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DISPOSITIF DE REGLAGE ELECTRIQUE POUR COMMANDES A VITESSE VARIABLE.
Différents dispositifs ont déjà été proposés pour régler les com- mandes à vitesses variable, par exemple,celles d'appareils de levage, tels que les machines d'extraction. C'est, ainsi qu'on propose, pour les commandes en courant continu, d'insérer des résistances dans le circuit d'excitation ou dans le circuit d'induit de la machine, ou encore dans les deux. Un des dis- positifs de commande de ce type le plus connu est le "groupe Léonard", dans lequel on règle la vitesse du moteur à courant continu à excitation séparée en introduisant ou en retirant des résistances dans le circuit d'excitation de la génératrice à courant continu qui l'alimente.
Le réglage de la vitesse par insertion de résistances n'est cependant réaliable que- pour des commandes fonctionnant en courant continu,.
Si l'on emploie par exemple comme moteur de commande,, un moteur asynchrone raccordé au réseau., on peut il est vrai diminuer la vitesse lors de la levée de la charge, en introduisant des résistances, mais ces résistances lors de la descente de la charge, ne réduisent plus la vitesse, mais au contrai- re la font augmenter au-delà de la vitesse synchrone. Une diminution de vites- se en-dessous de la vitesse synchrone n'est donc possible que lorsque le moteur est chargé. Si il n'y a pas de chargea il faut en créer une, ce qui peut s'ob- tenir le plus simplement en appliquant le frein.
Le réglage de la vitesse en dessous de la valeur synchrone, à l'aide du frein;, peut s'effectuer à la main ou automatiquement,,
Pour faire varier automatiquement la vitesse selon une loi déter- minée, on peut mettre la commande sous la dépendance d'un dispositif+ copier faisant varier la vitesse en' fonction du chemin parcouru. Un tel contrôle de la vitesse peut, par exemple pour les machines d'extraction à moteur asyncb-ro- ne, pour lesquelles le réglage de la vitesse s'effectue à l'aide du frein., ê- tre réalisé hydrauliquement. On accouple dans ce but à l'arbre de la machine d'extraction une pompe de circulation dhuile . La quantité d'huile débitée par cette pompe pendant l'unité de temps est une mesure de la vitesse.
En cré- ant un étranglement de la conduite dhuile on obtient des pressions d'huile différentes selon la vitesse, que l'on peut utiliser pour actionner le frein.
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La vitesse de montée peut se régler en ajustant l'étranglement. Le réglage de l'étranglement s'obtient à l'aide d'un dispositif à copier (ou indicateur de profondeur) qui fait varier la vitesse d'extraction tout au long de la mon- tée de la cage dans le puits. On admet la vitesse la plus élevée dans le mi- lieu du puits; la vitesse est réduite à rapproche du fond ou de la surface;, pour devenir pratiquement nulle en fin de course. Pour pouvoir faire démarrer rapidement la cage, on prévoit pour chaque sens.de marche un dispositif d'étran- glement distinct, un seul d'entre eux agissant à la fois, grâce à un jeu de soupapes. Ce dispositif de réglage hydraulique assure une régulation très pré- cise de la vitesse, mais il est relativement coûteux.
Un autre moyen de contrôler la vitesse consiste à utiliser une génératrice auxiliaire à courant continu à excitation indépendante, entraînée par l'arbre de la machine d'extraction ou l'arbre du dispositif indicateur de profondeur. La tension engendrée par cette génératrice est une mesure de la vitesse.. Elle agit sur l'enroulement d'un régulateur, par exemple un régula- teur THCMAS, qui commande le frein.
Comme la génératrice à courant continu, même lorsque la machine d'extraction est à. l'arrêta doit encore fournir le cou- rant magnétisant de l'enroulement du régulateur il est nécessaire d'ajouter à la vitesse de rotation de la machine d'extraction une vitesse constante, de manière à entrainer la génératrice auxiliaire à une vitesse résultante éga- le à la somme de cette vitesse constante et de la. vitesse de la machine d'ex- traction. On peut par exemple obtenir ce résultat en entraînant la génératri- ce courant continu auxiliaire par un moteur asynchrone dont le stator, au lieu d'être fixe, est lui-même entraîné par l'arbre de la machine d'extraction...
Si le rotor du moteur asynchrone tourne dans le même sens que l'arbre de la machine d'extraction, ce qui s'obtient à l'aide d'un commutateur frotteur, on obtient de cette manière le résultat cherchée c'est-à-dire l'addition des deux vitesses. Le commutateur frotteur agit en sorte que lors de l'inversion du sens de marche de la machine d'extraction, le stator du moteur asynchrone en- traînant la génératrice-auxiliaire soit commuté. Ce dispositif présente l'in- convénient que l'inversion du sens de marche de la machine d'extraction entraî- ne celle du rotor du moteur asynchrone et de la génératrice auxiliaires. De plus, on ne peut utiliser un moteur asynchrone normal.
L'objet de l'invention est un dispositif de réglage électrique dans lequel ces difficultés sont éliminées.
Conformément à l'invention,, on utilise un moteur à bagues poly- phasé, dont la vitesse est proportionnelle à celle de la commande à vitesse variable, et dont la tension rotorique sert de mesure pour le réglage de la vitesse. On peut de cette manière utiliser un moteur asynchrone normal. La tension'qui apparait aux bagues de la machine est la tension rotorique à vide lorsque la machine est à l'arrêt; cette tension croît lorsque le rotor tourne en sens inverse du champ., et diminue lorsque le rotor et le champ tournant ont le même sens. Si l'on utilise pour le contrôle de la vitesse la zône dans laquelle le rotor tourne en sens inverse du champ on peut ainsi, lors du chan- gement du sens de marche de la machine d'extraction commuter le stator du mo- teur asynchrone à l'aide d'un commutateur trotteur.
De cette manière, on com- mute simplement le champ tournant, qui ne possède aucune inertie mécanique, au lieu d'inverser, comme c'est le cas lorsque l'on utilise une génératrice auxiliaire à courant continu et que l'on commute le champ tournante le sens de rotation du rotor en court-circuit du moteur asynchrone d'entraînement et celui du rotor de la génératrice à courant continu, lesquels ont tous deux une inertie mécanique.
Dans un développement ultérieur de l'invention, on pourra même éliminer le commutateur frotteur, en effectuant le contrôle à l'aide d'un champ alternatif dans la zône des vitesses élevées,, et à l'aide d'un champ tournant elliptique dans les zônes de ralentissement.
Dans les exemples de réalisation qui suivent,. on décrit tout d'a- bord des réalisations dans lesquelles on utilise un moteur asynchrone, dont le rotordans la zône de réglage, tourne en sens inverse du champ -tournante et dans lesquelles par conséquent le champ tournant doit être commuté à l'aide d'un commutateur frotteur, à chaque inversion du sens de marche de la machine,
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tandis que les exemples de réalisation qui suivent décrivent des dispositions. permettant d'effectuer la régularisation sans faire appel à un commutateur trotteur.
Dans la disposition représentée par la figure 1, on a prévu un moteur asynchrone triphasé 1 avec rotor à bagueso
L'enroulement statorique 2 est raccordé à un réseau triphasé.
Deux des phases de l'enroulement statorique peuvent être permutées, grâce aux contacts 5 d'un commutateur frotteur 4. Le rotor du moteur asynchrone est en- traîné par l'arbre 7 du dispositif indicateur de profondeur, par l'intermédiai- re d'un.accouplement représenté schématiquement en 6. Sur l'arbre de l'indi- cateur de profondeur est prévu un dispositif à frottement pour actionner le commutateur frotteur 4. Deux des bagues 3 du rotor sont raccordées à la bo- bine 10 d'un régulateur Thomas dans le circuit duquel est insérée une résistan- ce variable 11 qui détermine la vitesse que doit prendre la machine.
Pour ce faire, la valeur de cette résistance est ajustée à l'aide d'un dispositif à copier (constitué dans la réalisation dont il s'agit ici par un disque à cames 12), entraîné par le dispositif indicateur de profondeur. Deux contacts glis- sants 13 et 14 portent sur la résistance; le premier est actionné par le galet 15 et la came 16, et le second par le galet 17 et la came 18. La came 18 est située dans un plan différent de celui de la came 16. Les cames 16 et 18 peu- vent appartenir à un même disque ou à des disques différents. La valeur ajus- tée sur la résistance détermine la vitessp de montée. L'interrupteur frotteur 4 possède encore un contact supplémentaire 19 qui commute la résistance 11 lors- que l'on renverse le sens de marche du moteur.
Dès que la vitesse du moteur dépasse la valeur correspondant au réglage-de la résistance 11, la bobine ré- gulatrice 10 attire, et provoque, par application du frein, une diminution de vitesse, de sorte que le dispositif,de mesure revient en position de repos et libère le frein. Dans l'exemple de réalisation en question, on a représenté le cas où le galet 15 est en haut de la came 16; la plus grande partie de la résistance 11 est alors court-circuitée, et l'on obtient alors la vitesse de montée la plus réduite. Si l'on inverse alors le sens de marche de la machine d'extraction, le commutateur frotteur 4 actionne ses contacts 5, et inverse le champ tournant statorique du moteur asynchrome. En même temps, le rotor est entraîné dans l'autre sens, de sorte qu'il tourne à nouveau en sens inver- se du champ.
Lors du fonctionnement du commutateur à basculement, le contact 19 est également actionné, de sorte que la valeur maximum de la résistance est introduite dans le circuit de l'enroulement 10 du régulateur, et que la machi- ne d'extraction démarre à la plaine vitesse. A l'approche de l'autre fin de course, la came 18 actionne, par l'intermédiaire du galet 17, le contact 14, qui court-circuite de même, progressivement, la plus grande partie de la résis- tance 11 et réduit par conséquent la vitesse.
Comme la tension du réseau auquel le moteur asynchrone est rac- cordé peut varier, il y a intérêt à prévoir entre le moteur et le réseau un régulateur de tension. Ce régulateur de tension peut être réalisé de différen- tes manières..On peut par exemple prévoir un dispositif d'alimentation à ten- sion. constante ferro-magnétique, qui maintient, comme on le sait, la constance de la tension en utilisant la non-linéarité de la ,caractéristique magnétique d'un noyau. De tels régulateurs de tension sont bien connus, et ne doivent donc pas être décrits davantage.
Dans l'exemple de réalisation, on a représenté un moteur asynchro- ne triphasé, raccordé à un réseau triphasé. On peut cependant le raccorder à un réseau monophasé, et engendrer un champ tournant à l'aide de résistances variables avec la fréquence.
Un exemple d'une telle réalisation est représenté à la figure 2, pour un moteur asynchrone à couplage étoile. Toutes les parties qui sont les mêmes que celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes notations.
Dans la disposition de la figure 2, deux phases V et W du moteur triphasé sont raccordées aux bornes secondaires d'un dispositif d'alimentation à tension constante, consistant en un transformateur non saturé 21 et un trans- formateur saturé 22. Les enroulements primaires des deux transformateurs sont
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raccordés en série,et les enroulements secondaires sont connectés en opposi- tion. En parallèle sur l'enroulement primaire du transformateur satizré se trou- ve encore un condensateur 23.
Pour engendrer un champ tournant, on place en parallèle sur la phase U une résistance ohmique 25, et l'on raccorde cette pha- se, par l'intermédiaire d'un condensateur 26 shunté par une résistance ohmique 27 et du contact 5 du commutateur frotteur 4, à l'une ou à l'autre des bornes du dispositif d'alimentation à tension constante, selon le sens de rotation.
Contrairement à l'exécution qui correspond à la figure 1, le commutateur inver- seur frotteur 4 doit simplement être bipolaire.
Si le dispositif à friction du commutateur frotteur 4 est correc- tement dimensionné., ce commutateur fonctionnera impeccablement. Quoiqu'il en soit, il n'est cependant pas équivalent à un commutateur à commande directe.
Pour obtenir cette équivalence, on peut supplémentairement asservir directement le commutateur frotteur au dispositif de commande à vitesse variable.
Ce dispositif d'asservissement direct supplémentaire peut par exemple être réalisé sous forme d'un levier relié au commutateur frotteur, sur lequel agit une butée, solidaire d'un dispositif à copier entraîné par la com- mande à vitesse variable,, butée qui vérifie la position du commutateur frotteur lors des changements de sens de marche, et actionnerait éventuellement le com- mutateur si celui-ci n'avait pas été entraîné par le dispositif à friction.
On prévoiera de préférence deux butées semblables, disposées de telle sorte que la position du .commutateur frotteur soit vérifiée au début de la descente et peu avant le début du ralentissement de la cage.
Dans l'exemple de réalisation, un levier 28 est relié au commu- tateur frotteur 4 et ce levier est actionné par les deux butées 30 et 31 soli- daires du disque 12. Si la position de fin de course représentée à la figure 2 devait être dépassée, la butée 30 vérifierait peu de temps après si le com- mutateur frotteur a fonctionné, et dans la négative, l'amènerait dans la posi- tion correcte. Lors de l'approche de l'autre position de fin de course, peu de temps avant le début du ralentissement, la butée 31 vérifie à nouveau la position du commutateur frotteur. Cette précaution est recommandable, car le commutateur pourrait s'être déplacé en cours de trajet.
On peut obtenir une sécurité encore plus grande contre un mauvais fonctionnement du commutateur frotteur en contrôlant en permanence la position de ce derniero On peut dans ce but contrôler la position relative de deux dis- positifs à frottement, dont l'un actionne le commutateur frotteur, et provoquer l'arrêt de la commande à vitesse variable en cas de discordance des positions relatives. Un exemple d'une telle réalisation est représenté aux figures 3 et 4. Le disque 32 est calé sur l'arbre 7 de l'indicateur de profondeur.
Deux disques 33 et 34, libres par rapport à l'arbre, sont pressés par les ressorts 35 contre le disque 32, de sorte qu'ils ont tendance à tourner avec ce dernier; leur mouvement de rotation est empêché, néanmoins., par les butées 36 et 37 de sorte qu'ils ne peuvent tourner que d'un certain angle. Le disque 33 com- porte quatre cames 38, lesquelles actionnent quatre contacts 39, dont un seul est représenté. Deux de ces contacts établissent le champ tournant, tandis que les deux autres servent à la commutation du circuit du régulateur Thomas. comme représenté à la figure 2. * Le disque à frottement 34 porte deux lames de con- tact 40, rappelées par des ressorts., insérés dans le circuit de sécurité de l'électro-aimant du frein.
Le disque 33 comporte un ergot 41, situé entre les deux lames de contact 40. Deux butées solidaires du disque 34 sont prévues pour les lames de contact 40.
Si la position relative des deux disques 33 et 34 restait inva- riable, les contacts 40 sont fermés comme représentés à la figure 4. S'il se produit toutefois une perturbation le disque 3 tourne par rapport au disque 34,. l'ergot 41 sépare les contacts, et le frein de sécurité fonctionne.
Dans l'exemple de réalisation, les contacts insérés dans le cir- cuit de sûreté dans l'lectro de frein sont montés sur le disque mobile 34.
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Comme on l'a déjà mentionné précédemment, la valeur de la résis-. tance 11 du circuit de réglage, telle qu'elle est ajustée par le dispositif à copier, détermine la vitesse de la machine. Il est par conséquent extrême- ment facile de faire, dans des cas particuliers, une commutation telle qu'une partie de la résistance soit court-circuitée, par exemple, dans la disposition de la figure 2, la partie gauche de la résistance 11.
Il est alors à conseil- ler de faire le court-citcuit de telle sorte que non seulement le début et la fin de la partie de la résistance à court-circuiter soient reliés ensemble, mais encore que des points intermédiaires soient reliés à la connexion de court- circuit.
Dans les dispositions suivant les figures 1 et 2, la vitesse n'est prescrite qu'en fonction du-trajet parcouru depuis le point de départ. La vi- tesse de descente n'est limitée que par la valeur maximum qu'elle ne peut pas dépasser. On peut cependant, en utilisant deux contacts frotteurs, se dépla- çant indépendamment l'un de l'autre, régler également la vitesse pendant toute la durée de la descente, en prévoyant des cames supplémentaires agissant sur des leviers à galets. L'augmentation de vitesse au départ en fonction du che- min parcouru peut être rendue égale à la diminution de vitesse imposée dans certaines sections de ralentissement,ou cêtre rendue différente de celle-ci.
Lorsque le rotor se meut en sens inverse du champ tournant, la tension rotorique dépend linéairement de la vitesse relative entre le champ tournant et le rotor. L fréquence augmente cependant en même temps que la vitesse relative. Si le circuit consommateur c'est-à-dire l'enroulement du régulâteur était une résistance ohmique pure, la variation de la fréquence ne gênerait pas, car la proportionnalité entre le courant et la tension resterait la même. Si, toutefois, comme on suppose que c'est le cas dans l'exemple de réalisation, la bobine du régulateur qui est prévue est essentiellement induc-' tive sa résistance augmente avec la fréquence.
Comme c'est le courant qui tra- verse la bobine et non la tension qui lui est appliquée, qui doit être réglé, il faut encore prévoir un dispositif faisant augmenter le courant traversant la bobine lorsque la tension et la fréquence augmentent. Le moyen le plus sim- ple est d'intercaler une résistance ohmique de valeur élevée avant la bobine du régulateur. On obtient cependant un meilleur résultat en prévoyant une ré- sistance ou une combinaison de résistances possédant une caractéristique de variation de fréquence inverse de celle de la bobine du régulateur.
Pour obtenir ce résultat, on peut, comme représenté à la figure 1, insérer dans le circuit de la bobine du régulateur un condensateur 50 en parallèle avec une résistance ohmique 51. Par un dimensionnement approprié du condensateur et de la résistance il est possible de faire en sorte que la résistance totale du circuit soit pratiquement indépendante. La figure 5 re- présente schématiquement le circuit du régulateur abstraction faite du commu- ta.teur frotteur. La bobine du régulateur Thomas porte de nouveau la référence 10, la résistance additionnelle la référence 11, le condensateur la référence 50 et la résistance shunt ohmique la wêfêrence 51.
La figure 6 représente le courant J dans la bobine 10, exprimé en %, en fonction de la vitesse de rotation n, et ce, pour différentes valeurs de la résistance additionnelle; la courbe caractéristique de gauche correspond à la valeur nulle de la résistance additonnelle, et les courbes situées plus à droite correspondent respectivement à des valeurs croissantes de la résis- tance.
Comme le montre la figure 6, l'inclinaison des courbes caraèté- ristiques par rapport à l'horizontale diminue à mesure que la résistance addi- tionnelle augmente. Il en résulte que l'inclinaison de ces courbes caractéris- tiques, pour la valeur de 110% du courant de démarrage (correspondant à la li- gne horizontale en traits interrompus) est de plus en plus faible. Pour y re- médier, on peut modifier le dimensionnement du condensateur 50 et de la résis- tance 51, de manière à ce que l'on n'aie plus.une relation linéaire, mais qu'au contraire les courbes caractéristiques croissent plus que linéairement lorsque la vitesse de rotation augmente.
On peut obtenir des courbes caractéristiques de ce genre d'une
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manière particulièrement avantageuse, en couplant la résistance de réglage 11 en parallèle sur le condensateur 50, comme le représente la figure 7. Par un dimensionnem,ent judicieux du condensateur et de la résistance on parvient à obtenir des courbes caractéristiques telles que celles qui sont représentées à la figure 8. On voit que ces caractéristiques coupent la ligne du courant de démarrage sous un angle à peu près constant. Ce condensateur 50 est égale- ment représenté à la figure 2. Il est en parallèle sur la résistance de régla- ge 11.
On a supposé jusqu'à présent que la résistance de réglage était ajustée progressivement, pas à pas. On peut toutefois obtenir un réglage sans contact en raccordant par exemple le régulateur Thomas aux bagues du rotor par intermédiaire d'un transformateur de réglage.
Dans les exemples de réalisation décrits jusqu'à présent; la dis- position était toujours telle que dans la zône de réglage le rotor se mouvait en sens inverse du champ tournant. Un commutateur à entraînement était par conséquent nécessaire,, pour inverser le sens du champ lors des renversements de marche.
Il est possible cependant, de contrôler la vitesse sans faire appel à un tel commutateur trotteur en travaillant dans la zone des vitesses élevées avec un champ alternatif et dans la zone de ralentissement avec un champ elliptique. L'invention repose alors sur le principe de base suivant :
Il est connu que l'on obtient, pour un champ purement tournant des tensions rotoriques U variant en fonction de la vitesse et du sens'de ro- tation suivant la courbe caractéristique a, tel que le représente la figure 9.
On voit que pour la vitesse synchrone, qui est pour l'exemple de réalisation de 1000 tours par minute, et pour le rotor tournant dans le même sens que le champ tournant, on obtient une tension rotorique nulle laquelle tension augmen- te lorsque la vitesse de rotation croît de même que lorsqu'elle décroît (cour- be en V). Dans la figure 9 la tension de démarrage est encore représentée par une ligne horizontale. On a utilisé jusqu'à présent pour le réglage de la vi- tesse la partie de cette caractéristique située du côté gauche de l'axe des or- donnéés, c'est-à-dire la partie de cette caractéristique correspondant à une rotation du rotor en sens inverse du champ tournant statorique.
Le contrôle de vitesses supérieures à celles qui correspondent au point de rencontre de la courbe a avec la tension de démarrage s'effectuait en insérant dans le cir- cuit de réglage des résistances qui diminuaient la tension ou le courant dans la bobine du régulateur.
On peut cependant, comme on l'a mentionné, contrôler des vites- ses plus élevées que celles correspondant à l'intersection de la courbe a avec la tension de démarrage, en transformant le champ purement tournant en champ tournant elliptique., toutes les autres conditions du circuit de réglage restant les mêmes. On obtient ainsi les courbes b, c, d, e, f, telles qu'elles sont représentées à la figure 8. La courbe g est la courbe pour laquelle on obtient un champ alternatif. Comme on le sait, on peut obtenir un champ alternatif par la superposition de deux composantes de champ tournant inverses. Dans un champ alternatif, ces deux composantes sont égales, et la courbe'que l'on ob- tient en fonction de la vitesse de rotation est la courbe g.
Si l'on prend pour ces deux composantes un rapport différent de ,l'unité c'est-à-dire, que l'on augmente par exemple l'une des deux composantes de champ tournant et que l'on diminue l'autre on obtient pour des différences relatives croissantes des deux composantes de champ tournant, les courbes f, e, d, c, b, jusqu'a ce que par disparition d'une des composantes on obtienne le champ purement tournante c'est-à-dire la courbe a. Si l'on considère les courbes situées à gauche de l'axe des ordonnées, c'est-à-dire la zone dans la- quelle le rotor tourne en sens inverse de celle des composantes du champ tour- nant qui est la plus grande., on voit qu'avec un champ purement alternatif,on peut contrôler une vitesse relativement grande (cas de la cage parcourant une section libre).
Au début du ralentissement, le champ alternatif se transforme progressivement en champ elliptique, puis en champ purement tournant. Il en résulte une diminution progressive de la vitesse (intersection des courbes f
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à b avec la ligne horizontale correspondant à la tension de démarrage) jusqu'à ce que la machine s'immobilise, lorsque le champ purement tournant est atteint (courbe a). Si l'on inverse maintenant le sens de marche, il faut considérer la zone des courbes située à droite de l'axe des ordonnées puisque le sens de rotation du rotor est inversé.
Au démarrage, le champ purement tournant se transforme maintenant de façon progressive en champ alternatif en passant par toutes les formes de champ tournant elliptique; le champ alternatif correspond maintenant à la vitesse la plus élevée qui est celle de la cage parcourant une section libre (intersection de la courbe g avec l'horizontale, à droite de l'axe des ordonnées). Dans la section de ralentissement suivante, le champ alterna- tif se transforme de nouveau en champ purement tournant, en passant par les champs tournants elliptiques intermédiaires, le champ purement tournant étant de même sens que la rotation du rotor de sorte que l'on obtient de nouveau les mêmes courbes caractéristiques qu'à gauche de l'axe des ordonnées excepté qu'elles sont symétriques de ces dernières par rapport à l'axe des ordonnées.
Comme le montre la figure, pendant la descente, c'est-à-dire lors du passage du champ purement tournant au champ alternatif on obtient en premier lieu des vitesses supérieures à la vitesse maximum prescrite pour le parcours des sections libres, étant donné que les courbes a à f situées à droite de l'axe des ordonnées coupent la tension de démarrage pour des vitesses de rotation plus élevées que la courbe g.
Lorsque l'on est cependant certain que lors du démarrage un dé- passement non contrôlé de la vitesse prescrite ne peut pas se produire., on peut alors avec un tel dispositif contrôler la vitesse de rotation maximum au milieu du puits et la vitesse de rotation dans les sections de ralentissement.
La régulation s'effectue alors comme suit -
Pour le parcours d'une section libre : contrôle avec le moteur sur champ alternatif.
Dans la période de ralentissement passage progressif au champ tournant elliptique jusqu'au champ purement tournant opposé au sens de rotation du rotor.
Pour le renversement du sens de marche : passage du champ pure- ment tournant au champ alternatif par l'intermédiaire du champ tournant elliptique.
Pour un nouveau ralentissement - passage du champ alternatif au champ purement tournant en passant par le champ tournant ellip- tique, le champ purement tournant étant opposé au sens de rota- tion du rotor.
Il faut donc compléter le groupe de courbes représenté à la figure 9 par les courbes disposées symétriquement par rapport à l'axe des ordonnées..
Dans la plupart des cas, il est cependant prescrit de contrôler même pendant la descente le dépassement de la vitesse de rotation maximum.
On peut obtenir ce résultat en modifiant la résistance du circuit d'intensité du régulateur Thomas en même temps que .l'on engendre le champ elliptique. On obtient alors, pour une modification appropriée de la résistance les courbes qui sont représentées à la figure 10. La courbe avec champ purement tournant est de nouveau la courbe a, les courbes avec champs tournants elliptiques sont les courbes b, c, d, f, et la courbe avec le champ alternatif est la courbe g.
En outre la résistance du circuit du régulateur est toujours choisie de telle sorte que ces courbes (à l'exception de la courbe a) se coupent toutes en un même point de l'horizontale correspondant au courant de démarrage, et lorsque la plus grande des composantes de champ tournant du champ tournant elliptique est de même sens que la rotation du rotor. Pour la clarté de la figure on n'a pas représenté les courbes symétriques par rapport à l'axe des ordonnées. On constate par la figure que l'on obtient lors de la descente la vitesse maximum , admisible, tandis que toutes ces courbes se coupent toutes en un même point.
La régulation s'effectue comme suit :
La courbe g sert au contrôle de la vitesse maximum.
Le rotor tourne par exemple vers la gauche. Si l'on ralentit
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maintenant la machine, la composante de"droite du champ tournant diminue en même temps que se modifie la résistance du circuit - de la bobine du régulateur et ce, de telle manière que l'on ob- tient la courbe f, laquelle, comme le montre la partie de gauche de la figure,-contrôle une vitesse inférieure à la vitesse maxi- mum. Lorsque la composante de droite du champ tournant continue à croître, et que la composante¯de gauche continueà diminuer en même temps que se modifie la résistance du circuit du régu- lateur on obtient les courbes e, d, c, b, puis finalement la courbe a pour le champ purement tournant vers la droite.
Si l'on repart maintenant de la position finale ce sont les courbes si- tuées à droite de l'axe des ordonnées qui sont valables puisque le rotor tourne maintenant vers la droite. C'est maintenant la composante de droite du champ tournant qui diminue en même temps que la composante de gauche augmente, pendant que la résistance du circuit de la bobine varie jusqu'à ce que l'on obtienne de nouveau la courbe g qui sert pour la'surveillance'du parcours sur section libre. Lors des ralentissements suivants la compo- sante de gauche du champ tournant est renforcée et la composante de droite affaiblie et par conséquent la résistance est modifiée en concordance dans le circuit de la bobine.
On obtient ainsi des courbes symétriques à celles représentées selon lesquelles la vitesse est'contrôlée dans les sections de ralentissement, pour obtenir ensuite une courbe en V; correspondant à un champ purement tournant., de sens opposé au sens de rotation du rotor, qui provoque l'arrêt.
La réalisation pratique d'une telle disposition est représentée à la figure 11, dans laquelle on a conservé les mêmes notations que pour les figures correspondantes.
Dans la disposition suivant la figure 11, on a prévu deux balais 60 et 61. Le balais 60 modifie la résistance 62, laquelle sert pour le passa- ' ge du champ purement tournant du moteur asynchrone au champ alternatif par l'in- termédiaire du champ elliptique et inversement, tandis que le balais 61 fait varier une résistance 63 située dans le circuit de la bobine 10 du régulateur Thomas.
Les deux balais sont actionnés par l'indicateur de profondeur.
Si le balai60, comme représenté à la figure 11, est en position médiane, la phase U est alors sans courant et un champ alternatif règne dans le moteur.
Si dans les sections de ralentissement, on déplace le balai vers le haut la phase U est raccordée sur des résistances qui diminuent progressivement à la borne'supérieure du réseau. De ce fait, le champ alternatif dans le moteur, devient un champ tournant elliptique du fait que, la composante du champ tour- nant dirigée vers la droite est renforcée et celle dirigée vers la gauche est affaiblie. Le rotor tourne alors à gauche. Si le balai arrive dans la posi- tion extrême supérieure., le moteur est alors le siège d'un champ purement tour- nant dirigé vers la droite, qui tourne en sens inverse du sens de rotation du rotor. Ce champ tournant provoque l'arrêt de la machine d'extraction.
Si l'on fonctionne maintenant en sens inverse, c'est-à-dire dans le sens de rotation opposé à celui du rotor, le balai 60 est alors amené de nouveau en position médiane et le processus se reproduit en sens inverse c'est-à-dire que le champ purement tournant se transforme en champ alternatif en passant par un champ elliptique. Lors du ralentissement qui suit, le balai 60 est déplacé vers le bas.
La composante dirigée vers la gauche du champ tournant est alors renforcée et celle dirigée vers la droite affaiblie, jusqu'à ce qu'un champ tournant dirigé vers la gauche règne dans la position de fin de course. Le rotor tourne à droite. Les courbes que l'on obtient en déplaçant le balai de sa position médiane vers le bas ne sont pas représentées sur la figure.
Elles sont symétriques par rapport à l'axe des ordonnées des courbes représentées. En même temps que la résistance 62 est modifiée la ré-
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sistance 63 varie également ; résistance a pour but d'influencer les cour- bes caractéristiques de telle manière que, pour un sens de.rotation du rotor correspondant à celui de la plus grande des composantes du champ tournant., el- les se coupent toutes en un point correspondant au courant de démarrage.
Les contacts servant à faire varier les deux résistances 62 et 63 peuvent être avantageusement disposés sur une plaque de réglage commune sur l'axe de laquelle les deux balais 60 et 61 sont fixés d'une manière isolée.
La commande de l'axe s'effectue par l'intermédiaire de leviers à galets action- nés par le disque à cames de l'indicateur de profondeur, de telle manière que les leviers puissent amener les balais 60 et 61 en position extrême, tandis qu'un ressort de rappel ramène les balais en position médiane. On a prévu un condensateur 50 et une résistance 51, pour obtenir une charge sensiblement in- dépendante de la fréquence. Dans l'exemple de réalisation on a supposé que lorsque la résistance 62 augmente la résistance 63 croît également de manière progressive. Ceci peut cependant ne pas être le cas, car il peut également se faire que pour des valeurs croissantes de la résistance 62 la résistance 63 diminue d'abord pour augmenter ensuite.
La coordination de ces deux résistances peut s'effectuer par le calcul, ou mieux, être déterminée expérimentalement. Pour le répéter briève- ment encore une fois : le contrôle des vitesses les plus élevées s'effectue par champ alternatif, et le contrôle de la .vitesse dans les sections de ralen- tissement s'effectue par champ tournant elliptique ou bien par champ purement tournant.
Dans l'exemple de réalisation, la courbe a ne passe pas par le point selon lequel se recoupent les autres courbes. Il s'ensuit que lors de la descente*on constate tout d'abord une vitesse inférieure à la vitesse maxi- mum ce qui ne donne cependant lieu à aucun inconvénient. L'emploi de cette courbe a a toutefois l'avantage que lors de l'arrêt il n'y a plus qu'une vites- se extrêmement réduite.
A la figure 10 on a encore représenté une courbe en V "a"' qui peut être rendue telle par un dimensionnement judicieux de la résistance du circuit du régulateur Thomas., qu'elle ait un point d'intersection commun avec les autres courbes. On peut par conséquent utiliser également cette courbe "a'" pour le contrôle, pourvu qu'après la courbe b avec champ tournant ellip- tique on passe à la courbe a' avec champ purement tournant et que l'on ne trans- forme la courbe a' en courbe a qu'après l'arrêt.
Dans l'exemple de réalisation, la commande s'effectue par l'inter- médiaire de contacts. On peut cependant prévoir un actionnement sans contact, en remplaçant par exemple la résistance 62 par deux inductances variables cou- plées en série dont l'une est raccordée à l'une des bornes du réseau et l'autre à l'autre borne du réseau, tandis que le point commun est raccordé à la phase U. Pour engendrer une excitation monophasée, c'est-à-dire un champ alternatif il faut régler les deux inductances à la même valeur; la phase U est alors sans. courant. Si l'on diminue l'une des inductances et/ou que l'on augmente l'autre le potentiel du réseau voyage alors d'une borne à l'autre et on obtient à la place du champ alternatif dans le moteur un champ tournant elliptique.
On peut également remplacer la résistance 63 par une inductance variable ne comportant pas de contact. La variation des inductances peut s'effectuer à titre d'exem- ple à l'aide de cames, selon un programme déterminé.
Dans l'exemple de réalisation, la résistance 62 est une résistan- ce additionnelle. On peut également prévoir à la place de celle-ci une résis- tance ohmique connectée en diviseur de tension la phase U étant raccordée à ce diviseur de tension.
La disposition représentée permet seulement la surveillance de la vitesse d'une machine d'extraction dans laquelle on ne fait aucune diffé- rence entre le transport de matériaux et le transport du personnel.
Si cependant les vitesses sont différentes pour le transport des matériaux et le transport du personnel on peut par exemple, lorsque l'on passe d'une fonction à l'autre modifier le dispositif de la machine asynchrone qui
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alimente la bobine du régulateur Thomas ou bien modifier la fréquence sous la- quelle cette machine est alimentée, on peut toutefois procéder également de manière, qu'un champ magnétique étant prévu, on augmente la vitesse maximum admissible pour le transport de matériaux en augmentant la résistance de la bobine du circuit du régulateur.
Le contrôle s'effectue alors de telle maniè- re que l'on surveille tout d'abord la vitesse la plus élevée avec le champ alternatif avec la résistance élevée, on diminue ensuite la résistance de la bobine au régulateur en maintenant le champ alternatif, ce qui diminue la vitesse de démarrage, et lorsqu'on atteint la courbe g lé champ alternatif passe par un champ tournant elliptique pour devenir un champ purement tournant, com- me on l'a décrit précédemment, en même temps que varie la résistance du circuit du régulateur.
Pour le transport du personnel, on peut alors court-circuiter la partie de la résistance qui provoque par le champ alternatif une augmentation de la vitesse contrôlée.
La figure 12 représente un exemple de réalisation d'une disposi- tion avec vitesses différentes pour le transport des matériaux et le transport du personnel. La différence avec la disposition de la figure 11 est que la position médiane du régulateur pour le balai 60 est élargie, que la résistance à plots 63 est augmentée et qu'il y a plus de plots que précédemment. Les cour- bes correspondantes sont représentées à la figure 13. Si les balais sont en position médiane, la résistance ohmique 63, insérée dans le circuit dans la bobine du régulateur Thomas est infinie et l'on obtient la courbe k. La bobi- ne du régulateur Thomas en outre, est encore raccordée à la tension par le ré- gulateur 50.
Si maintenant les balais au début du ralentissement sont dépla- cés de la position médiane, seule la résistance du circuit de la.bobine du ré- gulateur est diminuée en premier lieu. Le champ alternatif reste le même.
On obtient les courbes j, i, h et finalement la courbe g qui coincide avec la courbe g de la figure 10. En continuant à déplacer les balais on obtient alors les mêmes courbes que dans la figure 10. Si l'on passe du transport des matériaux au transport du personnel, il suffit de court-circuiter une partie de la résistance 63 et de la relier au balai 61 de manière à avoir le même sché- ma que celui représenté à la figure 11. On suppose l'hypothèse, pour le sché- ma représenté, que le retardement est le même pour le transport de matériaux que pour le transport du personnel.
Dans les deux derniers exemples de réalisation, on a fait varier la résistance 62 du circuit de la bobine du régulateur, on peut en lieu et place faire ,arier la tension qui est appliquée au stator de la machine asynchrone, par exemple avec des résistances additionnelles ou un transformateur de régla- ge.
Un diagramme des vitesses contrôlées est donné par les figures 14 et 15 ; lafigure 15 se rapporte au transport de matériaux (matérialfahrt) et la figure 14 au transport du personnel (seilfahrt). Le dispositif de ré- glage électrique fait en sorte que les courbes de la vitesse en fonction du temps restent à l'intérieur de la zone hachurée. La vitesse maximum et la vitesse dans les sections de ralentissement sont donc déterminées.
Dans la disposition suivant la figure 14, la courbe de la vitesse en fonction du temps n'est pas horizontale au début, mais croit pour arriver à sa valeur maximum. La raison en est que la courbe en V "a" de la figure 10 ne passe pas par le point de croisement des autres courbes. Le diagramme de la figure 15 se. déduit de celui de la figure 14 étant donné que l'on laisse agir pour le transport du personnel la partie court-circuitée de la résistan- ce 63. Comme cette partie n'agit seulement qu'après la zone dans laquelle la vitesse maximum doit être surveillée, la section C - D intervient alors. Com- me toutefois la vitesse de descente est au plus égale au retard, le frein n'in- tervient pas pendant la descente.
Dans les exemples de réalisation précédents, on a toujours suppo- sé qu'il s'agissait de la commande d'une machine d'extraction entraînée par un moteur synchrone. On peut toutefois utiliser le régulateur pour des grues, des plate-formes tournantes d'atelier ou analogues. Comme le dispositif de
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réglage conforme à l'invention prescrit toujours la vitesse correcte, son uti- lisation ne se limite pas aux commandes à vitesses variables fonctionnant avec un moteur asynchrone, mais on peut cependant les utiliser également pour la commande de précision des groupes Léonard ainsi que de commandes en courant continu.
Ce réglage peut par exemple s'effectuer de telle manière qu'en plus de ce dispositif, l'excitation de la machine Léonard soit influencée de telle manière qu'en plus de la modification à l'aide du levier de commande du circuit de champ par des résistances additionnelles une résistance shunt soit introduite par le dispositif de réglage dans le circuit de champ du régulateur Thomas. On peut encore toutefois à titre d'exemple, se borner à commuter pour les groupes Léonard la commutation des circuits de champ pour le renversement de marche,le levier de commande réglant une résistance du circuit du régula- teur Thomas qui provoque alors la modification de l'excitation de la généra- trice. Le dispositif de réglage conforme à T'invention, peut donc encore s'utiliser avec avantage pour les commandes à courant continu..
Le dispositif de réglage, conforme à l'invention, n'est pas seu- lement utilisable pour les commandes à vitesses variables électriques, mais il peut également convenir par exemple, pour des commandes actionnées par la vapeur. Pour celles-ci la vitesse peut être contrôlée par le dispositif de réglage électrique lequel réduit la pression de la vapeur, lorsque-l'on dépas- se la vitesse-prescrite, ou admet la vapeur en sens inverse. La même chose peut se faire avec des commandes à air comprimé.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif électrique de réglage de course pour commande à vitesse variable, particulièrement pour appareils de levage, tels que machines d'extraction, caractérisé par l'utilisation d'un rotor polyphasé à bagues de frottementdont la vitesse de rotation est proportionnelle à la vitesse réglée et dont la tension rotorique sert de mesure pour la vitesse réglée.