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Systèmes de commande par génératrices de régulation.
L'invention concerne les systèmes de commande électriques, et en particulier la commande des moteurs à courant continu à excitation variable.
En utilisant une génératrice de régulation avec un en- roulement inducteur dénommé pilote pour la commande de l'excita- tion d'un moteur, la génératrice de régulation suit très rapide- ment les changements de réglage de l'excitation pilote, ce qui est généralement une caractéristique intéressante de ces généra- trices de régulation. Cependant, dans certains cas, une varia- tion brusque dans l'excitation du moteur produit un courant exagéré dans le rotor du moteur pendant la période de transition, pendant que le moteur accélère ou freine en passant d'une vitesse à l'autre.
Suivant l'invention, on supprime ces difficultés en mu- nissant la génératrice de régulation d'un inducteur de compensa-
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tion qui est alimenté en opposition avec l'inducteur pilote pendant une période de transition suivant un réglage de l'exci- tation de l'inducteur pilote.
De préférence;, l'inducteur de compensation est alimen- té en fonction de la différence entre la tension de sortie de la génératrice de régulation et la tension appliquée à l'inducteur du moteur.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, on emploie une génératrice de régulation pour alimenter l'inducteur d'une excitatrice envoyant de l'énergie électrique à l'induc- teur d'un moteur dans un système de commande à. tension varia- ble. L'inducteur pilote de la génératrice de régulation est ali- m'enté sous la commande d'un commutateur principal, et l'induc- teur différentiel est alimenté en fonction du courant appliqué à l'inducteur du moteur. L'emballement est réduit grâce à un in- ducteur anti-emballement alimenté suivant l'importance du cou- rant; inducteur du moteur.
Les valeurs de pointe du courant d'in- duit du moteur autrement atteintes,lorqu'on augmente brusque- ment l'excitation du moteur, sont réduites au moyen d'un indue- tour de compensation alimenté en fonction de la différence en- tre les tensions de sortie de la génératrice de régulation et de l'excitatrice envoyant de l'énergie électrique à l'inducteur du moteur. L'inducteur de compensation est connecté de toile façon ou'il s'oppose à la force magnéto-motrice de l'inducteur pilote et freine ainsi la vitesse d'accroissement de la tension de sor- tie de la génératrice de régulation.
Une forme d'exécution choisie de l'invention est renrré- sente à titre d'exemple dans le dessin annexé.
La figure 1 donne un schéma du système de commende du moteur.
La figure 2 montre une série de courbes caractéristiques du fonctionnement, indiquant le perfectionnement obtenu dans le
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système représenté à la figure 1, par rapport aux systèmes non conformes à l'invention.
Dans la figure 1, la référence 10 désigne dans son en- semble un système de commande pour un moteur réversible principal 12 relié à un système à tension variable alimenté par une géné- ratrice principale 13.
Le moteur principal 12 comprend un induit 14, un induc- teur principal 15, un inducteur limiteur de courant 16 et un inducteur de compensation 17. L'inducteur de compensation 17 est mis en série avec l'induit 14 pour alimenter la génératrice principale 13 comprenant un induit 18 avec un inducteur de com- pensation 19 et un inducteur principal 20.
La tension de sortie de la génératrice principale 13 se règle en variant l'alimentation de l'inducteur principal 20, celui-ci étant relié à une source d'énergie électrique telle qu'une excitatrice 22. Celle-ci comprend un Induit 23 entraîné par un moteur 24, et un inducteur 25. Celui-ci est alimenté par une génératrice de régulation 27 à induit 28, inducteur anti- emballement 29, inducteur à auto-excitation 30, inducteur diffé- rentiel 31 et inducteur pilote 32.
L'inducteur pilote 32 est connecté à une source conve- nable d'énergie électrique, pour son alimentation variable, par l'intermédiaire d'une série de résistances de réglage 34, 35 et' 36 au moyen de relais "marche avant" et "marche arrière" 38 et 39 à enroulements 40 et 41 alimentés par l'intermédiaire d'un contacteur principal 43 qui peut être du type à tambour.
L'inducteur différentiel 31 est relié aux bornes de l'in- duit 18 de la génératrice principale de façon à être alimenté en concordance avec la tension de sortie de la génératrice et dans un sens tel qu'il s'oppose à la force magnétomotrice de l'inducteur pilote 32.
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L'inducteur à auto-excitation 50 est relié en série avec 1''inducteur principal 20 et l'induit 23 de l'excitatrice 22 de façon à. être alimenta en concordance avec le courant induc- tei-ir de la génératrice principale. L'inducteur anti-emballement 29 est connecté en parallèle avec l'inducteur principal 20 et dans un sens tel qu'il s'oppose à la force magnéto-motrice de 1'inducteur à auto-excitation 30.
L'inducteur principal 15 du moteur 12 est alimenté par une excitatrice 45 comprenant un induit 46 et un inducteur 47.
L'excitatrice a un débit suffisant pour "forcer" l'ali- mentation de l'enroulement 15 de façon à effectuer des change- ments rapides dans la. marche du moteur. La tension de sortie de l'excitatrice 45 est réglée au moyen d'une génératrice de ré- gulation du moteur 50 comprenant un induit 51, un inducteur pi- lote 52, un inducteur différentiel 53, un inducteur anti-em- ballement 54, un inducteur limiteur de courant 55 et un induc- teur de compensation 56.
L'inducteur pilote 52 est alimenté de façon variable par une source convenable d'énergie électrique à travers une série de résistances de réglage 57, 58 et 59, au moyen du commutateur principal 43, de manière à pouvoir faire varier le débit de la génératrice de régulation 50. L'inducteur différentiel 53 est mis en série avec l'inducteur principal 15 et l'induit 46 de l'excitatrice 45 de façon à être alimenté en fonction du cou- rant inducteur du moteur et dans un sens tel ou''il s'oppose à la force magnétomotrice de l'inducteur pilote 52. L'inducteur anti- emballament 54 est mis en parallèle avec 1''Inducteur principal 15 de manière à être alimenté en concordance avec le courant appliqué à l'inducteur principal.
Les valeurs de pointe du courant d'induit'du moteur principal 12 sont limitées par l'utilisation d'une génératrice limiteuse.de courant 60 comprenant un induit 61, un inducteur
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limiteur de courant 62 et un inducteur court-circuité 64. La génératrice limiteuse de courant 60 est d'un type qui a une caractéristique de débit telle que la tension de sortie de la génératrice se maintient pratiquement à un niveau zéro jusqu'au moment où.le courant dans l'inducteur 62 atteint une valeur déterminée, la tension de sortie montant rapidement à partir de ce moment.
L'inducteur 62 de l'a génératrice 60 est alimenté en concordance avec le courant d'induit du moteur principal 12, étant par exemple, connecté aux bornes de l'inducteur de com- pensa.tion 17 en série avec une résistance de réglage 66 ser- vant à régler la valeur du courant d'induit limite que le moteur principal 12 peut atteindre. L'induit 61 est relié à l'inducteur limiteur de courant 16 du moteur principal et à l'inducteur li- miteur de courant 55 de la génératrice de régulation du moteur 50 au moyen de relais 67 et 68 "marche avant " et "marche arriè- re" ayant les enroulements 69 et 70 alimentés par l'intermédiai- re du commutateur principal 43.
Afin de limiter plus efficacement les valeurs de pointe du courant d'induit du moteur principal 12 pendant sa marche en génératrice lorsque le courant de l'inducteur principal 15 aug- mente par l'actionnement du commutateur principal 43 shuntant les résistances de réglage 58 et 59, l'inducteur de compensation 56 est disposé pour alimenter dans des conditions et un sens tels, qu'il s'oppose à la force magnétomotrice de l'inducteur pilote 52. Dans ce but, l'enroulement 56 est connecté entre une borne de l'induit 51 de la génératrice de régulation, et une prise va- riable 72 d'un diviseur de tension 73 mis aux bornes de l'in- duit 46 de l'excitatrice 45 du moteur.
De cette manière, l'in- ducteur de compensation 56 sera alimenté en concordance avec la différence entre la tension de sortie de la génératrice de régulation du moteur 50 et une partie désirée quelconque de la
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tension de sortie de l'excitatrice du moteur 45, et uniquement quand une telle différence existe. La prise 72 est réglable de manière à pouvoir faire varier l'influence de l'enrotlement 56. Un dispositif à courant continu, tel au'un redresseur 75, estmis en série avec l'inducteur de compensation 56 afin d'em- pêcher que cet enroulement ne soit alimenté quand le commutateur principal 43 est actionna dans le sens de réduction du courant de l'inducteur principal 15.
Afin d'obtenir à la génératrice une tension relative- ment élevée chaque fois que le courant du moteur 12 estbrus- quement augmenté, un relais de courant 78 ason enroulement 79 mis en série avec l'inducteur principal 15 du moteur 12. Un re- lais de commande auxiliaire 82 a son enroulement d'excitation 83 alimenté par une source appropriée d'énergie électrique à tra- vers le contact 78a normalement fermé du relais de courant 78.
Le relais auxiliaire 82 shunte les résistances de réglage 35 et 36 de façon que la tension de sortie de la génératrice princi- pale 13 soit relativement élevée chaque fois aue le commuta- teur principal 43 est actionné pour renverser la marche du mo- teur 18, cette action étant tellement rapide que le courant de l'inducteur principal 15 n'a pas le temps d'augmenter avant que le commutateur principal 43 commence à. réduire le courant de l'inducteur 30 de la génératrice principale, en étant amené dans sa position de sens de marche inversé.
Un relais de ten- sion 85 commande par la tension de La génératrice principale il% sert à shunter les résistances de réglage 58 et 59, de façon à maintenir une excitation du moteur relativement forte, chaque fois que la tension de la génératrice 13 estinférieure àune valeur déterminée;, en cours de fonctionnement.
Au point de vue fonctionnement du système, les relais "marche avant" 38 et 67 seront alimentés à travers le segment de contact 43a du commutateur principal 43, lorsque celui-ci
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est actionné dans le sens "marche avant!!. La tension de sortie de l'excitatrice du moteur 45, qui est déterminée par l'alimen- tation de l'inducteur pilote 52 de la génératrice de régulation d.u moteur, aura au départ une valeur maximum, les résistances de réglage 58 et 59 étant court-circuitées au départ par le conduc- teur 88 et le segment 43c du commutateur principal.
La tension de sortie de 'la génératrice principale 13 a. au départ une va- leur minimum, l'inducteur pilote 32 de sa génératrice de régu- lation 27 étant relié à la source d'énergie électrique en sé- rie avec les résistances de réglage 34, 35 et 36 à travers le segment 43c du commutateur principal.
Quand on déplace le commutateur principal 43 dans le sens "marche avant" et qu'on le fait passer par différentes positions, les résistances de réglage 36 et 35 sont court-cir- cuitées successivement de façon à augmenter le courant dans l'inducteur pilote 32 ce qui entraine l'augmentation de la ten- sion de sortie de la génératrice principale 13 et un accrois- sement de la vitesse du moteur principal 12. En poussant le commutateur principal 43 plus loin dans le sens "marche avant", on déconnecte le conducteur 88 du segment 43± et l'on met les résistances 58 et 59 en série avec l'inducteur pilote 52 de la .génératrice de régulation du moteur, par des déplacements suc- cessifs du commutateur principal, de façon à augmenter encore la vitesse du moteur principal 12.
Si le courant de l'inducteur pilote 52 augmente rapide- ment par le déplacement brusque du commutateur principal 43 en sens inverse de manière à court-circuiter successivement les résistances de réglage 59 et 58, le courant d'induit du moteur principal 12 tend à s'inverser et atteint une valeur de pointe relativement élevée dans le sens-opposé due à.la ré- cupération. Cependant, la tension de sortie de la génératrice de régulation du moteur. 50 augmente avant la tension de sortie de l'excitatrice du moteur 45 qu'elle commande et, de ce fait, un
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courant d'excitation sera poussé dans l'inducteur de compensa- tion courant dû à la différence entre les tensions de sortie de la génératrice de régulation 50 et de l'excitatrice 45.
Comme la force magnétomotrice de l'inducteur de compensation 56 s'oppose celle de l'inducteur pilote 52, la vitesse d'accrois- sement ce la tension de sortie de la génératrice de régulation 50, qui est déterminée par le courent dans l'inducteur pilote 52, sera réduite aussi longtemps qu'il y a une différence entre les tensions de sortie de la génératrice de régulation et de l'excitatrice, et cela à tout moment. Il s'ensuit que la ten- sion appliquée à l'inducteur principal 15 est réduite et que la vitesse de renforcement de l'excitation du moteur est diminuée.
Ce résultat peut être clairement-, observe en se référant aux courbes de la figure 2, dont les courbes en traits pleins a, b, c etd, représentent respectivement la tension (a) appli- quée à l'inducteur 15 du moteur, le courant (b) de l'inducteur de l'excitatrice 47, la tension de sortie (c) de la génératrice de régulation 50, et le courant, (d) de 1 inducteur 15 du moteur.
Ces courbes dcnnent les valeurs instantanées de ces quantités lorsque le commutateur principal 43 est manoeuvra pour augmen- ter le courant dans l'inducteur principal 15 du moteur princi- pal 12, la génératrice de régulation du moteur 50 n'avant nas d'inducteur de compensation 56 conforme 2, la présente inven- tion. Les courbes en pointillé a',b', c' et d.' représentent des valeurs correspondantes de ces quantités dans des condi- tions de fonctionnement semblables, la génératrice de régula- tion du moteur 50 (Vint pourvue, cette fois, d'un indue tour de compensation 53 conformeà la présente invention.
On remarquera que la pointe de tension relativement élevée de la génératrice de régulation 50, représentée par la courbe c, est forte@ent réduite comme le montre la courbe en pointillé c'.
Comme l'inducteur de compensation 56 de cette
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machine est alimenté en fonction de la différence entre la gé- nératrice de régulation 50 et l'excitatrice 45, tension de sor- tie, qui-:existe à cause de la réponse beaucoup plus rapide de la génératrice de régulation dont la tension de sortie doit évidemment monter avant celle de l'excitatrice qu'elle comman- de, 45, cette diminution de la tension de sortie de la génératri- ce de régulation se reflétant dans la tension appliquée à l'inducteur principal 15 du moteur 12, comme le montre la cour- be a'.
Quoique cette tension atteigne un maximum approximative- ment le même que celui en a, on remarquera que ce maximum de la courbe a' est atteint plus tard, à cause de l'effet retardateur de l'inducteur de compensation. Ce glissement de la courbe de tension résulte en unretard correspondant dans l'accroissement du courant d'excitation dans l'inducteur principal 15, ce qui est illustré par le décalage de la courbe d' par rapport à la courbe d. Par conséquent, 'l'accroissement du courant dans l'in- ducteur principal 15 se fait en un temps plus long, et les va- leurs de pointe du courant d'induit du moteur sont réduites.
Même si l'énergie cinétique produite dans le moteur principal 12 est proportionnelle au carré de la vitesse, la ré- duction de la vitesse initiale d'accroissement de l'excitation, due à l'action de l'inducteur de compensation 56, permet que l'énergie du moteur soit retournée régulièrement à la génératri- ce principale 13 et son moteur d'entraînement sans une pointe importante au début de la période de récupération.
Dès que la tension de l'excitatrice 45 du moteur est égale à celle de la génératrice de régulation 50, l'inducteur de compensation 56 n'est plus alimenté, de sorte qu'il n'influen- cera pas les caractéristiques normales de fonctionnement stable de la génératrice de régulation. Grâce à l'emploi du redres- seur 75, l'excitation du moteur principal 12 peut être diminuée
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sans agir sur l'alimentation de l'inducteur de compensation 56 serventà retarder le changement de courant dans l'inducteur principal 15.
La description précédente montre clairement que l'induc- teur de compensation 56 peut être utilise avec n'importe quel système de commande, à tension variable ou autres. En utilisant des conducteurs unidirectionnels 75 ayant la bonne polarité l'inducteur de compensation peut être utilisa pour limiter les valeurs depointe de courant d'induit provenant de variations dans l'excitation du moteur dans l'une ou l' au tre direction.
Enomettant le dispositif redresseur 75, l'inducteur de comnen- sati.on 56 peut être utilise pour retarder la variation de l'excitation dans les deux sens, si on le désire.