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COMMANDE PAR THYRATRONS POUR MOTEUR.
La présente invention se rapporte aux dispositifs de commande pour moteurs électriques et concerne plus particulièrement un dispositif électronique de commande de vitesse variable pour moteur réversible.
L'invention a généralement pour but d'assurer à un moteur réver- sible, une vitesse infiniment variable, sur une gamme de vitesse choisie.
Elle a encore principalement pour but d'offrir une commande élec- tronique de vitesse et une commande de freinage dynamique électronique pour moteur courant continu.
Elle a également pour objet d'offrir une commande électronique de vitesse de moteur à courant continu, fonctionnant sans heurts, la carac- téristique de cette commande résidant en une transition douce d'un sens de rotation au'sens inverse de marche.
Selon un objet plus particulier de l'invention, la commande élec- tronique de vitesse pour moteur à courant continu comporte un freinage dynami- que,
La commande électronique de vitesse de l'invention présente encore l'avantage d'être plus légère et moins coûteuse que la combinaison groupe moteur-génératrice et amplificateur constituant selon la technique antérieurs une commande généralement similaire à la commande de l'invention.
D'autres buts et avantages ressortiront mieux de la description suivante donnée en référence aux dessins annexés, 'sur-, lesquels:
La figure 1 est un schéma d'un dispositif de commande de moteur se- lon l'invention, et
Les figures 2, 3, 4 5 et 6 représentent quelques courbes facili- tant la description,
Si 1-'on considère la figure 1, M désigne le moteur à commander.
Son inducteur F reçoit de la batterie B une excitation de valeur fixe détermi- née par le réglage du rhéostat R. La vitesse deifonctionnement '.du moteur M dépend donc de la valeur de'-la tension d'iinduit et son-'-sens de. rotation dé- pend de la polarité de cette tension.. La valeur ainsi que la polarité de
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cette tension d'induit sont déterminées par les caractéristiques de fonction- nement des tubes 1 et 2.
La forme de réalisation particulièrement représentée à la figure 1 s'applique à un servo-régulateur..Le dispositif mécanique entraîné par le mo- teur M à commande électronique peut être, par exemple, un poste de pointage stabilisé pour bombardier d'assaut moyen A-26. Dans ce poste de pointagele pointeur, en visant sur la cible,., actionne le mécanisme gyroscopique, de telle sorte que l'arbre S fait tourner l'armature A autour de son axe en fonction de cette manoeuvre du mécanisme gyroscopique,.
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Z9 axmature A est une pièce en fier doux d'un dispositif de mesure d'écart bien connu E dans lequel le pick-up magnétique mesure le décalage en- tre le poste., représenté par la couronne SR, et la position de =" armature¯.A indicatrice de la position' de l'axe de précession du mécanisme gyroscopique.
En ce qui concerne cette application particulière le moteur M fonctionne sur 28 volts courant continu et les conducteurs 3 et 4 alimentent l' appareil re- présenté sous 110 volts courant alternatif à 400 périodes par seconde.
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1'awareil de l' in.ventâ..cn ne se limite pas à ces alimentations de 110 volts, 400 périodes, et de 28 volts courant continu., ces caractéristi- ques étant simplement utilisées conne points de référence.
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Un poste de pointage exige une romande du type le plus souple. Toute saccade ou irrégularité de modification de vitesse réduit considéra- blement les chances de toucher la cible. Pour une masse donnée du poste de pointage, l'appareil de l'invention permet de stabiliser la ligne de poin-
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tage de + 1/4 de degré près pour une oscillation représentative., ou tour, de + 30 degrés en une période de 10 secondes. La commande de l'invention don- ne donc toute satisfaction pour la stabilisation et l'alignement du poste de
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pointage .au-26..
Les conducteurs 3 et 4 sont alimentés en courant alternatif (110 volts, 400 périodes, en ce qui concerne l'application particulièrement repré- sentée).,au moyen d'un alternateur appropriée non représenté. Lorsque les conducteurs 3 et 4 sont alimentés, un circuit s'établit du conducteur 4, par
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le conducteur 5 la bague de prise de courant 6, la bobine 7 du pôle sail- lant 11, la bobine 8 du pôle saillant 12, la bague de prise de courant 9, et le conducteur 10, au conducteur 3.
On remarquera que les bobines 7 et 8 sont enroulées sur les pôles saillants 11 et 12 de manière que ceux-ci soient simultanément de même polar.
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rité. Lorsque l' armature A occupe 'une position parfaitement symétrique par rapport aux pôles saillants 11 et 12, ce qui est le cas quant il n'existe au- cun écart entre la position de l'arbre S et la position du poste de pointage, la répartition de flux du pôle 11 au pôle 13 est alors exactement identique à la répartition de flux du pôle 12 au pôle 14. La couronne SR est rigidement fixée au poste de pointage,,,par conséquent, sa position représente celle du poste de pointage.
On remarquera que les bobines 15 et 16 des pelés saillants 13 et 14, respectivement, sont connectées en série, mais en opposition..Lorsque la densité de flux augmente dans le circuit magnétique passant par les pôles 12
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et 14 la densité de flux du circuit magnétique passant par les pôles 11 et 13 augmente également. Les courants induits dans les bobines 15 et 16 seront donc de même sens, mais ces bobines étant connectées en opposition, aucune tension n'apparaîtra aux bagues de prise de Gourant 17 et 18 tant que la po-
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sition de 1-'armature'A sera symétrique par rapport aux pôles 11 et 12e et 13 et 14. La tonsion induite dans les bobines respectives 15 et 16, pour chaque delni>péricc?e est représentée par les courbes x et y de la figure 2. On re- marquera que la somme vectorielle est zéro.
La manoeuvre du mécanisme gyroscopique décale l'armature A de sa position symétrique. Ce décalage provoque l'augmentation de la valeur de la tension passant dans une bobine, dans la bobine 15 par exemple.. et la diminu- tion de la tension dans la bobine 16. Les courbes x' et y' de la figure 3 re-
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présentent ce changement de condition au cours d'une demi-période particulière.
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La somme de ces deux tensions demie ainsi la tension d'écart e
Cette tension d'écart e apparaît aux bornes collectrices 17 et 18 et c'est cette tension que l'amplificateur courant alternatif 20 est appelé à ampli- fier. L'invention permet d'obtenir un débit total du moteur avec 1/2 volt appliqué aux bornes d'entrée de l'amplificatur 20. Ce 1/2 volt est produit par un décalage de l'armature A d'un tiers de degré au plus de sa position de symétrie.
Lorsqu'ils sont alimentés, les conducteurs 3 et 4 alimentent éga- lement l'enroulement primaire 19 d'un transformateur T. Ce primaire 19 ali- mente les enroulements secondaires 20, 42, 47 et 50. Pendant une demi-pério- de, le courant produit par l'enroulement secondaire 21 passe de sa borne de droite, par un conducteur 22, les deux moitiés du secondaire 23 du trans- formateur 24 dans le sens indiqué par les flèches placées près de ce secon- daire, par les tubes redresseurs 25 et 26, les conducteurs 27 et 28, les ré- sistances 29 et 30, au point de jonction 31 et par le conducteur 32 au point milieu du secondaire 21.
Pendant la seconde demi-périodes la borne de gauche du secondai- re 21 sera positive et le courant passera de cette borne de gauche, par un conducteur 34, les deux moitiés du secondaire 35 du transformateur 24, dans le sens indiqué par les flèches placées près de ce secondaire, par les deux tubes redresseurs 37 et 38, aux conducteurs 27 et 28, puis par les rés@stan- ces 29 et 30, le point de jonction 31 et le conducteur 32 au point milieu du secondaire 21.
Puisque les potentiels des conducteurs 27 et 28 sont à chaque in- stant de même valeur positive par rapport au point de jonction 31, il est évident que,, pris seuls, le secondaire 21 et les tubés redresseurs 25, 26, 37 et 38 ne fournissent aucun potentiel de débit utile aux conducteurs 27 et 28.
Tant que l'armature A n'est pas décalée de sa position de symé- trie par rapport à la couronne SR, aucune tension n'apparaît aux bornes de débit, ou conducteurs 39, 40, de l'amplificateur courant alternatif 20. Le déplacement de l'armature A fait apparaître dans les conducteurs 39 et 40 une tension de débite ayant une fréquence égale à la fréquence d'alimenta- a tion, et, par rapport à la tension d'alimentation, une polarité qui dépend du sens de rotation de 1-'armature A relativement à. la couronne SR. La valeur de la tension de débit est une mesure de la valeur du décalage angulaire de l'armature A par rapport à sa position neutre.
La tension de débit de 1-'amplificateur 20 est appliquée au pri- maire 41, Les tensions induites dans les enroulements secondaires 23 et 35 par le primaire 41 se superposent donc aux chutes de tension existant dans ,les moitiés respectives des enroulements secondaires 23 et 35. En résultat pendant une demi-période, la tension e23U de la moitié supérieure du secondai- re 23, par exemple, s'ajoutera à la tension ea, mais la tension e23L de sa moitié inférieure se retranchera de cette tension e Pendant la seconde demi- période., les mêmes effets de tension se produisent dans le secondaire 35.
La somme instantanée des tensions ea et e23U produira, dans le conducteur 27, pendant une demi-période, la courbe de tension e27. Pendant la même demi- période., la somme instantanée des tensions e a et e23L produira, dans le con- ducteur 28, la courbe de tension e28. Au cours de la demi-période suivante, e35L et e a s'ajoutent pour produire la courbe de tension 'e28 dans le conduc- teur 28 et les tensions e35U et e se retranchent pour produire la courbe e27 dans le conducteur 27.
Il s'ensuit donc qu'il existe en fait une transformation de cou- rant alternatif en courant continu, et qu'il apparaît, dans les conducteurs
27 et 28, un potentiel., mesuré par la différence entre e27 et e28, propor- tionnel à l'écart de position de l'armature A par rapport à la couronne SR.
La polarité instantanée du potentiel du conducteur 27 par rapport au conduc- teur 28 dépend du signe, ou du sens, de l'écart et sa valeur est proportion-
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nelle à la valeur de la tension d'écart. Pour un écart de direction donnée, cette tension est représentée par la courbe ? de la figure 5.
Chacun des tubes thyratrons 1 et 2 est pourvu d'un enroulement secondaire d'alimentation séparé. La commande présente donc le caractère d'un circuit push-pull. L'avantage que présente ce type de circuit est la facilité avec laquelle le circuit s'équilibre et se maintient équilibré. Le fonctionnement correct de la commande de l'invention ne nécessite donc au- cun des réglages longs et souvent difficulteux qu'exigeaient les circuits de thyratrons du type antérieur.
Lorsque le tube thyratron 1 est conducteur, un circuit s'éta- blit, pendant l'une des demi-périodes, de la borne de gauche du secondaire 42, par la plaque 43 du tube 1, la cathode 44, le conducteur 45.. 1' induit du moteur M et le conducteur 46 à la borne de droite du secondaire 42. Pendant la demi-période suivante, la borne de droite du secondaire 47 est positive et si le tube 2, selon la commande de sa grille? est à ce moment conducteur, un circuit s' établit alors de la borne de droite du secondaire 47, par la plaque 48, la cathode 49, le conducteur 46, l'induit du moteur M et le con- ducteur 45 à la borne de gauche du secondaire 47.
'Les capacités interconnectant les grilles et cathodes, respec- tivement, les tubes 1 et 2, filtrent' les signaux indésirables eb les crêtes algues.
L'enroulement secondaire 50, par l'intermédiaire du circuit de déphasage constitué par la résistance variable 51 et la capacité 52, alimen- te 1-'enroulement primaire 53 du transformateur 54. Ce transformateur 54 com- porte deux enroulements secondaires 59 et 64. Le débit de l'emplificateur courant continu est connecté directement aux sections de résistance 57, 65 et 62. La grille 55 du thyratron 1 est commandée en fonction de la chute de tension aux bornes de la section de résistance 57 et de la tension de débit de polarisation du secondaire 59; la grille 60 est commandée par la chute de tension aux bornes de la résistance 62 et le débit de tension de polarisa- tion du secondaire 64.
Le circuit de la grille 55 passe de la grille 55 par ;La cathode 44, le conducteur 45, le point de jonction 56, la résistance 57, le point de jonction 58, le secondaire 59 et retour à la grille 55. Le circuit de la grille 60 passe de cette grille 60, par la cathode 49, le point de jonction 61, la résistance 62, le point de jonction 63, le secondaire 64, et retour à la grille 60. Une section de résistance 65 est également connectée entre les points de jonction 56 et 61.
Le choix des caractéristiques des circuits et le réglage du cir- cuit de déphasage connecté au secondaire 50 sont établis de manière à assu rer aux grilles 55 et 60 par rapport aux cathodes des tubes 1 et 2, respec- tivement, la polarisation voulue pour que ces tubes deviennent alternative- ment conducteurs au cours des demi-périodes successives. La période de con- ductibilité s'étend sur 90 , soit un quart de cycle, pour chaque tube lors- que la tension de débit V de 1-'amplificateur courant continu., tension V amplifiée, est nulle, c'est-à-dire lorsque aucune tension d'écart ea ne pas- se dans les conducteurs 39 et 40. Dans ce cas, aucune composante de chute de tension n'est fournie aux sections de résistance 57, 65 et 62.
Le moteur 'Il se trouve donc alimenté avec une polarité égale et opposée à chaque demi- période, et comme il ne peut répondre aux 400 cycles par seconde, aucune rotation ne se produit.
Quand le circuit est déséquilibré par une tension courant con- tinu effective, telle que V fournie par l'amplificateur à courant continu, la relation de phase de la polarisation appliqquée à l'une des grilles, à la grille 55 par exemple, se trouve modifiée de telle sorte que le tube 1 reste conducteur pendant plus de 90 de la demi-période au cours de laquel- le il devient conducteur, et la relation de phase de la grille 60 se modifie de telle sorte que le tube 2 ne reste conducteur que pendant moins de 90 de la demi-période pendant laquelle il devient conducteur,,
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Le moteur M se trouve ainsi alimentée et la .tension' appliquée aux bornes de son induit est fonction de la tension d'écart e, Le moteur M,au ' moyen de l'arbre 69, du réducteur 70,
de l'arbre 71, du pignon 72 et des dents d'engrenage 73 de la couronne SR, fait ainsi tourner cette couronne SR pour suivre les mouvements de l'armature A.
Tous les mécanismes fonctionnant en succession sont sujets à des pompages si l'on n'utilise quelques moyens pour éliminer cette tendance. Dans les servo-mécanismes comportant des génératrices commandées par amplifica- teur, on utilise généralement, comme circuit anti-pompage, certain type ré- action négative. La réaction de la tension d'induit à l'un des circuits de grille d'amplificateurs au moyen d'un circuit-résistance-condensateur consti- tue un exemple courant.
Dans le cas d'une commande directe de moteur par tbyratrons, de 'tels systèmes à réaction négative ne donnent pas satisfaction car le courant du moteur présente 400 crêtes de cycles empêchant une réaction par résistance- condensateur aux grilles sans filtre. En outre un filtre modifierait vraisem- blablement la phase et réduirait sans aucun doute la valeur de la réaction.
Pour réaliser la régularisation de marche tout en évitant les incon- vénients d'une réaction, l'invention utilise un circuit d'anticipation. Ce circuit est constitué par une résistance 80 shuntée par une capacité 81 de la valeur voulue pour produire dans une résistance 82 une chute IR décalée en avant par rapport à la tension de signal passant dans les conducteurs 27 et 28. La valeur de la résistance 80 est choisie' de manière à être relativement forte par rapport à la valeur de la résistance 82. '
La tension de débit de l'amplificateur courant .continu, variera ainsi d'une valeur V0 à des valeurs successivement plus élevées V1, V2, etc. avec les augmentations de la tension d'écart de e à Vn selon la valeur de cette tension d'écart.
Grâce à ce circuit d'anticipation, ces tensions amplifiées de V0 à Vn prendront de plus en plus d'avance au fur et à mesure de l'augmentation du taux de modification de e,
La capacité 83 est choisie de valeur appropriée pour pouvoir fil- trer le signal apparaissant dans les conducteurs 27 et 28.Le circuit d'anti- cipation élimine la tendance de pompage et accélère la constante de temps du dispositif. Sans ce circuit, 1-1 amplification ou renforcement de l' appareil devrait être réduit à la moitié de la valeur actuelle pour éviter le pompage.
Le circuit d'anticipation fournit un débit qui est fonction du taux de changement de signal d'entrée. Il agit de manière à neutraliser dans les circuits tous retards pouvant provoquer l'instabilité-
Il ressort de ce qui précède que le déplacement de 1-'armature A relativement à la couronne SR modifie dans un sens le signal de grille de l'un des thyratrons, du tube 1 par exemple, et modifie en sens opposé le si- gnal de grille de l'autre thyratron 2 de telle sorte que le moteur M tourne dans le sens voulu pour faire suivre à la couronne SR exactement les mouve- ments de l'armature A. Lorsque l'armature A se déplace en sens contraire, le sens de rotation du moteur s'inverse.
Le freinage dynamique se produit lorsque le tube thyratron opposé au thyratron conducteur s'amorce. On supposera, par exemple que la grille du tube 1 est positive au degré nécessaire pour faire tourner le moteur M dans un sens. Si cette tension positive de grille est supprimée ou ramenée au zé- ro, le moteur se comporte instantanément comme une génératrice et dissipe son énergie dans le tube 2 pour produire un freinage dynamique. On peut voir . que la tension du moteur se comportant en génératrice apparaît effectivement dans le circuit de grille.
La commande par tbyratron de l'invention satisfait à toutes les conditions de fonctionnement requises d'une génératrice courant continu com- mandée par amplificateur, et présente en outre l'avantage d'une réduction ap- préciable de poids et d'encombrement. L'appareil antérieur solutionnant à peu près les mêmes problèmes que la présente commande par thyratrons, pèse, dans
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l'application particulière dont il s'agit ici, environ 11 kg. alors que cette commande par thyratrons ne pèse que 4.500 Kg.
En plus des avantages déjà mentionnés, la commande par thyra- trons de l'invention tend également à régulariser la vitesse du moteur. Ce- ci se produit grâce au passage de la tension d'induit dans la résistance 65 connectée comme représenté. En ce qui concerne Inapplication particulière en question, les valeurs des résistances 57, 65 et 62 sont respectivement de 50.000 ohms, 20.000 ohms, et 50.000 ohms.
On supposera, par exemple,, que le débit de l'amplificateur cou- rant continu 84 est une tension courant confina, constante. Cette tension créera un déséquilibre entre les polarisations des grilles respectives 55 et 60 fera tourner le moteur 1±. La force contre-électromotrice du moteur.. c'est-à-dire sa tension d'induit, tendra à s'opposer à la tension fournie par 1-'amplificateur courant eontinu aux résistances 57, 65 et 62. Par con- . séquent, la différence existant entre ces deux tensions constituera la ten- sion de grille nécessaire pour une vitesse particulière du moteur.
Si par exemple., la vitesse du moteur ralentit,, du fait d'une augmentation de la charge appliquée au moteur., la tension d'induit, diminuera, alors, mais cette diminution de la tension d'induit produira une plus forte tension différen- tielle dans le circuit de grille. Cette augmentation de tension de grille fera circuler un courant plus fort dans l'induit du moteur, ce qui augmente- ra sa vitesse. La régulation de vitesse est ainsi obtenue.
La présente invention ne se limite pas à une alimentation sous 110 volts 400 périodes, mais peut s'appliquer avec une égale facilité aux fréquences et voltages industriels. Il sera facile à l'ingénieur spécialisé de déterminer les différentes constantes de circuits de telles autres modi- fications rendues nécessaires par l'utilisation des fréquences et voltages industriels.
Bien que l'on ait décrit une seule application de l'invention,, celle-ci ne se limite pas aux circuits particulièrement représentés ni à l'application mentionnée. Elle peut avoir, en effet., de nombreuses autres applications industrielles. Son utilisation pour la mise au. niveau d'un ascenseur à chaque étage ainsi que pour la commande d'un moteur réglant la vanne de vapeur alimentant une -turbine, en constitue deux exemples.
REVENDICATIONS.
1. - Dispositif électronique de commande de moteur pour comman- der le fonctionnement d'un moteur à courant continu en réponse à la polarité et l'amplitude d'une tension d'erreur, comprenant deux tubes électroniques à grille commandée connectés de telle façon entre une source de courant al ternatif et le circuit d'induit du moteur qu'ils provoquent la circulation d'un courant dans le circuit d'induit dans un sens pendant une demi-période de la tension alternative et dans le sens opposé pendant la demi-période suivante; des circuits de commande de grille pour ces tubes réglés de façon à faire circuler le courant d'induit dans les deux sens pendant des inter- valles de temps égaux en 1,'absence de tension d'erreur.;
et un dispositif de'circuit pour appliquer une tension d'erreur aux circuits de commande de grille de manière à avancer le point d'allumage d'un tube et retarder le point d'allumage de l'autre tube en fonction de la tension d'erreur.