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Perfectionnements aux moteurs. à oourant continu dans le but d'obtenir une montée en vitesse rapide.
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Dans la demande de brevet#a d6pos6e par les deman- deurs. 1e 15 décembre 1941 sous le nùz$µ,q8flµ 'pour "Perfeotionne- , ' ?. -/''a'%.
. monta' aux moteurs: électriques à courant continuà variation de
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..vitesse par le champ et à leur.appareillage de commande", on a décrit un dispositif psrmettantdobtenirus montée en vitesse rapide dans lesmoteurs, du type en question* Le procédé utilisé dans ce but consistait essentiellement à effectuer la montée en vitesse suivant une caractéristique supérieure à celle de la
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vitesse qui doit Otre normalement atteinte et a. passer à cette dernière vitesse par modification ou aplatissement de ladite
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caractéristique de vitesse supérieure.
Four cela, on introduisait dans le circuit d'excitation, peu après le démarrage, une résis- tance supplémentaire tendant à réduire le champ au-delà de la va- leur correspondant à la vitesse à atteindre, puis à éliminer, à un moment donnée cette résistance supplémentaire, pour qu'en dé- finitive la réduction de champ finale soit celle qui corresponde à la vitesse à attëindre.
La présente invention a pour objet d'appliquer un procé- dé analogue à celui qui vient d'être rappelé aux moteurs' à courant continu à variation de vitesse par la tension (groupe Léonard) ou à variation de vitesse simultanément par le champ et par la tension.
L'invention vise également des perfectionnements à l'ap- pareillage décrit dans la demande de brevet précitée pour obtenir cette montée en vitesse rapide, ledit appareillage perfectionné étant en outre applicable, à quelques variantes près aussi bien aux moteurs à. variation de vitesse par la tension (ou par le champ et la tension simultanément) qu'aux moteurs à variation de vitesse par le champ.
L'appareillage perfectionné qui fait l'objet- de l'inven- tion comporte essentiellement :
1 ) deux résistances dites de surréglage, l'une en série et l'autre en parallèle avec le rhéostat d'excitation ( du moteur ou de la génératrice du groupe Léonard)t
2 ) deux contacts dits de surréglage sont montés dans le circuit d'une des résistances précitées, introduite momentané- ment en parallèle avec le rhéostat de champ dans le circuit d'exci- tation (ou isolée momentanément), une des borne* de chacun de ces d-ux contacts étant reliée respectivement à chacune des bornes;
de la seconde résistance précitée montée en série avec ledit rhéostat et susceptible d'être court-circuitée en totalité ou en partie par
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les deux contacts de surréglage;
30) unoontacteur de surréglage commandant les deux contacts: précités et place dans un circuit comportant un contact actionné par un relais différentiel dont les enrou- lements sont alimentés; l'un par un circuit à tension constante (réseau ou excitatrice du groupe Léonard)) et de résistance va- riable dont l'intensité est proportionnelle à la vitesse dési- rée, l'autre, dont l'intensité est à chaque instant proportion- nelle à la vitesse réelle du moteur, étant alimentée par une magnéto entraînée par ledit moteur ;
4 ) un dispositif de sécurité permettant de supprimer l'action du dispositif de surréglage au cas où le circuit de la magnéto précitée viendrait à être coupé *-
Sur le dessin annexé,, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation de l'in- vention..
Sur ce dessin;
La figure 1 est un diagramme montrant l'augmentation du champ de la génératrice d'un groupe Léonard, avec utilisa- tion d'un dispositif de surréglage, conformément à l'invention et sans utilisation de ce dispositif';
La figure la est un diagramme analogue mais se rappor- tant à la réduotion de champ dans un moteur à variation de vi- tesse par le champ
La figure 2 est un diagramme donnant la valeur de la vitesse V en fonction de la course 0 d'un organe entraîné avec; surréglage et sans surréglage;
La figure 3 est un schéma du cirouit d'excitation per- fectionné conformément à l'invention pour un moteur à variation de vitesse par le champ;
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La figure 4 est un schéma des circuits de contrôle pour la commande dps contacts de surréglage représentés sur la figure 3.
Les figure la et 2 sont des diagrammes qui rappellent le procédé décrit dans la demande de brevet suisse précitée pour obtenir une montée en vitesse rapide dans les moteurs à courant continu à variation de vitesse par le champ, tandis que la figure 1 est un diagramme qui montre l'application d'un procédé analogue pour les moteurs à courant continu à vana- tion de vitesse par la tension (groupe Léonard).
On va tout d'abord se reporter à ces diagrammes pour décrire, et, en ce qui concerne les moteurs à variation de vi- tesse par le champs rappeler le procédé de montée en vitesse rapide utilisé conformément à l'invention.
On sait que dans les moteurs à courant continu à variation de vitesse par le champ ou par la tension, les modi- fientions de vitesse sont obtenues par la variation du courant dans un circuit inducteur présentant une self importante! - le circuit d'excitation d'un moteur dans le premier cas; - le circuit d'excitation d'une génératrice dans le second cas.
Les variations d'intensité, dans de tels circuits, ne sont pas instantanées et sont fonction du temps. Sur le diagramme de la figure 1, on a représenté en traits fins la, variation de l'intensité i en fonction du temps t, lors de l'accroissement d'intensité de il à i'1 et, partie en traits forts, partie en pointillés, l'accroissement d'intensité de i1à (i2 (i2 > i'1) dans le circuit d'excitation de la général trice d'un groupe Léonard.
Sur le diagramme de la figure 1a,
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on a représenté également en traits fins cette même variation de l'intensité, lors de l'abaissement d'intensité de il 1 à i1, et, partie en traits forts, partie en-pointillés, l'abaissement d'intensité de il 1 à il 2 (i'2 < il) dans le circuit d'excita- tion d'un moteur à variation de vitesse par le champs
Sur la figure 1 (moteurs à variation de vitesse par la tension), on constate qu'en suivant: la courbe i1-i2, on obtient la valeur i'1au bout d'un temps t'1plus court-que le temps t1 relevé pour la montée normale de il à i'1.
Pour obtenir rapidement une variation d'intensité de i1 à 1'1' on peut donc utiliser une caractéristique supérieure : i1-i2, et la quitter lorsque l'on atteint la valeur : i'1, ainsi qu'on l'a représenté en traits' forts: sur le diagramme de la figure 1. inversement, sur le diagramme de la figure la (moteurs à variation de vitesse par le champ), pour obtenir rapidement une variation d'intensité de, i'1 à il, on peut utiliser une caractéristique inférieure i'1-i'2, et la quitter lorsque l'on atteint la valeur il on constate que l'on obtient la valeur ilsur la courbe i'1-i'2 en un temps t'2 plus court que le temps t relevé pour la descente normale de i'1 à il.
La variation de i'1 à i1 (figure la) peut représenter la réduotion de champ nécessaire pour atteindre la vitesse V1 recherchée avec un moteur à variation de vitesse par le champ; de'.même, la variation de il à i'1 (figure 1) peut représenter l'augmentation de champ de la génératrice d'un groupe Léonard pour obtenir la vitesse V1 recherchée au moteur commandé par ce groupe. Les intensités i (figure 1)et i'2 figure la) corres- pondraient, dans les deux' cas envisagés, à une vitesse V2 supé- rieure à V1.
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L'utilisation des caractéristiques d'intensité indiquées ci-dessus (courbes en traits forts des figures 1 et la) pour obtenir plus rapidement les variations d'intensité nécessaires à la montée en vitesse d'un moteur, conduisent ainsi à réaliser cette montée en vitesse sur une caractéristique de vitesse V2 supérieure à la vitesse recherchée V1.
C'est ce qu'on a représenté sur le. diagramme de la figure 2 qui représente la vitesse V du moteur, ou d'un organe entraîné par lui, en fonction de la course C parcourue par cet organe.
Pour obtenir une vitesse V1, on parcourt normalement- la course C1, suivant la caractéristique normale, représentée en traits fins.
Pour obtenir une vitesse V2 supérieure à V1, on parcourt normalement la course C2, suivant la caractéristique représentée partie en traits forts, partie en traits pointillés. On cons- tate que, sur cette caractéristique V , on attient la vitesse V1 sur une course C'1 inférieure à C1.
Le procédé utilisé, suivant l'invention, pour obtenir. une montée en vitesse rapide, aussi bien dans les moteurs. à variation de vitesse par la tension que dans les moteurs à va- riation de vitesse par le champ, consiste, lorsqu'on veut obte- nir une vitesse V1, à réaliser une montée en vitesse sur une caractéristique supérieure V2, jusqu'à l'obtention de la vites- se recherchée V1, et à maintenir ensuite cette vitesse V1,sui- vant la caractéristique accélérée représentée en traits forts sur la diagramme de la figure 2.
On va décrire maintenant l'appareillage perfectionné qui peut être utilisé, conformément à l'invention, pourla mise en oeuvre du procédé qui vient d'être indiqué. On décrira
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d'abord la partie de cet appareillage utilisée pour obtenir la montée en vitesse sur une caractéristique supérieure V2 et ensuite celle qui est utilisée pour limiter la montée en vitesse à la vitesse désirée V1. a) Dispositif utilisé pour réaliser' une montée en vitesse sur une caractéristique supérieure V2.
Dans ses caractères'généraux,. ce dispositif est le même, que la variation de vitesse ait lieu par variation de champ du moteur, ou par variation de tension (c'est-à-dire, dans ce dernier cas, par variation de champ d'une génératrice).
Le schéma du circuit d'excitation (du moteur ou de la génératrice) tel qu'il est modifié conformément à l'invention, a été représenté sur la figure 3. Ce circuit comporte: l'en- roulement d'excitation 12, une résistance fixe 2, un rhéostat d'excitation 3 réglable au moyen d'un curseur- 4. Un contact la permet, lorsqu'il est fermé, de mettre en parallèle une résistance fixe 5 sur le rhéostat d'excitation 3; un second contact 1b, fermé en même temps; que la permet, lorsqu'il est fermé, de court-circuiter en totalité ou partie la résistance fixé 2.
Les contacts: la et 1b, dits contacts de surréglage, dépendent d'un contaoteur 1, dit de surréglage (placé sur les circuits de contrôle qui seront décrits- par la,,.,suite et qui ont été représentés sur la figure 4).
En service normal, les oontacts de surréglage sont ouverts s'il s'agit du circuit d'excitation d'une génératrice et fermés s'il s'agit du circuit d'excitation d'un moteur,
On détermine les valeurs ohmiques des résistances fixes 2 et 5 et du rhéostat d'excitation 3 en tenant compte de la position normale (qui vient d'être indiquée) des contacts
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de surréglage la et 1b.
Lors de la montée en vitesse (et jusqu'à obtention de la vitesse désirée V1),les contacts de surréglage sont mainte- nus en position inverse de celle qu'ils doivent conserver en . service normal, c'est-à-dire que, pendant la montée en vitesse, les contacts de surréglage sont maintenus fermés s'il s'agit du circuit d'excitation d'une génératrice et sont maintenus ou- verts s'il s'agit du circuit d'excitation d'un moteur.
On a vue que, s'il s'agit d'un moteur, pour réaliser une montée en vitesse sur une caractéristique de vitesse V1 supérieure à la vitesse désirée V1, il convient d.e réaliser cette montée en vitesse suivant une caractéristique de réduc- tion dechamp i'1-i'2,au lieu dela caractéristique normale i'1-i1 et telle que i'2 est inférieur à i1.
Dans ce cas,. pendant la montée en vitesse, la résis- tance du circuit d'excitation devra donc être supérieure à celle de ce même circuit en service normal, et les contacts de surréglage la et 1b seront maintenus ouverts, la résistance totale du circuit d'alimentation correspondant alors à l'inten- sité : i'2 (en régime étnbli).
En service normal (contacts la et 1b fermés), la résis- tance totale du circuit d'excitation correspondra à l'intensité il (en régime établi).
In versement, on a vu que, s'il s'agit d'une génératrice, pour réaliser une montée en vitesse sur une caractéristique de vitesse V2 supérieure à la vitesse désirée V1, il convient de réaliser cette montée em vitesse suivant une caractéristique d'augmentation de champ : i1 - i2, au lieu de la caractéristi- que normale : i1 - i'1, i2 étant supérieur à i'1.
Dans ce cas, pendant la monée en vitesse, la résistance
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du circuit d'excitation devra être inférieure à celle de ce même circuit en service normal, et les. contacts, de surréglage la et 1b seront maintenus fermés, la résistance totale du cir- cuit d'excitation correspondant alors à l'intensité i2 (en régime établi),
En service normal, (contacts la et 1b ouverts), la ré- sistance totale du circuit d'excitation correspondra à l'inten- sité i'1 (en régime établi).
Le dispositif adapté pour réaliser,le surréglage, qu'il s'agisse de l'excitation d'un moteur ou d'une génératrice,, re- pose sur les considérations suivantes :
La valeur ohmique de la résistance fixe 2 est inférieure (ou au plus égale) à celle de l'enroulement d'excitation 12.
Au contraire, la valeur ohmique du rhéostat d'excita- tion 3 est généralement beaucoup plus grande que celle de l'enroulement 12, surtout si les variations .de vitesse deman- dées sont importantes, étant donné la faible valeur de la résistance 2 par rapport à celle du rhéostat 3.
Lorsque le curseur 4 court-circuite la totalité du rhéos- tat 3, le contact de surréglage la est pratiquement sans action sur le circuit car ce curseur court-circuite en même temps la résistance 5; le contact de surréglage 1b agit seul, et la valeur ohmique de la portion court-circuitée par ce contact se déterminera suivant l'importance du surrélage désiré lors de l'emploi du champ maximum*
Ce peut âtre, par exemple :10, 15 ou 20% de l'inten- sité correspondant à ce champ.
Lorsqu'au contraire, le curseur 4 laisse en service la totalité ou une part importante du ostat d'excitation 3, l'action du contact de surréglage 1b est pratiquement nulle,
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tandis que celle du contact de surréglage 1a devient prépondé- rante, étant donné les valeurs relatives de la résistance 2 et du rhéostat 3.
On déte minera la valeur ohmique de la résistance 5 suivant l'importance du surréglage désiré lors de l'emploi du champ réduit,
Ce peut être, par exemple, 10, 15 ou 20% de l'intensi- té correspondant à ce champ, ou toute autre valeur, d'ailleurs indépendante de celle choisie lors de l'emploi du champ maximum.
Par l'emploi judicieux des résistances 2 et 5, on peut également réaliser un surréglage pratiquement constant d'un bout à l'au- tre du réglage du rhéostat 3.
On remarquera que la présence des résistances 2 et 5 permet, par l'ajustement de leurs valeurs ohmiques,de corriger de façon simple et pratiaue, d'un bout à l'autre de la gamme de réglage, les caractéristiques du circuit d'excitation dont les valeurs , prédéterminées par le calcul, demandent généralement à être ajustées lors des essais du matériels b) Dispositif utilisé pour limiter la montée en vitesse à la vitesse désirée V1.
Le contacteur de surréglage 1 qui porte les contacts-. la et 1b précités, est contrôlé par le contact 6a d'un relais différentiel comportant deux bobinages en opposition : 6 et 6' (voir figure 4).
Le bobinage 6' est pris sur le circuit d'une magnéto 7 à courant continu entraînée, directement ou non, par le moteur et utilisée comme tachymètre de l'appareil commandéLes ampè- res-tours de ce premier bobinage sont, à tout instant proportion- nels à la VITESSE REELLE du moteur*
Le bobinage 6, en opposition avec le premier bobinage 6',
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est alimenté par un'circuit à'tension constante (réseau ou exci- tation du groupe Léonard, suivant le cas), et à résistance va- riable, dont l'intensité est proportionnelle à la vitesse dési- ré e V1.
Cette intensité proportionnelle à la vitesse désirée est obtenue par l'emploi d'un rhéostat auxiliaire 8 mécanique- ment solidaire du rhéostat de champ 3 du moteur,(vu de la géné- ratrioe), de sorte que lea ampères-tours de ce second bobinage 6 sont proportionnels à la vitesse V1 que l'on désire obtenir pour le moteur.
Pratiquement,, le rhéostat de champ 3 et le rhéostat auxiliaire 8 peuvent généralement avoir un curseur électrique- ment commun, ce qui simplifie la réalisation de ce rhéostat double,
Sur le schéma de la figure 4, Il désigne un volt-mètre gradué en tours ou mètres/minute, voltmètre qui est placé en parallèle sur le circuit de la magnéto 7 entraînée par le moteur.
Le'fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant t
Dès la fermeture du circuit, les ampères.-tours du bobi- nage 6 mettent en action le relais différentiel 6-6'.
La mise en action du relais différentiel déplace son contact 6a à fermeture (ou à ouverture), ce qui a pour effet de provoquer (ou de faire cesser) l'excitation du contacteurl, suivant que le surréglage, a lieu pour la fermeture (ou l'ouver- ture) des contacts, la et 1b, o'est-à-dire suivant qu'il s'agit du circuit d'excitation d'une génératrice 'de groupe Léonard, (ou d'un moteur à variation de vitesse par le champ).
Au fur et à mesure de la montée en vitesse du moteur,, les ampères-tours, du bobinage 6' croissent (circuit tachymètre)-,
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ils sont, à tout instant, comme on l'a vu, proportionnels à la vitesse réelle du moteur.
Lorsque celle-ci atteint la valeur désirée V1,réglée par le rhéostat d'excitation, les ampères-tours des deux bobi- nages 6 et 6' sont égaux* Comme ils sont en opposition, leur résultante est nulle;: et le relais différentiel, précédemment mis en action par le bobinage 6, est mis hors d'action sous l'effet d'un ressort de rappel.
On conçoit que le contact 6a pourrait être indifférem- ment à fermeture ou à ouverture, quelle que soit la nature du circuit d'excitation envisagée; il suffirait alors que les contacts de surréglage la. et Il? soient eux-mêmes à ouverture ou à fermeture, suivant la position à obtenir des contacts la et 1b pendant le surréglage.
Sur le schéma de la figure 4, on a également représenté un dispositif de sécurité pouvant être adjoint au dispositif de surréglage, et destiné à supprimer ce surréglage dans le cas où le circuit tachymètre viendrait à être coupé. Dans ce cas, et sans ce dispositif de sécurité, le surréglage reste- rait abusivement en service, et la vitesse pourrait orottre jusqu'à la vitesse V2 correspondant à la caractéristique du sur- réglage (diagramme dp la figure 2).
Le schéma de la figure 4 représente, à titre d'exemple, le dispositif de sécurité appliqué au cas où. le contact 6a du relais différentiel est un contact à fermeture.
Ce dispositif comporte : un relais dont l'enroulement 9, sur le circuit tachymètre, est branché en série avec ; l'en- roulement 6' du relais différentiels Le contact 9a de ce re- lais 9 contrôle le contact 6a du relais différentiel.,
Le contact 9a est shunté par le contact chronométrique
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à ouverture 10, temporisé à l'ouverture, placé sur le 'contacteur de marche.
Le relais, 9 est tel que, même pour la vitesse minimum de régime du moteur, la fermeture de son contact 9a ait lieu avant l'ouverture du contact chronométrique 10 et permet, d'as- surer l'alimentation du contacteur de surréglage 1 aussit8t que se produit la fermeture du contact 6a du relais différentiel.
En cas de coupure ou de mauvais contact sur le circuit tachymètre, le relais différentiel, mis en action par le bobi- nage 6, ne pourrait plus être mis hors d'action,le bobinage 6' n'étant pas alimenté dans l'hypothèse envisagée. Le relais 9, n'étant pas non plus alimenté, puisqu'il est également placé sur le circuit tachymètre supposé coupée le contact 9a restera ou- vert, et lors de l'ouverture de contact ohronomètrique 10 le contacteur 1 cessera d'être exoité, ce qui aura pour effet de supprimer le surréglage.
La montas en vitesse continuera alors; suivant une caractéristique normale ;: O- V1, au lieu d'avoir lieu suivant une caractéristique supérieure t 0 - V2 (diagramme de la figure 2), autrement dit, en cas de dérangement dans l'ap- pareillage de montée en vitesse rapide conforme à l'invention, le fonctionnement redeviendrait simplement normal,, tel qu'il était antérieurement.
Si le contact 6a était un contact à ouverture, un dis- poqitif analogue serait appliqué, mais avec cette différence que le contact 9a serait un contact à ouverture et disposé en parallèle aveo le contact 6a, ces deux contacts étant eux-mêmes en série avec un contact'chronométrique à fermeture 10 tempo- risé à la fermeture.
On'voit d'après ce qui précède que le procédé et l'ap- pareillage qui font l'objet de l'invention permettent, d'obtenir
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une montée en vitesse très rapide, aussi bien dans les moteurs courant continu à variation de vitesse par la tension (groupe Léonard) que dans les moteurs à courant continu à variation de vitesse par le champ.
Il est évident en outre que ce procédé et cet appareillage sont également applicables aux moteurs à courant continu à variation de vitesse simultanément par le champ et par la tension. On voit également que 19appareillage comporte en outre un dispositif de sécurité qui empêche la vi- tesse du moteur de croître au-delà de la valeur de régime fixée en cas de dérangement de 1'appareillage de montée en vitesse rapide
Le procédé et l'appareillage ci-dessus décrits- s'appli- quent particulièrement, bien que non exclusivement, aux moteurs de commande de machines-outils tels que raboteuses- où ils permet- tent de réaliser un gain de temps- appréciable dans la partie active de la course de la machine et une plus grande vitesse de fonctionnement,
plus spécialement dans les machines à fai- ble course ; dans les machines antérieures en effet, étant donné cette faible course et la montée en vitesse relativement lente, on n'avait pas le temps d'amener, avant la fin de la course) la table de la raboteuse par exemple à une vitesse de régime élevée et stabilisée, ce qui empêchait l'accroissement du ren- dement de telles machines*La présente invention permet de remédier à cet inconvénient
Il est entendu toutefois que ladite invention s'applique non seulement à la commande de telles machines.-outils, mais à celle de tous autres' appareils ou machines, spécialement aux machines et appareils à mouvements alternatifs tels quet lami- noirs, machines d'extraction, ascenseurs,machines d'imprimerie machines à papier, machines textiles, etc....
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Il est évident en outre que des modifications pourraient être apportées dans les détails de réalisation de l'appareillage décrit et représenté, spécialement pour tenir compte de 1'appli- . cation envisagée, sans; que l'économie générale de l'invention s'en trouve pour cela altérée..
Il est à noter enfin que les, caractéristiques générales. de la présente invention pourraient être également combinées avec tout ou partie des caractéristiques décrites dans les demandes de brevets français déposées par les demandeurs le
24 Juin 1941 pour "Dispositif permettant d'assurer une réparti- tion convenable des charges entre des machine$ électriques, à cou- rant continu'* et le 15 Décembre 1941 pour "Perfectionnements aux moteurs électriques à courant continu à variation' de vi- tesse par le champ et à leur appareillage de commande".
-REVENDICATIONS -
1 ) Procédé pour obtenir une montée en vitesse rapide des moteurs à courant continu à variation de vitesse par le champ ou par la tension ( ou simultanément par les deux) pro- cédé essentiellement caractérisé par le fait qu'on effectue cette montée en vitesse suivant une caractéristique de vitesse
V2 supérieure à la vitesse recherchée V1 jusqu'à l'obtention de cette vitesse V1, la caractéristique de vitesse V2 étant alors, abandonnée pour maintenir la valeur V1 désirée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.