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DISPOSITIFS ELECTRONIQUES D'ALIMENTATION DES MOTEURS! COURANT CONTINU PAR ' UNE SOURCE 'DE 'COURANT ALTERNATIF.
La présente invention se rapporte aux dispositifs électroniques d'alimentation d'une charge à courant continu, d'un moteur par exemple, au moyen d'une source de courant alternatif.
Elle a pour but de réaliser une commande électronique du type ci- dessus, assurant une régulation satisfaisante de tension sur une gamme éten- due, au moyen d'un dispositif électronique moins compliqué et, en général, d'un nombre de tubes électroniques inférieur au nombre habituellement néces- saire pour ces applications.
L'invention a encore pour objet de fournir une commande électro- nique capable de commander l'inversion du sens de rotation d'un moteur à courant continu, en l'occurence, et selon le sens d'un écart fait par l'in- tensité, la tension ou autre valeur par rapport à un point déterminé, et assurant un bon réglage de la vitesse du moteur, dans les deux sens de ro- tation, à l'aide d'accessoires électroniques relativement simples et peu nom- breux.
Les dispositifs alimentés en courant alternatif du type général dont il s'agit sont équipés de tubes commandables à arc ou à décharges en atmosphère gazeuse, des thyratrons ou des ignitrons par exemple, qui sont connectés à la charge ou moteur en -Lui montage pour redressement total. On sait que le déclenchement du fonctionnement de ces tubes peut être obtenu soit par une tension périodique de commande à phase mobile synchrone avec la tensi- on alternative d'anode, soit par une tension de commande unidirectionnelle de valeur variable.
L'application d'une tension périodique synchrone de commande permet d'amener les tubes redresseurs pratiquement de la conductibilité nulle à la conductibilité totale, alors que la commande antérieurement obtenue au moyen de la tension unidirectionnelle ne permet une variation et un réglage de la conductibilité du tube qu'entre les valeurs de demi-phase et de phase totale. L'invention a donc également pour objet d'assurer, au moyen d'une tension de commande unidirectionnelle, un réglage ou une commande de la tensi-
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on redressée sur une gamme plus étendue que précédemment, en particulier jus- qu'à la conductibilité au'quart de phase du montage pour. redressement total.
Selon l'une des caractéristiques de l'invention, les tubes re- dresseurs commandés d'un dispositif à redressement total, pour alimentation d'une charge à courant continu,, sont pourvus de circuits de'grilles ou de commande auxquels les tensions unidirectionnelles ne sont appliquées que pour déclenchement en réponse aux variations d'une composante de ces ten- sions, sensible aux conditions de fonctionnement; et la valeur des tensions de commande relatives aux tubes respectifs est différenciée tie manière que 1' amorçage des tubes s'effectue à différentes valeurs de la composante sensible aux conditions de fonctionnement.
Par exemple, lorsque cette composante de- vient moins négative, la conductibilité d'une tube est d'abord amorcée pour fonctionnement demi-phasé,puis la conductibilité de ce même tube est progrès-. sivement augmentée jusqu'à la conductibilité totale, tandis que l'autre tube n'est amorcé que lorsque le premier a presque complètement atteint la conduc-. tibilité totale.
Ceci permet de faire varier la tension redressée de sa va- leur en fonctionnement au quart de phase à sa valeur en fonctionnement à pleine phase, c'est-à-dire entre moins de 25% et 100% de la tension caracté- ristique,
Selon une autre caractéristique de l'invention, la composante sen- sible aux conditions de fonctionnement, de tension de commande des tubes est directement dérivée du circuit de charge par un dispositif potentiométrique ou à l'impédance, c'est-à-dire que cette composante de tension de grille est prise sur un élément de résistance connecté en série ou en parallèle avec le circuit de débit des tubes redresseurs commandés, au besoin par l'intermédiai- re d'un dispositif de filtrage, sans amplificateur intermédiaire, ni sources distinctes de courant.
Le nombre de tubes électroniques auxiliaires et acces- soires correspondants se trouve ainsi réduit au minimum.
D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description suivante de diverses formes de réalisation, données en ré- férence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est un schéma des circuits d'une commande pour un moteur non réversible;
La figure 2 est le schéma d'une commande de régulateur de four à arc équipé avec un moteur réversible, et
Les figures 3 à 7 sont des diagrammes explicatifs de tension rela- tifs au dispositif de la figure 2.
Les bornes de courant alternatif de la commande de moteur repré- sentée à la figure 1 sont connectées au primaire d'un transformateur 2 dont les secondaires sont indiqués en 3, 4 et 5. L'induit 8 du moteur à commander est alimenté au moyen du secondaire 3 par l'intermédiaire de deux thyratrons 6 et 7 connectés en redresseurs d'onde totale. L'enroulement inducteur 9 du moteur est excité au moyen du secondaire 4 par l'intermédiaire d'un redresseur 11 et d'un rhéostat de champ 12.
Un autre circuit comportant les redresseurs 13 et 14, alimenté par le secondaire 5, applique sa tension de débit aux résistances potentiométri- ques, connectées en série 15, 16 et 17. Un tube régulateur de tension, à catho- de froide, 18, est connecté aux résistances 15 et 16 afin d'entretenir dans ces résistances une tension constante courant continu. Les variations normales de tension du réseau et les irrégularités cycliques de tension du circuit des redresseurs 13 et 14 sont absorbées par la résistance 17. La résistance 16 per- met un réglage de un à deux volts pour compenser les variations inhérentes à la fabrication dans les caractéristiques d'amorçage des grilles des deux thy- ratrons.
La résistance 15 est pourvue d'une prise de contact ou curseur dont le réglage détermine la vitesse à laquelle le moteur est destiné à tourner.
Ce curseur est connecté à une résistance variable 21 à laquelle est connectée en parallèle une capacité 22. La résistance 21 est montée en série avec une résistance variable 23... 'Une tension à courant continu variable;proportionnel-
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le au courant de charge moyen passant dans le circuit des thyratrons, est ap- pliquée à la résistance 23 par un redresseur 25 alimenté par un transformateur 26 comportant deux primaires intercalés respectivement dans les circuits de plaque des thyratrons 6 et 7. Une capacité d'aplanissement 27 est connectée aux bornes de la résistance 23.
Une résistance potentiométrique 28 est connectée aux bornes de' l'induit 8 en série avec une bobine de réactance de'filtrage 29, une capacité 31 étant connectée aux bornes de la résistance 28. La chute de tension appli- quée à la résistance 28 est proportionnelle à la tension aux bornes de l'in- duit du moteur.
Le circuit de grille des thyratrons 6 et 7 passe du conducteur commun 32 de cathodes des thyratrons par la résistance 28, la résistance 23, la résistance 21, et une partie branchée de la résistance 15 au point 33. A partir de ce point, le circuit de grille du thyratron 6 passe par la résistan- ce 34 et une résistance 30 à la grille du tube, tandis que le circuit de gril- le du tube 7 passe du point 33 par la résistance 16 et une résistance 36 à la grille. Le dispositif est pourvu d'un interrupteur ou contacteur de commande comportant les contacts 37 et 38. Ces deux contacts ne sont fermés que lors- que le moteur est au repos et doivent être ouverts pour démarrer et faire fonc- tionner le moteur .
Le circuit de grilles susmentionné des thyratrons 6 et 7 comprend deux sources principales de tensions à courant continu en série opposition.
L'une de ces sources est représentée par la partie branchée réglable du rhéo- stat 15. La tension constante réglable de cette partie détermine la vitesse de moteur désirée, et applique aux grilles des deux thyratrons un potentiel positif par rapport à leurs cathodes, tendant à les faire fonctionner à plei- ne phase, c'est-à-dire avec la conductibilité maximum. La seconde source principale de tension de grilles du circuit de grilles des thyratrons 6 et 7 est-représentée par la partie branchée de la résistance 28, qui fournit une tension courant continu variable proportionnelle à la tension aux bornes de l'induit dumoteur.
Cette tension prise sur la résistance 28 est de même ordre de valeur que la tension de commande réglée par le rhéostat 15, mais de pola- rité opposée de manière à réduire l'angle d'amorçage et de conductibilité des thyratrons. Si l'on suppose momentanément que les deux tensions de grilles qu'on vient de mentionner sont les seules effectives dans le circuit de gril- les des thyratrons et que la tension d'induit effective aux bornes de la ré- sistance 28 est approximativement proportionnelle à la vitesse du moteur, le dispositif fonctionne de la manière suivante :
Les grilles des thyratrons peuvent être polarisées à n'importe quel potentiel positif par rapport aux cathodes, par réglage de la résistance potentiométrique 15.Il en résulte qu'avec n'importe quel réglage choisi du rhéostat 15, les thyratrons laissent passer le courant en fonctionnant à plein phase et accélèrent le moteur jusqu'à ce que sa tension d'induit, et par con- séquent, la tension de cathode des thyratrons, dépasse la tension de grille choisie. A partir de ce moment, le point d'amorçage des thyratrons s'abaisse progressivement jusqu'au point d'amorçage à demi-phase, et si la vitesse et la tension de l'induit du moteur continuent encore à augmenter, la conducti- bilité des thyratrons cessera complètement, la tension de grille'des thyra- trons devant négative par rapport à la tension cathodique.
Une légère baisse de vitesse et de tension cathodique provoquera d'abord l'amorçage à demi-pha- se des thyratrons. Maïs si la charge continue à ralentir le moteur, la con- ductibilité s'établira pendant la totalité de la phase. La vitesse du moteur est pratiquement maintenue de cette manière à la valeur désirée. Elle peut être réglée au moyen du rhéostat 15, dans les limites d'une gamme comprise en- tre la vitesse fondamentale caractéristique et la valeur de vitesse correspon- dant à quelques volts. On peut obtenir du moteur une vitesse supérieure à la vitesse fondamentale de la manière habituelle par réglage du rhéostat de champ inducteur 12.
Si le couple appliqué au moteur vient à changer, la tension déri- vée de la partie active de la résistance 28 ne constitue plus -une mesure suf- fisamment précise de la vitesse du moteur. Toutefois, la résistance 23 repré-
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sente une autre source de tension pour le circuit de grille des thyratrons
6 et 7. Cette tension est proportionnelle au courant de charge et à la chute
IR du circuit du moteur et est destinée à compenser les variations de vitesse du moteur provoquées par les variations de la chute IR. A cette fin, la ten- sion de la résistance 23 est appliquée directement pour augmenter la tension de grille des thyratrons, dans le sens positif, à un degré que l'on peut régler au moyen du curseur de la résistance 23, de manière à compenser exactement la chute IR dans l'induit du moteur.
Lorsque l'interrupteur ou contacteur de commande est amené à la position d'arrêt à laquelle ses contacts 37 et 38 sont fermés, une tension négative appliquée aux grilles des thyratrons par la résistance 39 provoque l'arrêt du moteur. Pendant que l'interrupteur se trouve à cette position d'ar- rêt, les résistances 21 et 34 chargent les capacités 22 et 35, respectivement.
La constante de temps du circuit de la capacité 22 et de la résistance 21 est inférieure à celle du circuit formé par la capacité 35 et la résistance 34, et la constante de temps du circuit 21 et 22 est de l'ordre du temps'd'accé- lération du moteur à pleine vitesse. Avec ces constantes de temps, l'ouver- ture des contacts 37 et 38 a pour résultat d'effectuer l'accélération du moteur par impulsions de demi-périodes alternées, d'une durée de 7,- à 2, période, transmises par le thyratron 7 seulement.¯Apres décharge des capacités 22 et
35, seulement, le thyratron 6 se trouve en état de s'amorcer et à partir de ce moment, les deux thyratrons fonctionnent. De cette manière, le courant de démarrage du moteur est limité à une valeur en deca de la capacité de sur char- . ge des thyratrons.
La forme de réalisation représentée à la figure 2 est le disposi- tif de commande réversible d'un moteur M, utilisé comme régulateur d'intensi- té pour four à arc.
Le dispositif est alimenté par les bornes de courant alternatif
101 au moyen des transformateurs 102, 202 et 104. Le transformateur 102 com- porte les enroulements secondaires 103, 105, et le transformateur 202 les enroulements secondaires 203, 205. Deux thyratrons 106 et 107 sont connectés à l'enroulement 103 pour alimentation de l'induit 106 du moteur M par redres- sement total de l'onde de courant. Deux thyratrons 206 et 207 sont montés en- tre l'enroulement 203 et le circuit d'induit du moteur M pour redressement to- tal. Les deux jeux de redresseurs sont connectés avec l'induit 108 en opposi- tion de polarité, afin que le moteur tourne dans le sens de relevage de l'élec- trode lorsque les redresseurs 106 et 107 sont conducteurs et dans le sens d' abaissement de l'électrode lorsque les redresseurs 206 et 207 sont conducteurs.
L'enroulement inducteur 109 du moteur est excité au moyen du transformateur
104 par l'intermédiaire des redresseurs 111 et d'un rhéostat de champ 112.
Au secondaire 105 du transformateur 102 est connecté un circuit de redressement comportant deux redresseurs 113 et 114 dont le circuit de dé- bit passe par une résistance 117 et un tube à cathode froide 118. Etant donné la fonction stabilisatrice du tube 118, la tension aux bornes de ce tube est constante, tandis que les fluctuations de la tension du réseau sont absorbées par la résistance 117. La chute de tension existant aux bornes du tube 118 est appliquée comme tension constante de polarisation au circuit de grilles des tubes 106 et 107.
De même, le secondaire 205 du transformateur 202 alimente un cir- cuit de redressement comportant les redresseurs 213 et 214 dont la tension de débit est appliquée aux bornes d'une résistance 217 et d'un tube régulateur de tension à cathode froide 218. La chute de tension dans le tube 218 est ap- pliquée comme tension constante de polarisation au circuit de grilles des tu- bes 206 et 207.
Le four à arc dont'le dispositif doit régler le courant est repré- senté en 140 et son électrode mobile en 141. L'électrode est relevée et abais- sée au moyen d'un câble passant sur un tambour 142 entraîné par l'induit 108 du moteur M. Le courant est amené au four au moyen d'un câble 143 sous la com- mande du contact principal 144 d'un interrupteur également pourvu de contacts auxiliaires 145 et 146.
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Deux transformateurs d'intensité 150 et 250 -sont associés au câble 143. Le voltage secondaire du transformateur 150 est'appliqué aux bornes d'un rhéostat 151, dont le curseur ext relié au curseur d'unrhéostat similaire$ 251 connecté au transformateur d'intensité 250. La tension du rhéostat 151 alimente un re- dresseur 152 dont la tension de débit est appliquée aux bornes d'un rhéostat 153. Un redresseur semblable 252 et un rhéostat 253 sont associés au rhéostat 251. La borne positive du rhéostat 153 est connectée au moyen d'une résistan- ce 155 à la grille du thyratron 106, et le curseur du même rhéostat est' connec- té au moyen d'une résistance 156 à la grille du thyratron 107.
Les résistances 255 et 256 connectent les grilles des thyratrons 206 et, 207, respectivement, au curseur et à la borne négative du rhéostat 253.
Le moteur est pourvu d'un frein à friction réglée par ressort 158, dont la bobine de relâchement magnétique 159 est connectée en série au circuit d'induit.
Lorsque l'interrupteur est ouvert, c'est-à-dire lorsque les con- tacts 144, 145 et 146 sont aux positions représentées à la figure 2, aucun courant n'arrive au four et les tensions appliquées aux rhéostats 151 et 251 sont nulles. Les grilles des thyratrons 106 et 107 de relevage d'électrode sont polarisées négativement par la tension constante courant continu fournie par le tube 118 et les grilles des thyratrons 206 et 207 d'abaissement d'élec- trode sont également polarisées négativement 'au moyen de la tension aux bornes de la résistance 217 par l'intermédiaire du contact 146 de l'interrupteur.
Lors- qu'on ferme l'interrupteur en supposant que l'électrode 141 est d'abord hors de contact avec la charge du four, de sorte que les transformateurs 150 et 250 ne sont pas alimentés, le contact 145, maintenant fermé, applique un potentiel positif aux grilles des thyratrons 206 et 207, tandis que le potentiel négatif précédemment effectif est supprimé par l'ouverture du contact 146. L'induit 108 du moteur, alors alimenté par les thyratrons 206 et 207, abaisse l'électro- de 141 dans le contenu du four. Le courant commence à passer dans le câble IL,.3 et les. tensions dans les rhéostats 151 et 251 prennent des valeurs croissan- tes.
Le courant du four augmente jusqu'à une valeur déterminée par le réglage dutrhéostat 251, valeur à .laquelle la tension redressée fournie par le trans- formateur d'intensité 250 au rhéostat 253 devient plus négative que la ten- sion positive aux bornes du tube 218. A ce moment, les thyratrons 206 et 207 cessent d'être conducteurs et le moteur est arrêté par la cessation de l'ex- citation de la bobine de frein 159.
Des valeurs numériques déterminées permettront d'expliquer plus clairement les caractéristiques régulatrices de ce dispositif. On supposera donc, à titre d'exemple, que la tension courant continu stabilisée par les tubes 118 et 218 est de 150 volts, que la tension d'amorçage de grille des thyratrons est de zéro volt pour un potentiel anodique d'approximativement 20 volts et -3 volts à la tension maxima d'anode (voir figure 3); et que les résistances 151, 154 et 251 sont réglées de manière qu'avec 100% du courant choisi passant dans l'électrode du four la tension courant continu dans la résistance 153 soit de 1465 volts et que celle de la résistance 253 soit de 153,5 volts.
Dans ces conditions, tant que le courant passant dans l'électrode du four reste à 1005, c'est-à-dire à la valeur choisie, une polarisation de grille de -3,5 volts est appliquée à tous les thyratrons et aucun changement ne se produit dans la position de l'électrode. Une élévation de ? % du courant passant dans l'électrode du four élevé la tension de la résistance 153 à 147, volts. La polarisation de grille des thyratrons 106 et 107 prend une valeur de -2,8 volts qui les amorce à la position demi-phasée. Le moteur se trouve ainsi alimenté approximativement à demi voltage dans le sens de relevage de l'électrode du four.
Ce relèvement de l'électrode,a pour effet d'abaisser l'intensité du courant passant dans l'électrode, diminution qui, lorsqu'el- le atteindra une fraction de un pour cent abaissera la tension de la résis- tance 153 à 147 volts, ou moins. Les thyratrons 106 et 107 cesseront d'être conducteurs et le frein agira sur le moteur pour empêcher tout autre mouve- ment de l'électrode.
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Au sujet du fonctionnement décrit ci-dessus on remarquera.que 1' augmentation de 2% au-delà de la valeur choisie de courant d'électrode abais- se la polarisation de grille des thyratrons 206 et 207 de -3,5 à -4,25 volts par augmentation de la tension aux bornes de la résistance 253; et des que les thyratrons 106 et 107 laissent passer le courant,, une importante chute de tension apparaît aux bornes de la résistance à maxima d'intensité de relé- vage 157; la polarisation négative de grille des thyratrons 206 et 207 s'en trouve considérablement augmentée et toute possibilité de conductibilité si- multanée des quatre thyratrons à la fois et ainsi complètement éliminée, même avec un réglage incorrect de la résistance.
Naturellement, une élévation du courant d'électrode supérieure à 1% provoque une augmentation proportionnelle de la tension de grille des thyratrons et avance le point d'amorçage de ceux-ci jusqu'à ce qu'ils soient conducteurs pendant la totalité de la phase, au cas où de fortes corrections du courant d'électrode sont nécessaires.
De même, une chute de courant d'électrode de four jusqu'à 99,5% de la valeur choisie provoque l'amorçage des thyratrons 206 et 207 approximati- vement à demi-phase. Le moteur fonctionne alors en sens inverse pour abaisser l'électrode et augmenter ainsi le courant d'électrode jusqu'à une fraction d' un pour cent près de la valeur choisie.
Pour simplifier l'explication précédente, on avait supposé que les deux paires de thyratrons étaient réglées par les résistances 153 et 253 de manière à s'amorcer à la même tension.
Il est toutefois préférable, et c'est là une caractéristique de 1' invention que la résistance 153 soit calculée ou réglée de manière que le thy- ratron 107 ne s'amorce que lorsque la tension de grille du thyratron 106 est devenue suffisamment positive pour que sa conductibilité dure pendant la to- talité de la phase, et que la résistance 253 soit établie ou réglée de maniè- re que le thyratron 207 s'amorce seulement après que le thyratron 206 foncti- onne pendant la totalité de la phase. Il en résulte que la vitesse minimum du moteur peut être considérablement réduite en dessous du quart de la vi- tesse à pleine phase. Cet avantage est expliqué ci-dessous en référence aux figures 3 à 7.
La figure 3 représente les caractéristiques de thyratrons prises ci-dessus comme exemple. Le graphique A représente la tension d'anode de l'un quelconque des thyratrons, la graphique B la tension d'amorçage ou ten- sion initiale de grille, et la ligne G la résultante variable de tension à courantt continu appliquée entre la cathode et la grille du tube. Si la ten- sion de grille de -3,5 volts, normalement appliquée et correspondant à 100% du courant choisi, vient à monter progressivement dans le sens positif, le thyratron 106 s'amorce dès que la tension atteint une valeur de -3,0 volts.
La conductibilité du thyratron 106 commence alors à demi-phase et applique au moteur une onde de tension de la forme représentée par le graphique Al de la figure 4, faisant fonctionner celui-ci un peu au-dessous du quart de sa vitesse.
Une élévation plus forte de la tension de grille avance le point d'amorcage du thyratron 106 et augmente de manière correspondante la vitesse du moteur jusqu'à ce qu'au niveau de tension zéro la conductibilité du thyra- tron 106 commence pratiquement au début de la phase comme représenté à la fi- gure 5.
Une légère augmentation supplémentaire de la tension positive appli- quée à la grille., dépendant du réglage de la résistance 153 (figure 2), amor- ce le thyratron 107 au point d'amorçage situé à demi-phase., comme indiqué par le graphique A2 de la figure 6. Ceci augmente la tension appliquée au moteur.
En continuant de s'élever, la tension appliquée à sa grille avance progressivement le point d'amorçage du thyratron 107 et le moteur s'accélère de façon correspondante, jusqu'à ce que vers +3volts de polarisation, les deux thyratrons laissent passer le courant pendant.la totalité de la phase comme représenté à la figure 7. Dans les conditions prises ci-dessus comme exemple,
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le fonctionnement du moteur à pleine vitesse résulterait d'une augmentation du courant d'électrode à 105% de la valeur choisie.
Bien que la sensibilité de réglage par rapport aux caractéristiques d'amorçage des thyratrons disponibles soit fixe, il est possible de la faire varier sur une gamme étendue par le choix de tubes r.égulateurs de tension de' divers voltages. - -
Bien que les circuits inverseurs de la figure 2 aient-été éxpli- qués en application à la régulation de courant, il est évident qu'en rempla- gant les transformateurs d'intensité 150 et 250 (Figure 2) par des transfor- . mateurs de tension, le dispositif peut être utilisé comme régulateur électro- nique d'induction ou de tension du type élévateur.
Les spécialistes reconnaîtront que diverses modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation précédemment décrites sans s'écarter de l'esprit et des caractéristiques de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Dispositif de commande électronique pour alimenter une charge à courant continu au moyen de tension réglable venant,d'une source de courant alternatif, comprenant un dispositif d'alimentation en courant alternatif,.un circuit de charge, plusieurs tubes à décharge à arc susceptibles d'être com- mandés, insérés entre le circuit de charge et le dispositif d'alimentation pour le redressement à double alternance-et ayant des circuits de commande respectifs,
une source de courant continu à tension constante réglable et une source de courant continu à tension répondant à des conditions connectées en série et en opposition avec les circuits de commande précités de sorte que chaque tube reçoit une tension continue résultante de commande à régler entre la condition de demi-phase et la condition pratiquement de phase totale sui- vant l'amplitude de la tension résultante précitée, et un dispositif à résis- tance potentiométrique associé aux circuits de commande pour rendre les tensi- ons résultantes différentes entre elles afin d'allumer un des tubes à une va- leur de la tension répondant à des conditions et d'allumer tous les tubes à une autre valeur de la tension répondant à des conditions.