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DISPOSITIFS ELECTRONIQUES.DE COMMANDE.DE MOTEURS.
La présente invention concerne les dispositifs électroniques de commande de moteurs qui alimentent de courant alternatif un moteur à courant continu, par l'intermédiaire de redresseurs à décharge à gaz. Dans de tels dispositifs, les redresseurs qui fournissent le courant d'induit ou ceux qui fournissent le courant d'excitation, ou les deux, sont réglables de manière à assurer la régulation ou la commande de la vitesse du moteur° Il est de rè- gle de faire dépendre la conductance ou l'angle d'allumage de tels redres- seurs d'une tension de commande formée de plusieurs composantes, parmi les- quelles une tension réglable de détermination de vitesse d'amplitude normale- ment constante et une tension opposée fonction de la vitesse ayant une ampli- tude variable.
On pourvoit aussi les circuits de commande des redresseurs ré- glables de dispositifs de commande de limitation de courant qui réduisent partiellement ou totalement la durée de conductivité des redresseurs, quand le courant d'induit dépasse une valeur de surcharge donnée.
Le but général de l'invention, en ce qui concerne les dispositifs électroniques de commande de moteurs du type décrit, est de perfectionner ces dispositifs par simplification des circuits et réduction des éléments acces- soires nécessaires sans porter atteinte aux qualités du fonctionnement.
On a proposé d'exécuter les dispositifs limiteurs de courant pré- cités de telle manière que non seulement ils maintiennent la valeur moyenne du courant d'induit en-dessous d'un maximum déterminé mais encore qu'ils sup- priment les pointes élevées de courant se produisant lors des démarrages alors que le courant moyen est trop faible pour mettre le limiteur de courant nor- mal en action. L'invention a plus particulièrement pour but de procurer un tel limiteur de courant qui supprime efficacement ces pointes de courant ini- tiales au moyen d'un appareillage de commande beaucoup plus simple qu'il ne l'était auparavant pour cette application spéciale.
Un autre but de l'invention concerne les dispositifs de commande
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qui permettent un renversement de marche du moteur pour le freinage en gé- nératriceo La tension constante réglée pour la vitesse désirée du moteur et la tension variable, fonction de la vitesse, qui, dans le dispositif, est comparée à une tension constante de référence pour assurer la régulation de vitesse voulue, sont opposées l'une à l'autre en service régulier.
Pendant les périodes de récupération, au contraire, la tension fonction de la vi- tesse change de polarité, de sorte qu'il faut prévoir un dispositif qui inverse temporairement une des deux tensions qui s'opposent mutuellement, afin de maintenir la régulation de vitesse. L'invention a aussi pour but de procurer un dispositif de construction simple et robuste qui veille à mainte- nir la commande des redresseurs en service pendant les périodes de récupéra- tion, sans devoir recourir à une commutation ou à une tension de commande supplémentaire pour inverser une polairté, L'invention ressortira clairement de la description détaillée suivante d'une forme d'exécution préférée de l'invention,
représentée à ti- tre d'exemple au dessin annexé dont l'unique figure représente un dispositif de commande réversible pour la récupération, d'un moteur à courant continu.
Le dispositif de commande de moteur représenté reçoit son courant alternatif par l'intermédiaire d'un transformateur 1 ayant un secondaire principal 2 et deux secondaires auxiliaires 3 et 4. Le moteur à commander a un enroulement principal d'excitation indépendante 5 et un enroulement d'ex- citation série 6 consistant en un enroulement de compensation ou un enroule- ment auxiliaire ou les deux. L'induit 7 du moteur est mis en série avec l'excitation 6 et relié à la prise médiane du secondaire 2 par l'intermécliai re des contacts principaux 8, 9 et 10, 11 de deux contacteurs inverseurs F et R Le courant est envoyé au circuit d'induit par deux tubes redresseurs 12 et 13 du type à commande montés en redressement à double alternance, des thyratrons par exemple.
Les tubes 12 et 13 ont un conducteur cathodique coin-- mun 14 et leurs anodes respectives sont reliées aux extrémités du secondaire 2 à travers des primaires respectifs 15 et 16 d'un transformateur de courant 17 ayant un enroulement secondaire 18 à prise médiane.
Le contacteur de "marche avant "F a une bobine d'excitation 21 qui actionne les contacts principaux 8 et 9 susmentionnés ainsi que trois contacts auxiliaires 22. 23, 24. De même, la bobine d'excitation 25 du contacteur de "marche arrière R actionne les contacts auxiliaires 26, 27, 28 en plus des contacts principaux 10, 11. Les bobines 21 et 25 des contacteurs sont alimentées par le secondaire 4 du transformateur 1 à travers un contact "d'arrêt" normalement fermé 30, un contact.de "marche avant" 31 et un con- tact de "marche arrière't 32.
L'inducteur principal 5 du moteur est alimenté par le secondaire 2 du transformateur 1 à travers un redresseur 33 et reçoit une excitation pratiquement constante. L'inducteur 5 possède à ses bornes un diviseur de tension composé des résistances 34, 35 et d'un rhéostat potentiométrique in- termédiaire 36 dont le curseur porte la référence 37. La tension constante réglable prise au curseur du diviseur de tension sert de tension de référen- ce de vitesse dans le circuit de grille des redresseurs d'induit, comme il sera expliqué ultérieurement.
Le circuit de grille du redresseur d'induit 12 part de la grille de commande par une résistance de grille 38 et une résistance de couplage 39 pour aboutir à un point 40 connecté au redresseur 13, point auquel la grille de commande du redresseur 13 est aussi reliée par une résistance de grille 41 et une résistance de couplage 42. Les références 43 et 44 désignent des condensateurs de grille pour les tubes 12 et 13. Un condensateur 45, inséré entre le fil de cathode 14 de ces tubes et le point commun 40 des résistan- ces de couplage 39 et 42, sert à commander les conditions d'accélération du moteur et à éviter les pointes élevées de courant au début du démarrage et pendant les périodes d'inversion, comme il sera expliqué ultérieurement.
Une composante alternative de tension de grille pour les redresseurs d'in- duit est appliquée aux deux résistances 39 et 42. Cette composante alterna- tive est fournie par le secondaire 3 du transformateur 1 à travers un trans- formateur déphaseur 46 et un circuit déphaseur associé 47.
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Le circuit de grille des deux tubes 12 et 13 part du point 40 par les résistances 49 et 50, passe par un des contacts 27 ou 23, en admettant qu'un des deux est fermé, une résistance 51 pour aboutir au curseur 37 du rhéostat de réglage de vitesse 36 et par la résistance 35 à l'inducteur 6. De l'inducteur 6. le circuit de grille passe par le contact 8 ou 10, suivant que l'un ou l'autre est fermé, 7.$induit 7 et de là par le contact 9 ou 11, suivant que 1-'un ou l'autre est fermé, pour aboutir au fil de cathode 14 des tubes redresseurs 12 et 13.
Le circuit de grille qui vient d'être décrit contient plusieurs éléments servant de sources de composantes de grille. Une de ces sources est représentée par les résistances de couplage 39 et 42 qui, comme il a été dit, reçoivent une composante alternative de tension de grille. Cette composante alternative est déphasée par exemple de 1000 en arrière par rapport à la ten- sion anodique des tubes respectifs. La seconde source de composante de tension de grille est représentée par la combinaison de la résistance 35 et de la par- tie dérivée du rhéostat 36 et fournit une composante de tension constante ré- glable dont l'amplitude choisie détermine la vitesse de marche présumée du mo- teur.
L'induit 7 du moteur représente une troisième source de composante de tension de grille parce qu'il applique au circuit de grille la tension à ses bornes, laquelle agit en opposition par rapport à la tension de référence de commande de vitesse susmentionnée.S'il n'y avait pas d'autre source de compo- sante de tension de grille, le dispositif, quand il est en service, tendrait à commander le moteur de façon que la tension à ses bornes soit pratiquement compensée par la tension de référence de vitesse réglée.Gomme la tension aux bornes du moteur n'est pas une mesure précise de la vitesse du moteur, il n'est possible d'obtenir une commande de la vitesse indépendante des varia- tions de charge du moteur que si l'on applique une composante de tension cor- rectrice au circuit de grille,
proportionnelle à la chute de tension I R ou au courant de charge de l'induit. Les deux résistances reliées en série 49 et 50'forment, en combinaison avec le dispositif de commande sensible au cou- rant décrit présentement une quatrième source de composante de tension de grille qui fournit une tension de grille correctrice de ce genre.
Les résistances 49 et 50 sont connectées aux bornes du circuit de sortie d'un redresseur 52 alimenté par le secondaire 18 du transformateur de courant précité, en parallèle avec une résistance de charge 53. Un condensa- teur de filtrage ou de régulation 54 est mis aux bornes du circuit de sortie du redresseur 52. La liaison entre le fil de cathode 55 du redresseur 52 et la résistance 49 comprend un dispositif à résistance réglable représenté sous la forme de trois résistances de valeurs différentes 57, 58 et 59 et d'un commutateur de sélection 60.
Quand le dispositif est en service, le cou- rant d'induit traversant les primaires 15 et 16 du transformateur 17 alimen- te le circuit d'entrée du redresseur 52 au moyen d'une tension proportion- nelle au courant d'induit.' En conséquence, la tension redressée appliquée aux bornes des résistances 49 et 50 varie en fonction du courant de charge ou de la chute de tension I R dans le circuit d'induit, l'amplitude de cette tension dépendant de la position du sélecteur 60 De cette manière la ten- sion de grille résultante pour les redresseurs d'induit est corrigée de sor- te que le dipositif règle la vitesse du moteur de façon à la maintenir à la valeur déterminée par le réglage voulu du rhéostat de commande de vitesse 36.
Le dispositif comprend aussi un dispositif électronique limiteur de courant servant à limiter le courant d'induit à une valeur maximum déter- minée pendant les démarrages, les inversions de marche et les surcharges.
Ce dispositif comprend un tube à décharge à gaz 70 ayant une tension de rup- ture donnée, par exemple un tube à lueur classique régulateur. L'anode du tube 70 est reliée au fil de cathode 55 du redresseur 52, tandis que sa ca- thode est reliée par une résistance 61 au fil de cathode 14 des redresseurs d'induit 12 et 13. En cours de fonctionnement, le passage du courant (I) dans l'induit 7 produit une tension (E) aux bornes d'une des trois résistances li- miteuses de courant (57 à 59) et aux bornes des résistances 49 et 50. Comme les résistances limiteuses de courant ont une valeur élevée, la plus grande partie de la tension (E) se trouve à leurs bornes.
Si, par exemple, la va- leur du courant d'induit (I) est telle que la tension (E) est de 200 volts
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et que le tube 70 s'ionise donc, un courant circule dans la résistance 61, l'induit 7, l'inducteur 6, la résistance'35, le potentiomètre 36, le curseur 37, la résistance 51 et le contact 23 ou 27. Le passage de ce courant dans la résistance 51 produit une chute de tension telle que les grilles des re- dresseurs d'induit sont polarisées négativement vers conductance faible ou cut-off.
Le fonctionnement du dispositif complet est le suivant. Quand le transformateur 1 est sous tension et que le moteur se trouve arrêté, la fer- meture du contact de démarrage de marche avant 31 ferme le circuit d'alimen- tation de la bobine 21 qui provoque l'enclenchement du contacteur de marche avant F et son verrouillage par le contact 22. Le contacteur reste donc fermé quand on relâche le bouton de démarrage 31 et ne se rouvre que par l'action- nement du bouton d'arrêt 30 ou du bouton d'inversion du sens de marche 32.
Le contacteur F, à l'enclenchement,ferme le circuit d'induit aux contacts 8 et 9 et le circuit de grille de redresseur d'induit au contact 23. Au dé- but, une tension positive de grille prise aux bornes du rhéostat de commande de vitesse 36 et de la résistance 35 agit et tend à rendre les redresseurs d'induit 12 et 13 conducteurs, Cependant, le condensateur 45 prend une charge et réduit le potentiel positif des grilles des redresseurs à l'origine. Au fur et à mesure que le condensateur 45 se charge, le potentiel de grille po- sitif augmente et le point d'allumage des deux redresseurs d'induit est gra- duellement avancé, les rendant de plus en plus conducteurs. Pendant ce temps, la tension appliquée à travers les redresseurs à l'induit du moteur augmente et celui-ci accélère.
L'angle définitif de conduction des tubes redresseurs dépend de la position choisie pour le curseur du potentiomètre 36. L'effet retardateur du condensateur 45 cesse quand le condensateur est entièrement chargé, Ceci se produit après plusieurs cycles de tension anodique. Cet ef- fet perdure assez longtemps pour supprimer les pointes élevées de démarra- ge du courant d'induit qui ne peuvent pas être neutralisées par la limitation de courant.du tube à lueur 70 et son circuit associé, parce que ces disposi- tifs limiteurs n'entrent en action que lorsque le courant d'induit a atteint une valeur moyenne suffisante.
A la cessation de l'action de limitation du courant et de réglage de l'accélération du condensateur 45 ou un rien plus tard, le tube 70 devient capable de limiter le courant d'induit et de régler donc l'accélération du moteur jusqu'à ce qu'il atteigne sa valeur normale.
Après cela, quand le moteur tourne à la vitesse désirée, le tube limiteur de courant 70 reste normalement non-conducteur et n'intervient pas dans la ré- gulation de vitesse aussi longtemps que le moteur n'est pas surchargé, arrêté ou inversé par pression du bouton 30 ou 32. La valeur du courant d'induit à laquelle le tube régulateur de tension 70 fonctionne par ionisation dépend de la position choisie pour le sélecteur 60 et le dispositif limiteur peut être facilement adapté aux exigences d'un cas particulier. La compensation de la chute de tension I R peut aussi être réglée en fonction des conditions de cas particuliers en choisissant en conséquence la valeur des résistances 49 et 50.. Il faut remarquer que les résistances 50, 34 et 35 peuvent être utilisées ou omises suivant les cas de marche déterminés.
La plupart des mo- teurs n'utilisent-qu'une petite partie de la résistance 49 dans son circuit, et, dans ce cas, la résistance 50 est remplacée par un cavalier. De même s'il faut la gamme de vitesses maximum de 20 : 1, les résistances 34 et 35 peuvent être remplacées par des cavaliers.
Si, lorsque lemteur tourne en marche avant, on enfonce le bou- ton de marche arrière 32, les opérations suivantes se réalisent. Le circuit de la bobine 21 est coupé à hauteur du contact 32, le contacteur de marche avant F déclenche et ouvre le circuit d'induit aux contacts 8, 9 ainsi que le circuit de grille des redresseurs au contact 23. A cause de la conduc- tion de grille, la charge positive accumulée dans le condensateur 45 baisse rapidement, et ce dernier se trouve immédiatement en condition d'opération de commande de retardement répétée. Le circuit de la bobine 25 se ferme par le contact 32 et le contacteur d'inversion de marche R enclenche et se ver- rouille par le contact 26.
A ce moment, les contacts 10 et 11 ferment le
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circuit d'induit, l'induit étant connecté avec la]2oIà.rïité::LmrenfeA.ce mamen:l;.1e moteur tounetoujours dans le sens de la marche avant, de sorte que sa force
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contre-électromotrice E M F agit dans le-circuit de grille des redresseurs d'induit 12, 13 mais dans le même sens que la tension de référence de vites- se. 'Le moteur est ainsi soumis au freinage par récupération et ralentit très rapidement de manière à renverser son sens de rotation sous la comman- de de l'énergie maintenant inversée provenant des redresseurs d'induit.
Au début, le ralentissement de l'augmentation du potentiel de grille positif causé par la charge du condensateur 45 impose de nouveau une limitation du courant d'induit jusqu'à ce que, après deux ou trois cycles, le tube 70 s'ionise et assume lui-même la fonction de limiter le courant d'induit. Une fois le tube 70 ionisé, l'accélération négative et positive de l'induit, au renversement du sens de marche, est réglée par les paramètres du circuit li- miteur de courant.
De préférence, ces paramètres sont proportionnels de fa- çon que le moteur puisse passer de vitesse maximum avant à vitesse maximum arrière sans perte de contrôle de grille dans les tubes 12, 13 et sans en- dommager ceux-ci, On remarquera que pendant l'inversion du sens de marche, la tension de référence de vitesse et la force contre-électromotrice du moteur sont incapables d'assurer au début la régulation de la vitesse. A ce moment cependant, l'effet du circuit de grille normal est surpassé par la po- larisation de grille fournie par le tube à lueur 70 devenu conducteur.
Le circuit limiteur de courant intervient donc dans la commande du freinage et de l'accélération ultérieure en sens inverse; et quand l'effet de limitation de courant cesse, la tension de référence de vitesse et la force contre- électromotrice E M F sont de nouveau opposées l'une à l'autre et capables d'assurer la régulation de la vitesse.
Afin d'assurer un effet de freinage pendant le bref intervalle entre l'ouverture d'un contacteur et la fermeture de l'autre, une résistance de freinage dynamique 62 peut être mise aux bornes de l'induit par 1-linter- médiaire des contacts 24 et 28 de façon qu'elle n'intervienne que quand les deux contacteurs sont fermés. Une telle résistance de freinage dynamique est évidemment efficace aussi pendant toute la période de décélération, quand le moteur est amené à l'arrêt par enfoncement du bouton d'arrêt 30.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif de commande électronique de moteur, comprenant une alimentation à courant alternatif, un moteur à courant continu, deux redres- seurs électroniques à commande montés en redressement à double alternance entre le moteur et la source et servant à amener du courant continu de la source au moteur, les redresseurs ayant un conducteur de cathode commun et des circuits de commande distincts, ceux-ci ayant un point de jonction et, en commun, une dérivation allant de ce point à ce conducteur de cathode, un dispositif de commande de tension variable inséré dans cette dérivation pour commander ensemble les deux redresseurs, et un condensateur inséré entre le conducteur et le point de jonction à charger de fagon variable par la ten- sion du dispositif de commande.