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PERFECTIONNEMENTS A LA COMMANDE A,DISTANCE:DE MOTEURS:ELECTRIQUES.
Linvention se rapporte à des perfectionnements à la commande à distance des moteurs électriques, et plus particulièrement à la commande des moteurs tels qu'utilisés dans les mines ou autres endroits où des gaz inflam- mables ou un danger d'explosion,peuvent être présents.
Il est d'usage, d'utiliser pour de tels circuits de commande des câbles flexibles comportant trois fils principaux;, un fil pilote et un fil de terre, par l'intermédiaire desquels on peut mettre en marche et arrêter, à dis- tance, des moteurs à courant alternatif triphasé, à partir d'un poste de com- mande.
Un certain nombre de caractéristiques relatives à la protection sont demandées à ce type de commande; bien qu'il existe des dispositifs de commande à distance qui répondent à certaines des exigences, aucun à notre connaissance, ne répond à toutes les conditions de protection exigibles.
L'invention comporte la mise en oeuvre d'une réactance saturée ou amplificateur magnétique, en combinaison avec un commutateur à trois posi- tions, un redresseur à simple alternance et une résistance,la sortie de la réactance commandant un contacteur ou le relais d'enclenchement d9un disjonc- teur.
L'invention va être décrite en se référant aux figures ci-jointes.
La figure 1 représente le schéma électrique d'une forme de 1'in- vention.
La figure 2 représente les tensions agissant sur la grille du tube thermoionique de la figure 1
La figure 3 représente le schéma électrique dune autre forme de 1'invention utilisant deux tubes.
La figure 4 représente le schéma électrique d'une modification utilisant deux tubes.
La figure 5 représente les tensions agissant sur les grilles du' tube de la figure 4.
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La figure 6 représente le schéma électrique d'une autre modifi- cation utilisant comme relais secondaire un tube à mercure non-basculant.
La figure 7 représente le schéma électrique d'une autre modifi- cation utilisant une seconde réactance saturée comme relais secondaire.
Dans le circuit représenté à la figure 1, on utilise un tube thermoionique à remplissage gazeux F fonctionnant conjointement avec un commutateur à trois positions K, son redresseur à simple alternance N et sa résistance 0, disposé de manière à actionner un contacteur principal C par l'intermédiaire de sa bobine d'attraction D, pour mettre en marche un moteur M. Un transformateur G comportant divers secondaires G2 G3 G4 G5, G6, G7 et G8, fournit aux différentes parties du circuit les tensions-gril- les ou d'actionnement nécessaires.
Le circuit d'actionnement entre le commu- tateur de commande K et le tube F comporte une réactance saturée, ou ampli- ficateur magnétique, et l'utilisation de ce dispositif, en combinaison avec les autres caractéristiques du circuit, confère le moyen d'obtenir les pro- tections et les verrouillages dont question précédemment. Une autre caracté- ristique de l'invention réside dans le procédé utilisé pour le fonctionnement de la triode à remplissage gazeux, ou thyratron.
Comme on le sait, un thyra- tron ne permet le passage du courant et n'est susceptible d'être amorcé que lorsque son anode est positive., d'où il résulte que si on l'utilise sur un circuit à courant alternatif, il ne s'amorce que pour les alternances posi- tives, et il y a une période de non-amorçage d9une durée d'une demi-période, . pendant laquelle l'anode est négative.
Un redresseur à double alternance dispo- sé entre la source de courant alternatif et l'anode du thyratron applique à celle-ci une tension unidirectionnelle, ou continue non filtrée,qui, en réal i- té, est une tension positive pulsatoire, ou une succession continuelle d'al- ternances positives, dont chacune est suivie d'un zéro, comme le représente la figure 2. Avec cette disposition., il n'y a pas de période non-excitation pour le tube. Les alternances successives sont représentées en a, b, et c, d étant le zéro,ou la ligne de référence. Un enroulement de polarisation grille G2 du transformateur G applique une tension alternative sur la grille P2 du thyratron F de la figure 1 comme représenté en e à la figure 2.
Le circuit est disposé de telle sorte que cette' tension primaire alternative de polarisation e agisse à différents niveaux de potentiel par rapport à la ligne de référence d de la cathode de la lampe,de tels niveaux de po- tentiel étant représentés en f et en g à la figure 2. Des résistances k et 1 sont représentées dans le circuit-grille du thyratron F, en série avec la tension primaire alternative de polarisation de l'enroulement G2. Une tension est appliquée sur la résistance k dans le sens approprié pour rendre la grille plus négative, et par conséquent pour assurer le maintien du tube en condition non-excitée; cette tension constitue une polarisation permanente secondaire.
La tension appliquée aux bornes de la résistance k est une ten- sion continue filtrée, fournie par un enroulement secondaire G3 et son re- dresseur à double alternance W, avec condensateurs de filtrage m et self de filtrage n. L'action de cette tension continue aux bornes de k est d'abais- ser le niveau du potentiel normal ou ligne de référence de la tension de po- larisation grille e, comme représente en ± à la figure 2, cette polarisa- tion étant négative;, par rapport à la ligne de référence d d'une quantité d.f., représentant la tension négative appliquée aux bornes de la résistance k de la figure 1.
La courbe de tension de polarisation grille e, lorsqu'elle occu- pe la position représentée en f, représente la situation par rapport aux cour- bes de tension anodiques a b et c lorsque le commutateur K est dans la po- sition "arrêt" k Dans ces conditions, il n'y a pas de tension aux bornes de la résistance 1 tant que le commutateur K se trouve en position Kl; il en résulte que le tube F est polarisé loin en-dessous du point d'amorcage et que par conséquent le contacteur C n'est pas actionné.
En déplaçant le commutateur de commande K en position K2, qui est la position "démarrage", on engendre aux bornes de la résistance 1 une tension de sens opposé à celle appliquée en permanence aux bornes de la ré- sistance k. L'effet de cette tension est d'amener la grille à un potentiel
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positif, au stade représenté à la figure 2 lorsque la tension grille e, on- dule de part et d'autre de la ligne g puisque cette ligne de référence sest relevée en tension d'une quantité f.g Dans ces conditions, le thyratron s'a- morce lors de chacune des alternances successives, et par conséquent laisse passer par la bobine d'attraction D du contacteur C un courant redressé sur les deux phases,
la bobine d'attraction étant dimensionnée de manière à fer- mer le contacteur C avec un ample excédent de puissance.
Le commutateur de commande est alors amené en position K3 qui est la position de fonctionnement normal ou position finale de commande. Cet- te manoeuvre provoque 1'insertion de la résistance 0, ce qui réduit la ten- sion appliquée aux bornes de 1, par l'intermédiaire de la résistance saturée, de telle manière que la tension aux bornes de la résistance 1 devienne égale et opposée à celle développée aux bornes de la résistance k Il en résulte que la ligne de référence de la tension grille e passe en position d.
Dans ces conditions, la tension grille e étant inférieure aux valeurs négatives critiques représentées par les courbes h n'amorce pas le thyratron pendant les alternances a et c, mais l'amorce pendant les alternances b etc... Le contacteur C, par conséquent, reste enclenché, mais est maintenu en position enclenchée avec sa bobine d'attraction D alimentée seulement par du courant redressé à simple alternance. Dans ces conditions, le contacteur reste en- clenché, mais l'attraction exercée par sa bobine n'est pas suffisamment for- te pour la faire réenclencher au cas où il retomberait par suite d'un dé- faut survenant pendant que le commutateur K est en position "marche", ou K3.
Les zones délimitées par les courbes représentées à la figure 2 sont hachurées partiellement pour indiquer quelles sont les zones dans les- quelles le thyratron s'amorce; il est donc sous-entendu que lorsque la cour- be de polarisation grille e ou une partie de celle-ci se trouve dans une zone hachurée,, cela signifie que le thyratron s'amorce au cours de l'alternance considérée.
En ce qui concerne le circuit entre le thyratron et le commuta- teur de commande K on utilise une réactance saturée Y, qui est également une caractéristique particulière de l'invention, lorsqu'elle est utilisée en com- binaison avec un commutateur à 3 positions et un redresseur N. La réactance , saturée Y comporte un circuit magnétique du type à trois colonnes, ou de tou- te autre forme appropriée, sur lequel sont enroulées deux bobines d'inductau- ce'Il et Y2 traversées par du courant alternatif, tandis qu'une troisième bobine Y3 est prévue comme bobine d'actionnemetn fonctionnant en courant con- tinu. Une des bobines courant alternatif est connectée de manière à ce qu' elle crée un champ opposé à celui de la bobine courant continu, tandis que 1' autre renforce la bobine courant continu au même moment.
Dans d'autres formes de réactance saturée, on prévoit deux cir- cuits magnétiques, à deux colonnes, au lieu d'un seul noyau à trois colonnes; dans un tel cas, évidemment,chacun des deux noyaux magnétiques comporte un enroulement courant continu et un enroulement courant alternatif, s'ajoutant dans un circuit et s'apposant dans l'autre, selon le dispositif bien connu.
Un enroulement courant continu supplémentaire est utilisé dans d'autres ty- pes, comme enroulement d'auto-excitation excité par du courant redressé à partir du courant alternatif traversant les enroulements Yl et Y2, cette der- nière disposition conférant une plus grande sensibilité à la réactance satu- rée. Ces détails, néanmoins, sont connus et utilisés, et n'affectent pas le principe de fonctionnement du présent type de circuit faisant l'objet de 1'in- vention.
En fonctionnement, le commutateur est dans la position K2, ce qui permet au courant de passer de 1?enroulement secondaire G7 par l'enroulement courant continu Y3, le point 18, la résistance L, qui est mise à la terre, à travers le redresseur N, pour revenir à l'enroulement G7, produisant ainsi le courant redressé sur une alternance alimentant l'enroulement Y3.
Le côté courant alternatif de la réactance saturée est alimenté en courant alternatif par l'enroulement secondaire G4, par le point 19 les enroulements Y2 et Yl de la réactance Y, les contacts du. relais de protection contre les surcharges
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J, le redresseur X, la résistance de polarisation 1 du circuit grille du thyratron F, les cellules de filtrage M1 -N1 pour revenir en G4. De cette manière, la réactance saturée procure une tension alternative qui est re- dressée et filtrée, et apparaît sous forme de tension continue aux bornes de la résistance 1, en opposition avec la tension continue permanente appliquée aux bornes de la résistance k, rendant la grille F2 plus positives ou, en se référant à la figure 2,
le niveau de référence de la tension de polarisation grille est élevé depuis le potentiel négatif f jusqu'au niveau positif de référence g; le potentiel aux bornes de la résistance 1 est donc repré- senté à la figure 2 par f-g et il résulte que le thyratron est excité pour toutes les alternances a, b c, etc puisque ces courbes sont situées dans la zone hachurée de la figure 2. La bobine du contacteur D reçoit donc sa pleine excitation, et ferme le contacteur C. Le commutateur de manoeuvre K est alors déplacé en position k3 ce qui introduit la résistance 0 dans le circuit de commande lequel continue à fournir du courant continu redressé sous une alternance à l'enroulement Y3 de la réactance saturée, mais avec une intensité plus réduite.
Il en résulte un accroissement de l'impédance des enroulements Yl et Y2 de la réactance, qui fournissent au redresseur X une tension alternative plus réduite, et par conséquent une tension continue plus faible aux bornes de la résistance 1,, tension qui en fait est égale et opposée à la tension aux bornes de la résistance k. On peut alors constater par la fig.
2 que la ligne de référence de la tension de polarisation grille est amenée au niveau.9., et que par conséquent la tension aux bornes de la ré- sistance 1 de la fige 1 est maintenant f-g On constaté par conséquent, que la courbe de polarisation e se trouve au dehors de la zone hachurée pour les alternances a et c mais se trouve à l'intérieur de celle-ci pour l'alternan- ce b, de sorte que le thyratron F de la fig.l s'amorce uniquement pour cha- que deuxième alternance, ce qui réduit l'excitation sur la bobine d'attraction D du contacteur d'environ la moitié ou même davantage.
De cette manière, en cas de panne d'alimentation ou de déclenchement du circuit pour l'une ou 1 autre raison, le contacteur C s'ouvre, par suite de l'absence d'excitation sur la bobine D, mais lors de la réapparition du courant, si le commutateur de commande est resté en position k3 le thyratron s'amorcée mais avec un po- tentiel de polarisation grille au niveau.9. (voir figure 2) en simple alter- nance.Dans ces conditions, la bobine d'attraction D n'est pas soumise à une excitation suffisante pour fermer le contacteur C. Il est par conséquent né cessaire d'ouvrir le commutateur K et de recommencer le démarrage dans la succession correcte des opérations.
Le redresseur E, qui est représenté à la figure 1 aux bornes de la bobine D est prévu en vue du filtrage, lorsque D fonctionne en simple alternance, comme c'est le cas durant la période de-dé- marrage.
Le circuit représenté à la figure 3 est similaire à celui des figures 1 et 2 excepté en ce qui concerne l'utilisation de deux tubes au lieu d'un seul; en se référant à la figure 2 les alternacnes a,c, etc sont re- dressées par un tube F tandis que les alternances b, etc... sont redressées par un autre tube FF.
Les grilles des deux tubes F2 et FF2 sont connectées à un enroulement secondaire G2 avec prise médiane du transformateur C et ceci donne lieu à la courbe e de la figure 2 et produit un potentiel négatif sur la grille d'une des lampes et un potentiel positif sur la grille de l'autre lampe, le restant du circuit grille étant similaire à ce qui a été représenté à la figure 1, et étant connecté entre la prise médiane de l'enroulement se- condaire G2 et la connexion de cathode commune entre les deux lampes;
les ré- sistances et 1 effectuent donc exactement les mêmes fonctions que dans la disposition de la figure 1 dans laquelle la tension continue est appliquée aux bornes de la résistance k., rendant le niveau de potentiel zéro de la ten- sion grille e (voir figure 2) négatif, d'une quantité d-f Une autre tensicn continue estdéveloppée aux bornes de la résistance 1 lorsque le commutateur de commande K est en position k2 ce'qui relève le potentiel de polarisation grille e du niveau f au niveau g de la figure 2 ce qui fait amorcer les deux lampes pendant leurs alternances positives respectives., comme représenté à la figure 2, laquelle concerne la position de démarrage.
En déplaçant le commu- tateur K en position K3, la tension continue aux bornes de la résistance 1 est réduite de la valeur f-g à la valeur d f de la figure 2 amenant par con-
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séquent la courbe de la tension de polarisation grille du niveau au niveau
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do On remarquera donc d'après la figure 2 que la courbe de la tension gril- 1 se trouve à 19extérieur des demi-cycles a2¯ce etc... et que par consé- quent la lampe F cesse de s9amceo Cette courbe 9 cependant,, se trouve a 1 intérieur de la zone hachurée pour les demi-cycles .12" etc.. ;
par conséquent la lampe FF s'amorce pour ces demi-cycles respectiéé, et la bobine de contac- teur D obtient une excitation en courant redressé à double pulsation dans la position de démarrage K2 du contacteur K avec les deux lampes amorcées, tan- dis que dans la position K3 de marche normale, la bobine reçoit uniquement une excitation par courant redressé sur une alternance, une seule lampe FF,étant excitée.
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On remarquera que la bobine deattraction De à la figure 3, est ex- citée à partir de l'enroulement secondaire G6 du transformateurs dont les deux points extrêmes sont connectés respectivement aux anodes des tubes F et FF,
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la bobine D étant connectée entre la prise médiane de l9anoulement G6 et la connexion de cathode commune. Un redresseur d'égalisation D est connecté aux bornes de la bobine D comme décrit précédemment,pour servir lorsque l'on fonctionne avec excitation redressée sur une seule alternance.
La disposition représentée à la figure /, utilise une combinaison à tubes jumelés'qui est similaire à celle représentée à la figure 3 tout au
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moins en ce qui concerne ses dimensions et son but. Le principe de l'obten- tion de la discrimination entre l'amorçage à simple ou à double alternance du tube est quelque peu différente toutefois)) de celui représenté, à la figure 2 sur laquelle sont basées les dispositions des figures 1 et 3. Les circuits grilles sont par conséquent assez différents, mais les circuits anodiques et
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les circuits du commutateur de ocnmande sont similaires à ce qui vient d9être décrit. En décrivant le circuit grille et son fonctionnement, on aura une meilleure compréhension en se référant aux courbes de la figure 5.
Comme pré- cédemments le tube F est disposé de manière à fonctionner pour les demi-cycles
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a et ci tandis que le tube F fonctionne pour les demi-cycles b et de le cir- cuit anodique étant similaire à celui représenté à la figure 3,en ce sens que la bobine d'attraction D du contacteur est excitée entre la prise médiane de l'enroulement secondaire G6 et la connexion commune de cathode.Les gril- les des deux tubes F et FF sont excitées séparément, par les enroulements res- pectifs G2 et G3 Les tensions primaires de polarisation e et ! des deux tu- bes doivent être inégales.
On remarquera donc, diaprés la figure 5, que 1'am- plitude de la tension de polarisation grille e. telle qu'elle est représentée
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dans le cas de la position "arrête! est plus petite en ce qui concerne les demi- cycles a et c concernant le tube F, que la tension primaire de polarisation grille f représentée pour les demi-cycles b et d correspondant au tube FF.
Le commutateur de commande K est représenté dans le cas en ques- tion comme agissant sur le circuit par 1-'intermédiaire de la réactance satu- rée comme décrit précédemment. Les résistances et t sont représentées res- pectivement dans les circuits grille=-cathode respectifs des tubes F et FF dans le but d;
y appliquer une tension de polarisation secondaire alternative en vue de renforcer'ou de diminuer Inaction des tensions-grilles fournies par les enroulements G2 et G3
Les résistances s et ]. doivent avoir desvaleurs ohmiques égales, En fonctionnements, lorsque l'interrupteur K est placé en position k2 la ré-
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actance saturée Y et 13enroulement secondaire G4 engendrent une tension aux bornes des résistances s et 1 le circuit comportant 13enroulement secondaire Gt,.s la connexion 21, l'enroulement Y2 de la réactance Y9 l'enroulement Yl,, la résistance te la connexion commune de cathode 22, la résistances et 19 enou- lement G4. Une tension est donc appliquée également aux bornes des deux ré- sistances. Le déphasage entre ces deux tensions est de 1800 par rapport aux tensions fournies par les enroulements G2 et G3 et les polarités sont donc opposées.
Comme les tensions grilles de base sont inégales, ainsi qu'on 1'a déjà mentionné;!, Inapplication d'une tension opposée et de même amplitude, aux bornes des résistances s et t, dans le cas des deux tubes, créera des tensions encore inégales, mais de polarité opposée, en ce qui concerne la tension- grille;
en se référant donc à la figure 5,, la tension grille e, qui était de
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faible amplitude dans le sens négatif pour les demi-cycles a et e dans la position a:rét'9 et la tension grille fg d'amplitude négative plus grande pour les demi-cycles b et d produisent maintenant, par suite des tensions de sens opposés appliquées aux bornes des résistances s et t, une tension grille d'une amplitude positive plus grande pour les demi-cycles a et c et une tension grille 1: d'amplitude positive plus petite pendant les demi-cy- clés b et d et le fait que les deux tensions grilles restent constamment positives entraîne l'amorçage dans les deux tubes pour leurs demi-cycles res-
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pectifse et procure une excitation à double alternance à la bobine d'attrac- tion D du contacteur.
En déplaçant le commutateur de commande dans la posi- tion k3 la réactance saturée donne une tension réduite, mettons de moitié, aux bornes des résistances et .1 et il en résulte, du fait des tensions
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grilles basiques e et jt inégales pour les deux lampes, une tension de pola- risation réduite e. pour les demi-cycles a et c, et une tension de polarisa- tion nettement inégalité fpoar les demi-cycle b et da de sorte que-l'afu6r- page à lieu pdur le 'tube F représentant les demi-cycles a et.±, tandis que le tube FF ne s'amorce plus, comme représentant les demi cycles b et d puisque la courbe de tension grille e se trouve à l'intérieur de la zone
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hachurée de la figure 6, par rapport aux demi-cycles a et ç tandis que la courbe 1:
se trouve à l'extérieur de la zone hachurée par rapport aux demi- cycles 12 et d; la bobine du contacteur doit donc recevoir une excitation re- dressée à simple alternance. Cette excitation est censée être suffisante pour maintenir le contacteur lorsqu'il est initialement fermé, et être in-
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suffisante pour le refermer si l'ah3aaentation manque ou est défectueuse, et se rétablit par la suite sans que l'on ait déplacé le commutateur K de la position K3 correspondant à la marche normale,ceci étant une condition exigée en vue de la protection par verrouillage décrite précédemment.
Le circuit représenté à la figure 6 utilisée la réactance saturée Y comme relais primaire, et un relais à mercure comme relais secondaire. La réactance saturée fonctionne précisément de la même manière que la disposi- tion selon les figures 1 et 3 en combinaison avec le commutateur à trois po- sitions K et le redresseur à simple alternance N;
donc, en fonctionnement,
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le commutateur K est déplacé de la position fiarrêtu El à la position "dé- marrage" k2 ce qui fait passer un courant redressé sur une alternance à travers la bobine d'excitation Y3 de la réactance saturée., la source de basse tension nécessaire à cet effet étant l'enroulement secondaire G4 Par le second circuit de la réactance saturée Y,un courant traverse, 'à partir de l'enroulement G2 les enroulements Yl et Y2 de la réactance et le redresseur F grâce auquel un courant continu traverse la bobine d'actionnement H4 du contacteur à mercure H, fermant de ce fait les contacts Hl et H2 de celui-
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ci,
d'où résulte le passage d'un courant depuis 10enroulement secondaire G59 à travers le contacteur à mercure et le redresseur Ey ce qui excite la bobine d'attraction D, laquelle ferme le contacteur C et met le moteur M en marche. On remarquera que l'action d'exciter la réactance saturée en fai- sant passer un courant continu à travers Y3 diminue son impédance, et trans- fère par conséquent la tension nécessaire au redresseur disposé du côté cou- rant alternatif, lequel, à son tour, procure l'excitation nécessaire pour actionner le relais H. Si maintenant le commutateur de commande K est dépla- cé dans la position K3, ceci introduit alors la résistance 0, ce qui réduit !-'excitation appliquée à l'enroulement courant-continu Y3, et augmente l'im- pédance du côté courant alternatif de l'inductance saturée Y,
réduisant de ce fait la tension aux bornes du redresseur F, et résuidant par conséquent l'excitation de la bobine d'actionnemént H4 du relais à mercure Ho Ceci main- tient le relais en position fermée, mais ne suffirait pas pour le refermer, lors du retour de l'alimentation, à la suite d'un manque de tension ou d'un dé-
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faut.
En déplaçant le commutateur de commande K en position "arrêt" K3. l' enroulement Y5 n'est plus alimenté, et dans ces conditions,, la réactance sa-
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turée présente alors une impédance pratiquement infinîe., et la tension qu'el- le laisse alors disponible pour le redresseur F devient pratiquement nulle., de même que la tension aux bornes de la bobine d'actionnement H4 du relais à mercure H; ses contacts s'ouvrent donc et interrompent l'alimentation du redresseur E et de la bobine d'attraction d, provoquant ainsi le déclenchement
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du contacteur.
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N'importe quel autre relais actionne électro-magnétiquement peut être utilisé comme relais secondaire.
Les autres détails du circuit fonctionnent exactement comme décrit dans les exemples précédents.
Dans la disposition représentée à la figure 7 deux réactances sa-
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tur'ées sont utilisées, l'une agissant comme un relais primaire, et l'autre comme relais secondaire. En fonctionnement, la réactance saturée Y est ac-
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tionnée à partir dû commutateur de commande K, de la même manière que décrit précédemment en connexion avec la figure 6s c'est-à-dire que lorsque le com- mutateur de commande K est déplacé en position K2, une excitation en courant continu est appliquée à l'enroulement Y3 de la réactance saturée Y, ce qui
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abaisse l'impédance du 8té courant alternatifs pour les enroulements Yl et Y2 alimentés par l'enroulement L,. du transfo:
r.'1I1ateur attaquant par conséquent le redresseur F avec la tension d'entrée maximum, le courant de sortie re- dresse traverse alors 19enroulement courant continu W3 de la réactance satu-
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rée W9 réduisant 1 mppdarce du côté courant alternatif de cette dernière et permettant à l'enroulement secondaire G5 d'appliquer une tension maximum au redresseur E d'où il résulte que la bobine d'attraction du contacteur est traversée à son tour par un courant redressé maximum, et ferme par conséquent le contacteur, en faisant démarrer le moteur M On admettra donc, de cette manière, que la réactance saturée se comporte comme 'on relais primaire,
tan- dis que la réactance W agit comme un relais secondaire et remplit des fonc- tions similaires à celles du relais à mercure H de la figure 6
On admettra toutefois que dans les cas où l'intensité continue à l'entrée de la réactance ne doit pas nécessairement être très faible ou dans ceux où la sortie,du côté courant alternatif, ne doit pas nécessaire- ment être très élevée, on peut alors supprimer la réactance saturée W et con- necter directement la sortie du redresseur F à la bobine dattraction D du contacteur, sans donc faire intervenir aucun relais secondaire, le relais primaire assumant les deux fonctions.
En continuant la description du fonctionnement de la disposition représentée à la figure 7 l'intensité du courant continu dexcitation tra-
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versant l$enroulement Y3 est réduite lorsque l'on amène le commutateur de ccmmande K dans la position K30 Ceci augmente 19tnpéda;ce du côté courant alternatif de la réactance,absorbant donc davantage de la tension fournie par l'enroulement secondaire G4 du transformateur, et réduisant la tension disponible pour le redresseur F.
Ceci entraîne la réduction de l'excitation
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courant continu de l'enroulement W3 de la réactance W. et augmente par con- séquent leimpédance du côté courant alternatif de la réactance Ws diminuant donc la tension disponible à partir de 13enroulement secondaire G3 du trans-- formateur pour le redresseur E et la bobine d'attraction D du contacteur.
Le circuit étant dans une telle condition, le contacteur C est maintenu en po- sition attirée, mais dans le cas de son ouverture, par manque de tension ou par suite d'un défaut, 1?excitation de la bobine D n'est pas suffisante pour réattirer le contacteur, lors du retour de la tension, le commutateur de com-
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mande étant resté en position K3c En passant de la position K3 à la position k1, l'enroulement courant continu Y3 de la réactance Y cesse dêtre alimenté.
De ce fait, l'impédance du côté courant alternatif de la réactance augmente jusque près de 1'infini et par conséquent la tension disponible pour le
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redresseur F devient pratiquement nulle; il en résulte que 1-lenroulement cou- rant continu W3 de la réactance W se désexcite" ce qui s'accompagne d'une augmentation d'impédance du côté courant alternatif de la réactance 1, et
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d'une disparition de tension pour le redresseur F et la bobine d?attraction d provoquant par conséquent l'ouverture du contacteur C et l'arrêt du moteur M.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS BY REMOTE CONTROL: OF MOTORS: ELECTRIC.
The invention relates to improvements to the remote control of electric motors, and more particularly to the control of motors as used in mines or other places where flammable gases or a danger of explosion may be present.
It is customary to use for such control circuits flexible cables comprising three main wires ;, a pilot wire and an earth wire, through which it is possible to start and stop remotely. , three-phase AC motors, from a control station.
A certain number of characteristics relating to protection are required for this type of command; although there are remote control devices which meet some of the requirements, none to our knowledge meets all of the required protection conditions.
The invention comprises the use of a saturated reactance or magnetic amplifier, in combination with a three-position switch, a half-wave rectifier and a resistor, the output of the reactance controlling a contactor or the relay. tripping of a circuit breaker.
The invention will be described with reference to the accompanying figures.
Figure 1 shows the circuit diagram of one form of the invention.
Figure 2 shows the voltages acting on the grid of the thermionic tube of figure 1
Figure 3 shows the circuit diagram of another form of the invention using two tubes.
Figure 4 shows the electrical diagram of a modification using two tubes.
Figure 5 shows the tensions acting on the grids of the tube of Figure 4.
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Figure 6 shows the circuit diagram of another modification using a non-tilting mercury tube as a secondary relay.
Figure 7 shows the circuit diagram of another modification using a second saturated reactance as a secondary relay.
In the circuit shown in Figure 1, a gas-filled thermionic tube F is used, operating in conjunction with a three-position switch K, its half-wave rectifier N and its resistor 0, arranged so as to actuate a main contactor C by the 'intermediary of its attraction coil D, to start a motor M. A transformer G comprising various secondaries G2 G3 G4 G5, G6, G7 and G8, supplies the various parts of the circuit with grid voltages or necessary actuation.
The actuation circuit between the control switch K and the tube F has a saturated reactance, or magnetic amplifier, and the use of this device, in combination with the other characteristics of the circuit, provides the means of obtain the protections and locks mentioned above. Another feature of the invention resides in the process used for the operation of the gas-filled triode, or thyratron.
As we know, a thyra- tron does not allow the passage of current and is liable to be initiated only when its anode is positive., From which it results only if it is used on an alternating current circuit, it starts only for positive alternations, and there is a non-starting period lasting half a period,. during which the anode is negative.
A full-wave rectifier between the AC source and the anode of the thyratron applies to the latter a unidirectional, or unfiltered DC voltage, which in reality is a pulsating positive voltage, or a continuous succession of positive alternations, each of which is followed by a zero, as shown in Figure 2. With this arrangement, there is no non-excitation period for the tube. The successive alternations are represented at a, b, and c, d being zero, or the reference line. A grid bias winding G2 of transformer G applies an alternating voltage to grid P2 of thyratron F of figure 1 as shown at e in figure 2.
The circuit is arranged such that this primary alternating bias voltage e acts at different potential levels with respect to the reference line d of the cathode of the lamp, such potential levels being shown at f and at g in FIG. 2. Resistors k and 1 are represented in the gate circuit of thyratron F, in series with the alternating primary voltage of polarization of winding G2. A voltage is applied to resistor k in the appropriate direction to make the grid more negative, and therefore to ensure that the tube is maintained in a non-excited condition; this voltage constitutes a permanent secondary polarization.
The voltage applied to the terminals of resistor k is a filtered DC voltage, supplied by a secondary winding G3 and its half-wave rectifier W, with filtering capacitors m and filtering choke n. The action of this direct voltage at the terminals of k is to lower the level of the normal potential or reference line of the grid polarization voltage e, as represented in ± in FIG. 2, this polarization being negative ;, with respect to the reference line d by a quantity df, representing the negative voltage applied to the terminals of resistor k in figure 1.
The grid bias voltage curve e, when it occupies the position shown at f, represents the situation with respect to the anode voltage curves ab and c when the switch K is in the "off" position k Under these conditions, there is no voltage across resistor 1 as long as switch K is in position K1; as a result, tube F is biased far below the ignition point and therefore contactor C is not actuated.
By moving the control switch K to position K2, which is the "start" position, a voltage in the opposite direction to that applied continuously across resistor k is generated across the terminals of resistor 1. The effect of this voltage is to bring the gate to a potential
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positive, at the stage shown in FIG. 2 when the grid voltage e, waves on either side of the line g since this reference line has risen in tension by a quantity fg Under these conditions, the thyratron s' starts during each of the successive half-waves, and consequently allows a rectified current to pass through the attraction coil D of the contactor C on the two phases,
the attraction coil being dimensioned so as to close contactor C with a large excess of power.
The control switch is then brought to position K3 which is the normal operating position or final control position. This maneuver causes the insertion of resistor 0, which reduces the voltage applied across the terminals of 1, through the saturated resistor, so that the voltage across resistor 1 becomes equal and opposite to that developed at the terminals of resistor k It follows that the reference line of grid voltage e goes to position d.
Under these conditions, the grid voltage e being less than the critical negative values represented by the curves h does not start the thyratron during the halfwaves a and c, but the start during the halfwaves b etc ... The contactor C, consequently , remains engaged, but is maintained in the engaged position with its attraction coil D supplied only by rectified half-wave current. Under these conditions, the contactor remains engaged, but the attraction exerted by its coil is not strong enough to make it reclose in the event that it should drop again due to a fault occurring while the switch K is in the "on" position, or K3.
The zones delimited by the curves shown in FIG. 2 are partially hatched to indicate which are the zones in which the thyratron starts; it is therefore understood that when the grid polarization curve e or part of it is in a hatched zone, this means that the thyratron starts up during the considered half-wave.
As regards the circuit between the thyratron and the control switch K, a saturated reactance Y is used, which is also a particular characteristic of the invention, when it is used in combination with a 3-position switch. and a rectifier N. The reactance, saturated Y comprises a magnetic circuit of the three-column type, or of any other suitable form, on which are wound two inductance coils II and Y2 traversed by alternating current, while a third coil Y3 is provided as an actuating coil operating in direct current. One of the AC coils is connected in such a way that it creates a field opposite that of the DC coil, while the other strengthens the DC coil at the same time.
In other forms of saturated reactance, two magnetic circuits, with two columns, are provided instead of a single core with three columns; in such a case, obviously, each of the two magnetic cores comprises a direct current winding and an alternating current winding, being added in one circuit and affixed in the other, according to the well known device.
An additional direct current winding is used in other types as a self-exciting winding excited by current rectified from the alternating current flowing through windings Y1 and Y2, the latter arrangement giving greater sensitivity to windings. the saturated reactance. These details, however, are known and used, and do not affect the principle of operation of the present type of circuit which is the subject of the invention.
In operation, the switch is in the K2 position, which allows current to flow from the secondary winding G7 through the direct current winding Y3, point 18, the resistor L, which is grounded, through the rectifier N, to return to winding G7, thus producing the rectified current on an alternation supplying winding Y3.
The alternating current side of the saturated reactance is supplied with alternating current through the secondary winding G4, through point 19 the windings Y2 and Yl of the reactance Y, the contacts of. overload protection relay
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J, the rectifier X, the bias resistor 1 of the gate circuit of the thyratron F, the filtering cells M1 -N1 to return to G4. In this way, the saturated reactance provides an alternating voltage which is rectified and filtered, and appears as a direct voltage across resistor 1, in opposition to the permanent direct voltage applied across resistor k, making the grid F2 more positive or, referring to figure 2,
the reference level of the gate bias voltage is raised from the negative potential f to the positive reference level g; the potential at the terminals of resistor 1 is therefore represented in figure 2 by fg and it follows that the thyratron is excited for all the half-waves a, bc, etc. since these curves are located in the hatched zone of figure 2. The coil of contactor D therefore receives its full excitation, and closes contactor C. The operating switch K is then moved to position k3 which introduces resistor 0 into the control circuit which continues to supply rectified direct current under half-wave to winding Y3 of the saturated reactance, but with a lower current.
This results in an increase in the impedance of the windings Y1 and Y2 of the reactance, which supply the rectifier X with a smaller alternating voltage, and consequently a lower direct voltage at the terminals of the resistor 1 ,, voltage which in fact is equal and opposite to the voltage across resistor k. It can then be seen from FIG.
2 that the reference line of the grid bias voltage is brought to the level 9., And that consequently the voltage across resistor 1 of pin 1 is now fg It is therefore observed that the curve of polarization e is outside the hatched zone for the alternations a and c but is inside this one for the alternation b, so that the thyratron F of fig.l only starts for each second half-wave, which reduces the excitation on the contactor attraction coil D by about half or even more.
In this way, in the event of a power failure or tripping of the circuit for one or 1 other reason, contactor C opens, due to the absence of excitation on coil D, but when switching off. reappearance of current, if the control switch remained in position k3 the thyratron is energized but with a grid bias potential at level 9. (see figure 2) in single alternation. Under these conditions, the attraction coil D is not subjected to a sufficient excitation to close the contactor C. It is therefore necessary to open the switch K and to restart starting in the correct sequence of operations.
The rectifier E, which is represented in FIG. 1 at the terminals of the coil D is provided with a view to filtering, when D operates in half-wave, as is the case during the starting period.
The circuit shown in Figure 3 is similar to that of Figures 1 and 2 except for the use of two tubes instead of one; with reference to FIG. 2, the alternations a, c, etc. are rectified by a tube F while the alternations b, etc ... are rectified by another tube FF.
The gates of the two tubes F2 and FF2 are connected to a secondary winding G2 with center tap of the transformer C and this gives rise to the curve e in figure 2 and produces a negative potential on the gate of one of the lamps and a positive potential on the grid of the other lamp, the remainder of the grid circuit being similar to what has been shown in figure 1, and being connected between the middle tap of the secondary winding G2 and the common cathode connection between the two lamps;
the resistors and 1 therefore perform exactly the same functions as in the arrangement of figure 1 in which the direct voltage is applied to the terminals of the resistor k., making the potential level zero of the grid voltage e (see figure 2) negative, by a quantity df Another continuous voltage is developed across resistor 1 when the control switch K is in position k2 which raises the grid bias potential e from level f to level g in the figure 2 which makes the two lamps start during their respective positive half-waves., As shown in FIG. 2, which relates to the starting position.
By moving the switch K to position K3, the direct voltage across resistor 1 is reduced from the value f-g to the value d f in figure 2, leading by con-
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sequence the grid bias voltage curve from level to level
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do It will therefore be noted from figure 2 that the curve of the voltage gril- 1 is outside the half-cycles a2¯ce etc ... and that consequently the lamp F ceases to s9amceo This curve 9 however ,, is inside the hatched area for .12 "half-cycles etc .;
therefore the FF lamp ignites for these respected half cycles, and the contactor coil D obtains a double-pulsed rectified current excitation in the start position K2 of the contactor K with both lamps ignited, while that in the normal operating position K3, the coil receives only an excitation by current rectified on one half-wave, a single lamp FF, being excited.
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It will be noted that the attraction coil De in figure 3 is energized from the secondary winding G6 of the transformer, the two end points of which are respectively connected to the anodes of the tubes F and FF,
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the coil D being connected between the center tap of the flow G6 and the common cathode connection. An equalization rectifier D is connected to the terminals of coil D as described previously, to be used when operating with excitation rectified on a single half-wave.
The arrangement shown in figure / uses a twin tube combination which is similar to that shown in figure 3 throughout.
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less with regard to its dimensions and purpose. The principle of obtaining the discrimination between single-wave and double-wave starting of the tube is somewhat different however)) from that shown in Figure 2 on which the arrangements of Figures 1 and 3 are based. The grid circuits are therefore quite different, but the anode circuits and
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the circuits of the control switch are similar to what has just been described. By describing the grid circuit and its operation, we will have a better understanding by referring to the curves in figure 5.
As before, the tube F is arranged so as to function for the half-cycles.
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a and this while the tube F operates for the half cycles b and the anode circuit being similar to that shown in figure 3, in that the attraction coil D of the contactor is energized between the center tap of the secondary winding G6 and the common cathode connection. The grids of the two tubes F and FF are excited separately, by the respective windings G2 and G3 The primary bias voltages e and! of the two tubes must be unequal.
It will therefore be noted, from FIG. 5, that the amplitude of the bias voltage gates zero. as represented
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in the case of the "off!" position is smaller with respect to the half cycles a and c relating to the tube F, than the primary gate bias voltage f shown for the half cycles b and d corresponding to the tube FF.
The control switch K is shown in this case as acting on the circuit through the saturated reactance as previously described. The resistances and t are respectively represented in the respective grid = -cathode circuits of the tubes F and FF for the purpose of d;
y apply an alternating secondary bias voltage in order to strengthen or reduce Inaction of the gate voltages supplied by the windings G2 and G3
The resistances s and]. must have equal ohmic values, In operation, when the switch K is placed in position k2 the re-
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saturated actance Y and 13 secondary winding G4 generate a voltage across resistors s and 1 the circuit comprising 13 secondary winding Gt, .s connection 21, winding Y2 of reactance Y9 winding Yl ,, resistance te common connection of cathode 22, the resistors and 19 winding G4. A voltage is therefore also applied to the terminals of the two resistors. The phase shift between these two voltages is 1800 compared to the voltages supplied by the windings G2 and G3 and the polarities are therefore opposite.
As the base grid voltages are unequal, as already mentioned;!, The application of an opposite voltage and of the same amplitude, across resistors s and t, in the case of the two tubes, will create voltages still unequal, but of opposite polarity, as regards the grid voltage;
therefore referring to Figure 5, the gate voltage e, which was
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low amplitude in the negative direction for half-cycles a and e in position a: ret'9 and the gate voltage fg of larger negative amplitude for half-cycles b and d now produce, as a result of direction voltages opposites applied across resistors s and t, a gate voltage of a larger positive amplitude for half cycles a and c and a gate voltage 1: of smaller positive amplitude during half cycles b and d and the fact that the two grid voltages remain constantly positive leads to the initiation in the two tubes for their remaining half-cycles.
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pectifse and provides full-wave excitation to the D contactor attraction coil.
By moving the control switch to position k3 the saturated reactance gives a reduced voltage, let us say by half, across the resistors and .1 and this results, due to the voltages
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basic grids e and jt unequal for the two lamps, reduced polarization voltage e. for half-cycles a and c, and a markedly unequal bias voltage for half-cycles b and da so that the amplification takes place on the tube F representing half-cycles a and. ±, while the tube FF no longer fires, as representing the half cycles b and d since the grid voltage curve e is inside the zone
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hatched in Figure 6, with respect to the half-cycles a and ç while curve 1:
lies outside the hatched area with respect to the half cycles 12 and d; the contactor coil must therefore receive a rectified half-wave excitation. This excitation is supposed to be sufficient to maintain the contactor when it is initially closed, and to be inverted.
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sufficient to close it if the power supply is missing or defective, and is subsequently restored without having moved the switch K from the position K3 corresponding to normal operation, this being a condition required for protection by lock described previously.
The circuit shown in Figure 6 uses the saturated reactance Y as the primary relay, and a mercury relay as the secondary relay. The saturated reactance operates precisely in the same way as the arrangement according to Figures 1 and 3 in combination with the three-position switch K and the half-wave rectifier N;
therefore, in operation,
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the switch K is moved from the off position El to the "start" position k2 which causes a rectified current to pass on one half-wave through the excitation coil Y3 of the saturated reactance., the low voltage source necessary for this effect being the secondary winding G4 Through the second circuit of the saturated reactance Y, a current flows through, 'from the winding G2 the windings Yl and Y2 of the reactance and the rectifier F thanks to which a direct current passes through the coil H4 actuation of the mercury contactor H, thereby closing the Hl and H2 contacts of this
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this,
from which results the passage of a current from the secondary winding G59 through the mercury contactor and the rectifier Ey which energizes the attraction coil D, which closes the contactor C and starts the motor M. It will be noted that the action of exciting the saturated reactance by passing a direct current through Y3 decreases its impedance, and consequently transfers the necessary voltage to the rectifier placed on the alternating current side, which, at its turn, provides the excitation necessary to actuate relay H. If now the control switch K is moved to the K3 position, then this introduces resistance 0, which reduces! - the excitation applied to the current winding - DC Y3, and increases the impedance of the AC side of the saturated inductor Y,
thereby reducing the voltage at the terminals of the rectifier F, and consequently residing the excitation of the actuating coil H4 of the mercury relay Ho This keeps the relay in the closed position, but would not be sufficient to close it again, when the return of the power supply, following a lack of voltage or a
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should.
By moving the control switch K to the "off" position K3. winding Y5 is no longer supplied, and under these conditions, the reactance is
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turée then has a practically infinite impedance., and the voltage which it then leaves available for the rectifier F becomes practically zero., as does the voltage across the terminals of the actuating coil H4 of the mercury relay H; its contacts therefore open and interrupt the supply to the rectifier E and the attraction coil d, thus triggering the
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contactor.
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Any other electromagnetically operated relay can be used as a secondary relay.
The other details of the circuit work exactly as described in the previous examples.
In the arrangement shown in FIG. 7, two reactances
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tur'ées are used, one acting as a primary relay, and the other as a secondary relay. In operation, the saturated reactance Y is ac-
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actuated from the control switch K, in the same manner as previously described in connection with Fig. 6s i.e. when the control switch K is moved to position K2, a direct current excitation is applied to the winding Y3 of the saturated reactance Y, which
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lowers the impedance of the 8té alternating current for the windings Y1 and Y2 supplied by the winding L ,. of the transformer:
The generator therefore drives the rectifier F with the maximum input voltage, the rectified output current then flows through the direct current winding W3 of the saturated reactance.
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rée W9 reducing 1 mppdarce on the alternating current side of the latter and allowing the secondary winding G5 to apply a maximum voltage to the rectifier E from which it follows that the contactor attraction coil is in turn crossed by a current rectified maximum, and consequently closes the contactor, starting the motor M It will therefore be assumed, in this way, that the saturated reactance behaves like a primary relay,
while the reactance W acts as a secondary relay and fulfills functions similar to those of the mercury relay H in figure 6
It will be admitted, however, that in cases where the direct current at the input of the reactance does not necessarily have to be very low or in those where the output, on the alternating current side, does not necessarily have to be very high, we can then remove the saturated reactance W and directly connect the output of the rectifier F to the contactor extraction coil D, without therefore involving any secondary relay, the primary relay assuming both functions.
Continuing with the description of the operation of the arrangement shown in FIG. 7, the intensity of the direct excitation current tra-
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pouring winding Y3 is reduced when the control switch K is moved to position K30 This increases 19tnpéda; this on the alternating current side of the reactance, therefore absorbing more of the voltage supplied by the secondary winding G4 of the transformer, and reducing the voltage available for rectifier F.
This results in the reduction of arousal
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DC current of the winding W3 of the reactance W. and consequently increases the impedance on the alternating current side of the reactance Ws thus decreasing the voltage available from the secondary winding G3 of the transformer for the rectifier E and the coil attraction D of the contactor.
The circuit being in such a condition, the contactor C is kept in the attracted position, but in the case of its opening, by lack of voltage or as a result of a fault, the energization of the coil D is not. sufficient to re-attract the contactor, when the voltage returns, the control switch
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control having remained in position K3c Passing from position K3 to position k1, the direct current winding Y3 of the reactance Y ceases to be supplied.
As a result, the impedance on the AC side of the reactance increases to near infinity and consequently the voltage available to the reactor.
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rectifier F becomes practically zero; the result is that 1-the direct current winding W3 of the reactance W de-energizes "which is accompanied by an increase in impedance on the alternating current side of the reactance 1, and
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a loss of voltage for the rectifier F and the attraction coil d consequently causing the opening of the contactor C and the stopping of the motor M.
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