le circuit d'i- duit du moteur. Cette augmentation de réactance a pour effet que le moteur ra- lentit.
Quand ies contacts 10 et 11 se touchent de nouveau et la résistance 9 est court-circuitée, il y a augmentation du flux à courant continu et de la sa- turation dans le noyau, d'où diminution de la réactance des bobines 5' dans le circuit du moteur, et par conséquent augmentation de vitesse de celui-ci. En réglant la vis 16, on peut ainsi régler avec précision la vitesse à laquelle doit fonctionner le moteur.
Ces commentaires expliquent le principe de fonctionnement du commutateur centrifuge 12 et les modifications des circuits qui interviennent ; en réalité, le commutateur ou élément régulateur de vitesse vibre pratiquement à une vitesse très grande, par exemple 15 à 30 fois par seconde au moins, de sorte qu'il est maintenu, dans le noyau, un courant de valeur nécessaire pour conserver la réactance des bobines 59 au point voulu, pour que le moteur garde la vitesse correspondant au règlage de la vis 16. Si la tension de la ligne d'alimentation 3 s'élève, la vitesse du moteur tend à augmenter et les poids régulateurs 15 s'écartent très légèrement, tout en restant en vibration à la . même vitesse et en restant ouverte pendant une proportion très grande du cycle
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de vibrations.
De la sorte, la saturation moyenne à courant continu du noyau se trouve réduite et la réactance des bobines 5 augmentée assez sensiblement pour que la vitesse soit maintenue même si la tension d'alimentation croit sensible- ment. Si le moteur et les réactances sont bien étudiés pour corriger les varia- -tions extrêmes de charge et de tension, et si la résistance 9 a été convenable- ment choisie pour exciter la bobine 7, le système régulateur assure un réglage parfait dans toutes les conditions de fonctionnement.
La forme de réalisation représentée Figure 2 se rapporte à un moteur à répulsion compensé. Dans cette figure, 19 est un commutateur bipolaire qui, lorsqu'on le déplace vers la droite, complète le circuit de fonctionnement du moteur, et lorsqu'on le déplace vers la gauche, coupe et complète le circuit nécessaire pour le freinage dynamique du moteur, comme on le verra plus loin. Si dans cette figure, le commutateur 19 est déplacé vers la droite, il ferme un circuit partant de la source à courant alternatif 20 epassant comme suit : bobine de réactance 21, bobines d'excitation 22, armature 25, balai d'excita- tion 24, avec retour à l'autre borne du circuit d'alimentation. Les balais 25 sont court-circuités.
Le commutateur centrifuge 26 diffère du commutateur 12 de la Figure 1 par le fait qu'il est étudié pour séparer les contacts lorsqu'il y a baisse de vitesse, et non plus lorsqu'il y a augmentation. On obtient ce ré- sultat par le mode particulier de réalisation du ressort portant les masses centrifuger, et la façon dont les poids sont attachés à cette partie élastique.
Le commutateur 27 sert à sélectionner la valeur de résistance à relier;en paral- lèle avec le régulateur 26. Si on suppose que ce commutateur est déplacé vers la droite, on bbtient le circuit suivant : d'une des bornes de la source à cou- rant continu 28, à travers la bobine 29, avec retour à l'autre borne de la sous ce d'alimentation 28; également depuis le premier cote de la source 28, à tra- vers le commutateur 27, les sections de résistance 30" et les sections 30'" de la résistance 30, à travers la bobine 31, et retour à l'autre borne de la sour- ce 28. La bobine 29 est étudiée de façon à maintenir le noyau 6 à l'état de sa- turation, et la bobine 31 de façon à s'opposer à la F.E.M. de la bobine 29 et à affaiblir son effet magnétisant.
Dans ce dernier circuit est inséré une résistât ce additionnelle 30', lorsque.la commutateur 27 est déplacé vers la gauche.
Par l'explication de ce qui précède, on comprend que le but de ia disposition différentielle des bobines 29 et 31 est de permettra l'utilisation
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du type de commutateur de réglage 26 qui sépare ses contacts lorsque la vitesse diminue- Un tel interrupteur a ses contacts ouverts quand le moteur est au re- pos, et les ferme seulement avec une très légère pression de régulation aux vi- tesses de fonctionnement.
Pour le reste, toutes choses égales d'ailleurs, les contacts, dans ces commutateurs, sont sujets à beaucoup moins d'usure mécanique que les con- tacts dans le commutateur 12 de la Figure 1. Dans le cas du commutateur 12, les contacts sont soumis à des pressions élevées pendant la période de démarrage et la période d'arrêt du moteur, quand la vitesse est inférieure au point de ré- glage, ce qui provoque une usure indésirable de contact
L'énergie électrique à dépenser dans le circuit du régulateur est plus grande avec la disposition à double bobine représentée Figure 2 qu'avec la disposition à bobine unique de la Figure 1 (ceci pour les mêmes dimensions typiques de la résistance), mais l'avantage résultant du fait qu'on réduit l'u- sure mécanique fait plus que compenser les inconvénients d'une dépense d'éner- gie électrique,
cette dépense électrique étant très faible et ne constituant pa un facteur limitatif. Il est évident, d'après ce qui précède, qu'unebobine à courant continu unique pourrait être utilisée sur la réactance de la Figure 2, pourvu que le type de régulateur commutateur soit choisi semblable à celui de la Figure 1, si on désire cette modification.
Si on suppose que le moteur 23 a été excité par la source 20, par suite du déplacement du commutateur 19 vers la droite, que le commutateur 27 a été également déplacé vers la droite et que les contacts de régulateur 26 sont hors de prise le moteur étant en repos, on peut se représenter comme suit son fonctionnement: Le moteur augmente de vitesse car les contacts de régula- teur 26 étant ouverts, les sections de résistance 30" et 30"' sont en circuit avec la bobine 31, et baissent le courant traversant cette bobine, à valeur telle que l'opposition exercée sur la bobine 29 est faible.
Par conséquent, le noyau de fer est saturé et il y a une faible valeur de la réactance dans le ci cuit du moteur- Cependant, quand la vitesse atteint une valeur déterminée à l'a- vance par le règlage convenable du régulateur, les contacts du commutateur 26 se ferment et oourt-circuitent la section de résistance 30", ce qui entraîne une augmentation du courant dans la bobine 31 et une tendance à plus forte satura- tion du noyau, et une augmentation de la réactance dans le circuit du moteur.
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Il en résulte que la vitesse du moteur diminue, et quand les contacts du com- mutateur 25 s'ouvrent le cycle de fonctionnement ci-dessus se répète. Si le com- mutateur 27 est déplacé vers la gauche, il insère une section additionelle de résistance 30' dans le circuit de la bobine 31, et las contacts de régulateur a6 fonctionnant pour court-circuiter les deux sections 30' et 30". Le but poursui- vi est d'augmenter lagamme des vitesses dans lesquelles fonctionne le disposi- tif. Ainsi, quand le commutateur 27 est déplacé vers la gauche, la section de résistance 30' n'est pas comprise dans le circuit et le régulateur 26 agit aux bornes de la section de résistance 30" seulement.
Si Maintenant on désire règle.' la vitesse du moteur au moyen de la vis de réglage du commutateur 26, on trouve que la portée du réglage possible de cette façon est limitée entre les deux vi- tesses que le moteur prendrait si la résistance 30" était continuellement en circuit avec la bobine 31 et si elle était continuellement éliminée par court- circuit. Par exemple, si on tournait la vis de réglage du commutateur 26 de ma- nière à déplacer le contact réglable vers l'intérieur, on atteindrait un point pour lequel le contact centrifuge ne quitte pas le contact réglable, parce que le moteur ne ralentit plus, la résistance 30 "' étant continuellement en cir- cuit avec la bobine 31.
Egalement, 'si on tourna le contact réglable vers l'ex- térieur, on atteint un point pour lequel le contact centrifuge n'est pas capa- ble de venir en prise, parce que le moteur ne peut plus accélérer au delà de son accélération pour un maintien permanent en circuit avec la bobine 31 des résistances 30" et 30"'.
Si cependant on tourne le commutateur 27 vers la drci- te, le commutateur centrifuge 26 agit sur les résistances 30' et 30" et la por- tée du réglage augmente- La raison pour laquelle le commutateur 27 n'est pas toujours tourné vers la gauche est que, dans cette position, il se produit des oscillations considérables dans la vitesse du moteur, car, quand le commutateur 26 opère aux bornes d'une résistance plus grande, la variation de courant pério- dique dans la bobine 31 devient plus grande et entraîne des changements pério- diques plus grands dans la réactance du circuit du moteur.
Bien que ce ne soit pas là un inconvénient particulièrement grave, dans les installations de ciné- matographie ordinaire par exemple, ce phénomène est inadmissible lorsqu'il s'agit de projections parlantes ou -sonores, à cause des bruits parasites qui en résultant. Par conséquent, lorsqu'on- reproduit des sons, on tourne le commu- tateur 27 vers la droite, de sorte que le régulateur 26 agit seulement aux bor-
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nes de la résistance 30".
Quand on déplace vers la gauche le commutateur 19, le circuit contenant la source 20 et la bobine de réactance 21 est coupé et les circuits suivants sont fermés* Les deux contacts centraux du commutateur agissent pour court-circuiter les talais 24, tandiseque les autres contacts relient une sour- ce de courant continu (batterie 33) aux bornes de l'enroulement de champ. Quand les deux circuits sont fermés, le moteur est freiné dynamiquement et prompte- ment amené au repos.
Dans la Figure 3, on a représenté une forme de réalisation de l'invention appliquée à un moteur à courant continu ayant un enroulement de champ 34 et un induit 35 alimenté par la source 42- Dans cette figure, le régu- lateur centrifuge 36 est de même construction que dans la Figure 2 et les bor- nes de ce commutateur se relient aux éléments mobiles de commutateurs manuels réglables 37 et 38. Les sections de résistance 39,40 et 41 sont en série avec l'excitation 34 du'moteur shunt.
Quand les bras commutateurs des appareils 37 et 38 sont tournés vers l'intérieur, de faqon à relier les contacts du commu- tateur 36 aux bornes de l'élément de résistance 40, l'élément de résistance 41 étant court-circuité, il se produit les opérations suivantes Quand le moteur arrive à prendre sa vitesse, les doigts du commutateur 36 viennent normalement en contact, shuntant ainsi la section de résistance 40 et augmentant le courant de l'excitation 34 du moteur, ce qui entraine une réduction de sa vitesse.
Quand la Nitesse tombe, les doigts du régulateur 36 se libèrent, et par consé- quent réintroduisent la résistance 40, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse du moteur. On doit se rappeler que, bien que la description ci-dessus donne une idée correcte des variations de circuits, la vitesse du fonctionnâmes du régulateur 36 est en réalité trop rapide. Si ce moteur entraîne l'appareil d'images parlantes, la position ci-dessus mentionnée de commutateurs 37 et 38 correspond à la gamme de vitesses appropriées du projecteur, quand les images sont accompagnées de reproductions sonores.
Si maintenant les commjutateurs 37 et 38 sont tous les deux mis à la position de gauche, le régulateur 36 agit à la fois sur les résistances 39 et 40, la résistance 41 étant encore courjt-circuitée par le commutateur 38. Ce sera la position des commutateurs correspondant à la basse vitesse des projec- tions d'images, et si une vitesse plus élevée de projection d'images est dési-
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rés, les commutateurs 37 et 38 peuvent être tournés vers la droite, ce qui met les sections de résistance 40 et 41 sous le contrôle du régulateur 36, et les sections de résistance 39 en permanence dans le circuit d'excitation.
Comme on l'a exposé plus haut, les commutateurs comportent'des moyens qui permettent de faire régler la position normale d'un doigt du contact moyens agissant généralement sur le contact fixe. Ce réglage est particulière- ment intéressant en liaison avec les projecteurs'd'images parlantes, pour les- quels on désire maintenir la vitesse pratiquement constante pour certaines pro- jections, avec faculté de régler la vitesse à une valeur différente pour d'au- tres projections. Pour obtenir des dispositifs interchangeables, il est dési- rable que les moyens de réglage de tous les commutateurs créent des positions similaires pour les mêmes moteurs et les mêmes vitesses de projecteurs.
Il a donc été recnnnu nécessaire d'établir des moyens auxiliaires de réglage répon- dant à ce but, car les variations de fabrication des divers organes des commu- tateurs interdisent d'arriver au but désiré en assemblant simplement des pièces de série. Il est également désirable, dans la fabrication de ces commutateurs, de pouvoir utiliser clos moyens de compensation d'usure des contacts, sans chan- ger le réglage du régulateur de vitesse.
L'invention a pour objet des moyens simples et d'emploi facile pour réaliser ces conditions à l'aide d'un organe perfectionné ajustant les contacts de régulateur.
Un exemple de réalisation du régulateur est représenté sur les figures 4 et 5.
Dans ces deux figures, on a affecté les mêmes lettres aux mômes organes, 51 désigne l'enveloppe du commutateur dans laquelle passe l'arbre 72 du dispositif d'entraînement, non représenté. Sur l'arbre 72 est fixé, par une vis 53, un dispositif centrifuge 54 comportant essentiellement un ressort 55 auquel sont attachés les poids'56 et le contact 57. Ce contact est isolé de l'arbre 52 par un isolant 58, de sorte qu'on peut ie relier au circuit de com- mande, à travers le balai 59. Avec le @ontact 57 coopère un contact réglable 80 formé sur la tête d'un petit support 61 qui, à son tour, est vissé dans la tête d'un boulon 62.
Pour supporter cette pièce 62, on fait emploi d'une pièce 63 pourvue de plusieurs trous extérieure régulièrement espacés 64, et d'une autre série de trous inférieurs filetés 65. Passant à travers trois des trous
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64 sont les vis 66 qui, à leur tour, ce vissent dans les trois projections fi- letées 67 de l'enveloppe 51, ce qui permet de maintenir en place la pièce 63.
Dans un des trous filetés 65 est vissée la vis de butée ou d'ar- rêt 68. Des moyens appropriés comportant une clavette 69 sur le boulon 62, et une rainure de clavette 70 dans un manchon de la pièce 73, s'opposent à tout mouvement relatif du boulon 62 et de la pièce 63, tout en laissant à ces pièces une liberté de mouvement dans le sens axial. Entre la tête du boulons 62 et la pièce 63 sont interposés des dispositifs résilients, tels que le ressort 71 qui tend à déplacer le contact 60 à la rencontre du contact 57 et en même temps fixe en place une bande conductrice 72 par laquelle le courant est amené à ce contact 60. A l'extrémité extérieure du boulon 62 est monté un bouton 73 com- portant essentiellement une partie molletée 74 , une é#helle 75, une encoche 76 et une ailette 77.
Avec l'échelle 75 coopèrent plusieurs index régulièrement espacés 78 , disposés à la périphérie de la pièce 63, dont un index est toujoum en coïncidence avec un point de référence de l'enveloppe 51. Les filetages du boulon 62 et de l'écrou 73 sont de préférence multiples, de'façon à permettre plusieurs positions de départ pour l'écrou 73 sur le boulon 62.
On peut se représenter comme suit le fonctionnement du disposi- tif : quand la vitesse de rotation de l'arbre 52 ]marie, la force centrifuge agit sur les poids 56 et infléchit le ressort 55, de manière à déplacer le con- -tact 57 à la rencontre du contact 60 ou en sens inverse. La position du con- tact 60 est déterminée par la position angulaire de l'écrou de réglage 73 car, l'écrou'73 ne pouvant pas être déplacé axialement parce qu'il bute contre la surface de la pièce 63, l'action des filetages fait déplacer le boulon 62 axia- lamant pour obéir au mouvement de rotation de l'écrou.
Par suite des différen- ces dans les pièces fabriquées, dont les plus grandes peut-être sont dans les caractéristiques du ressort 5, il est impossible d'espérer que les contacts de chaque commutateur viennent toucher exactement, pour la même vitesse de rota- tion de l'arbre 52, avec l'écrou de réglage dans la même position de chaque commutateur, par exemple dans la position normale pour le point moyen 50 à la partie supérieure de l'échelle (à moins qu'on ne dispose de moyens de réglage appropriés).
Comme indiqué déjà, un tel résultat est désirable et on y parvient grâce à la pluralité des trous 64 et 35 de la pièce 63 rendant cette pièce par- faitement réglable- Ainsi, quand les commutateurs sont assemblés, on peut les faire fonctionner à la vitesse normale désirée, et l'écrou 73 peut être placé
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dans sa position normale désirée et s'en maintenir, tandis que la pièce 63 tourna dans le sens voulu, de sorte que le mouvement axial du boulon 62 dans l'écrou 73 déplace le contact 60 par rapport au contact 57.
Les trois vis 66 peuvent être insérées dans les trois trous 64 qui sont le plus près* de cor- respondre aux trous filetés des oreilles ou saillies 67. Comme les trous 64 sont voisins, l'avance du contact 60, pour chaque déplacement ou décalage d'un trou au trou suivant, est extrêmement faible, de sorte qu'il est possible de procé- der à un réglage très précis.
Cependant, l'invention n'est pas limitée à l'uti- lisation de plusieurs trous très peu distants, mais elle comporte évidemment tous moyens µéquivalents permettant de fixer, par des moyens réglables, la piè- ce 63 en position, et il est clair qu'on pourrait dans ce but imaginer beau- coup de variantes du dispositif donné à titre d'exemple: notamment en substi- tuant des encoches incurvées aux trous 64, ou en substituant une pièce de fixa- tion circonférentielles aux vis du dessin, sans s'éloigner de 1!invention sous ses aspects les plus généraux. L'encoche 76 est prévue pour permettre l'inser- tion ou l'enlèvement des vis 66 qui, autrement, seraient couvertes par l'échel- -le 75. Ainsi, en tournant l'écrou 73, on peut découvrir tour à tour chacune des têtes de vis 66.
Il est évident que trois dents placées à 120 degrés de distan- ce pourraient être utilisées, de sorte qu'on pourrait retirer toutes les vis 66 sans tourner l'écrou 73, mais sans pour cela s'écarter du domaine couvert par l'invention sous ses aspects les plus généraux.
Un autre rôle important et différant du dispositif réglable appli. qué à la pièce 63 est qu'elle permet de compenser l'usure des contacts, sans dérégler l'écrou de réglage 73. Ainsi, quand les contacts s'usent, la pièce 63 peut être tournée dans le sens'voulu, soit dans le sens opposé à celui des ai- guilles d'une montre pour le cas représenté au dessin, puisque le boulon 62 et l'écrou 73 sont pourvus de filetages à gauche, de patites variations suffisant pour que le réglage nonnal de la vis 73 continue à correspondre à la vitesse normale de rotation de l'arbre 52, quand les contacts se touchent- Un réglage auxiliaire grossier peut aussi convenir, sans nécessiter de faire tourner la pièce 63, ce qu'on fait par exemple en retirant simplement l'écrou 73 et en l'engageant sur le boulon 62,
à partir d'une autre position de départ (ce qui est rendu possible par l'existence, dans ce dispositif, de plusieurs filetages appropriés-
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La vis d'arrêt 68 est prévue pour limiter la portée du réglage du contact 60 à un tour de l'écrou 23, car, sans cela, il y aurait plusieurs posi- tions angulaires de l'écrou et plusieurs vitesses pour chaque lecture de l'é- chelle. Ainsi, quand l'écrou 73 tourne, l'ailette 27 engage la vis 68 et empê- che qu'il y ait plus d'un tour de la vis. Pour permettre le réglage par rotation de la pièce 63, la vis 68 est vissée dans différents trous 65, de sorte que l'é- tendue du réglage de l'écrou 73, sur chaque coté de sa position normale, peut rester la même, ce qui évidemment ne serait pas le cas si la vis 68 n'était pas réglable dams la pièce 63.
Bien qu'on ait précisé le fonctionnement des moyens objet du bre- vet, on doit comprendre que l'invention n'est pas limitée à ces dispositions, puisqu'on peut utiliser d'autres dispositifs pour équilibrer le circuit de char- geu et qu'en outre les oscillations émanant de ce circuit de chargea peuvent être fournies à différents types de circuits. Les dispositions inspirées de cet- te observation tomberaient évidemment dans le cadre du présent brevet, comme les dispositions indiquées ci-dessus à titre d'exemple et non limitatif.