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APPAREIL DE COMMANDE DE VITESSES LIMITATION DE COURANT.
La présente invention concerne les appareils électriques pour la commande de la vitesse d'un moteur d'entraînement avec limitation du courant de charge du moteur et, plus spécialement, les appareils de ce genre dont le courant d'excitation du moteur servant au réglage de la vitesse provient d'une ligne à courant alternatif à travers des redresseurs commandés en fonc- tion de le vitesse.
Dans les appareils de ce. genre utilisés jusqu'ici en exploita- tionj, il est appliqué sur le circuit de commande ou de grille des redresseurs électroniques une tension d'erreur,fonction de la vitesse, qui commande et stabilise normalement la vitesse de marche suivant une vitesse désirée et il est prévu, de plus., une liaison entre le même circuit de grille ou de com- mande et le circuit d'induit du moteur pour la limitation automatique du courant de charge du moteur,pendant les accélérations. Il y a des cas, par exemple des moteurs d'entraînement faisant partie d'une chaîne de fabrica- tion du papier, où la régulation obtenue avec les appareils de commande doit être d'une extrême précision.
Il est difficile de satisfaire à de telles con- ditions, à moins d'isoler les circuits influencés par la tension d'erreur du circuit d'induit du moteur qui donne le signal fonction de la charge ser- vant à la commande du redresseur de limitation de courant. Les appareils.con- nus réalisant cette séparation et donnant la stabilité voulue sont compli- qués et utilisent un grand nombre d'éléments de circuits électroniques.
L'invention a par conséquent pour buts de procurer - Un appareil du type défini donnant un réglage précis et sensi- ble de la vitesse et assurant une limitation de courant de grande précision au moyen de dispositifs beaucoup plus simples et avec moins de tubes électro- niques qu'auparavant pour un même résultat.
- Un dispositif de conception simple dans lequel le circuit in-
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ducteur du moteur à excitation variable pour la régulation de la vitesse est complètement isolé de l'inducteur série du moteur ou de toute autre résistan- ce du circuit d'induit dont la chute de tension détermine la vitesse d'accé- lération par limitation de la vitesse'en fonction d'une intensité prédétermi- née de courant maximum.
- Un dispositif de commande de vitesse à limitation de courant qui permet de choisir facilement une limite de courant élevée pour la comman- de de l'accélération et une limite beaucoup moins élevée pour régler, en mar- che normale, la tension mécanique de la matière fabriquée, par exemple la tension de la feuille dans une machine à papier.
Dans l'appareil conforme à l'invention, le circuit d'induit d'un moteur à courant continu est alimenté par une source convenable de courant continu, telle qu'une génératrice ou un groupe de redresseurs. Le moteur a un enroulement inducteur à excitation indépendante pour la commande et la régu- lation de la vitesse du moteur, alimenté par une ligne à courant alternatif à travers un redresseur réglable monophasé ou triphasé dont le circuit de com- mande reçoit une tension périodique synchrone avec la tension plaque du re- dresseur mais déphasée par rapport à celle-ci.
Jusqu'ici l'appareil décrit est semblable aux appareils connus et il peut aussi contenir une source com- plexe de tension d'erreur qui applique une composante de tension continue variant en fonction des écarts de la vitesse du moteur par rapport à la va- leur désirée sur le circuit de commande des redresseurs, servant à stabili- ser la vitesse à cette valeur.
A l'opposé des appareils connus, l'appareil de l'invention utili- se une réactance à saturation dont les enroulements à courant alternatif font partie d'un circuit déphaseur alimentant le circuit de commande des redres- seurs avec la composante de tension périodique de commande précitée; et les enroulements de commande de saturation de la réactance à saturation sont pla- cés aux bornes d'une résistance série du circuit d'induit du moteur avec la polarité voulue pour augmenter la tension redressée d'excitation du moteur quand le courant ,d'induit du moteur augmente exagérément.
Grâce à d'autres caractéristiques de l'invention, la réactance à saturation varie non seule- ment la phase de la composante de tension de grille périodique mais aussi son amplitude, ce qui donne la limitation voulue du courant par l'effet com- biné et simultané des deux commandes. L'invention ressortira clairement de la description donnée ci-après d'une forme d'exécution préférée de l'inven- tion représentée à titre d'exemple au dessin annexé.
Le dessin reproduit en 10 une machine d'une chaîne de fabrication de papier, par exemple une calandre, qui doit fonctionner en concordance avec d'autres machines de la chaîne. La machine 10 est entraînée par l'in- duit 11 d'un moteur à courant continu M pourvu d'un inducteur série 12 et d'un inducteur principal 13 à excitation indépendante. L'arbre du moteur por- te une génératrice tachymètre G fournissant une tension de signal indiquant la vitesse du moteur. Le circuit d'induit du moteur reçoit son courant, par l'intermédiaire d'un démarreur 16 ou équivalent, des bornes 14 et 15 d'une génératrice de courant continu ou autre source de tension réglable.
Le dé- marreur 16 peut comporter un contact 17 ouvert pendant les périodes de dé- marrage et d'accélération du moteur M, mais que l'on ferme manuellement ou automatiquement quand la vitesse du moteur M a atteint sa valeur normale de marche.
L'inducteur principal 13 du moteur M reçoit son excitation ré- glable d'une ligne à courant alternatif 18 par l'intermédiaire de transfor- mateurs de puissance 19 et de trois tubes redresseurs à commande 21, 22, 23 du type à atmosphère gazeuse ou à vapeur. Les tubes redresseurs ont un con- ducteur cathodique commun 24 relié à une borne de l'inducteur du moteur 13, tandis qu'une connexion 25 relie l'autre borne de l'inducteur 13 aux enrou- lements secondaires des transformateurs. L'intensité du courant redressé en- voyé par les tubes 21, 22,' 23 dans l'inducteur 13 dépend des conditions de tension des circuits de commande ou de grille des redresseurs.
Des conduc- teurs respectifs 26, 27 et 28 de ces circuits de grille sont reliés à un
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circuit déphaseur 30 qui fournit la composante alternative de tension grille aux circuits de commande. Le circuit 30 est pourvu de résistances d'étalon- nage 31 et 32 permettant de régler le déphasage des composantes alternatives de tension grille des tubes 21 et 22 par rapport à la composante alternative de tension grille du tube 23. Le réglage des résistances.31 et 32 reste in- changé en cours de fonctionnement, et les composantes alternatives de tension grille des trois tubes sont déphasées entre elles dé 120 .
Le circuit dépha- seur 30 est alimenté par l'intermédiaire d'un transformateur 33 couplé par un autre circuit déphaseur 34 à un transformateur 35 dont l'enroulement pri- maire est connecté à la ligne à courant alternatif 18. Le circuit' déphaseur 34 et le transformateur 35 permettent de superposer aux trois composantes al- ternatives de tension de grille des tubes 21, 22 et 23, un déphasage supplé- mentaire variable ainsi qu'une variation d'amplitude. Ce déphasage variable et cette variation d'amplitude sont réglés par deux enroulements selfiques 37 et 38 d'une réactance à saturation ou amplificateur magnétique R. L'enroule- ment 37 est mis en série avec le primaire du transformateur 35.
L'enroulement 38 fait partie du circuit déphaseur 34. La réactance R est représentée à trois branches, quoiqu'on puisse utiliser différents autres types connus de réactances à noyau toroidal au nombre de deux. Le degré de saturation du no- yau de la réactance R et par conséquent l'impédance réelle des enroulements 37 et 38 est réglée au moyen de babinages à courant continu 39 et 40, placés sur la branche centrale dans l'exemple donné. L'enroulement 39 est mis aux, bornes de l'inducteur série 12 du moteur M de manière à ce qu'il soit par- couru par du courant continu d'excitation proportionnel au courant de charge du moteur.
On peut noter que, si on le désire, on peut placer une résistance spéciale en série dans le circuit d'induit du moteur M aux bornes de laquelle on connecte alors le bobinage de commande 39 de la réactance. Dans certains cas il peut être utile d'insérer un dispositif amplificateur entre l'induc- teur série ou la résistance spéciale du circuit d'induit et la bobine de com- mmande 39 de la réactance. La bobine 40 reçoit son courant continu, par l'in- termédiairé des résistances 41, 42 du rhéostat réglable 43, des bornes 44 et 45 auxquelles il faut relier une source convenable de tension continue.
Les bobinages 39 et 40, ou leurs circuits respectifs sont polarisés de telle façon que ces deux bobinages de commande de réactance.soient en opposition.
L'impédance réelle des enroulements 37 et 38 dépend donc de la différence entre les tensions appliquées aux deux bobinages de commande.
La génératrice-tachymètre G précitée est mise en série avec une source de tension de référence réglable prélevée d'une partie réglable d'un potentiomètre 49 connecté dans sa totalité aux bornes d'une source de ten- sion continue représentée schématiquement en 46. Si on le désire, cette sour- ce de tension peut être celle qui alimente les bornes 44, 45 et peut consis- ter en une génératrice excitatrice à tension constante ou un circuit redres- seur alimenté par la ligne à courant alternatif 18. La différence entre la tension tachymétrique et la tension de commande de vitesse réglée par le rhéostat 49 est appliquée aux bornes d'entrée d'un amplificateur 47. Une bor- ne de sortie de l'amplificateur 47 est reliée à la connexion cathodique com- mune 24 des tubes redresseurs 21, 22, 23.
L'autre borne de sortie de l'am- plificateur 47 est reliée par une connexion 48 au circuit déphaseur 30. L'am- plificateur 47 est de préférence un des amplificateurs limiteurs d'amplitude de type connu dont la variation de tension de sortie reste entre par exem- ple plus et moins 30 volts,variation amplement-suffisante pour balayer tou- te la gamme de fonctionnement des tubes redresseurs mais suffisamment peti- te pour que l'amplificateur ne provoque pas de déphasages exagérés.
Les circuits de commande ou de grille des tubes redresseurs 21, 22, 23 partent des grilles de commande respectives par des connexions res- pectives 26, 27, 28 'au circuit déphaseur 30, de là par la connexion 48 à l'amplificateur 47 et.de l'amplificateur au fil de cathode 24. On remarque- ra que chacun des trois circuits de grille comprend deux sources de tension de grille. Une source est représentée par le circuit déphaseur 30 qui, com- me il a été dit, fournit au circuit de grille une composante alternative de tension de grille. Cette tension est normalement invariablement déphasée, de préférence de 90 , par rapport à la tension anodique du tube correspon-
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dant.
Cependant, comme cela a été expliqué, un déphasage supplémentaire et une variation d'amplitude peuvent être superposés à la composante alternative de tension de grille par l'action de la réactance à saturation R. La seconde source de composante de tension de grille pour les circuits de grille des redresseurs est représentée par l'amplificateur 47 qui fournit une tension continue dont l'amplitude et la polarité dépendent de la différence entre la tension du tachymètre et la tension réglable de référence choisie en réglant le curseur du rhéostat 49.
Pour expliquer le fonctionnement du dispositif de commande, il semble bon de considérer en premier lieu les conditions de marche normale du moteur M et'de la machine qu'il commande. On supposera d'abord en plus que dans ces conditions les enroulements 37 et 38 ne changent pas d'impédance de façon que les composantes alternatives appliquées aux circuits de grille des redresseurs par le circuit déphaseur 30 aient une amplitude constante et un déphasage fixe par rapport aux tensions anodiques des redresseurs respec- tifs.
Dans ce cas, les conditions d'allumage des tubes redresseurs 21, 22, 23 dépendent entièrement de la composante continue de tension de grille pro- venant de l'amplificateur 47. Aussi longtemps que la machine tourne à la vitesse correcte correspondant au réglage du rhéostat de commande 49, les conditions de tension de grille et les poiats d'allumage des redresseurs ne varient pas. Quand la vitesse du moteur s'écarte de la valeur voulue, la va- riation correspondante positive ou négative dans la tension différentielle d'entrée de l'amplificateur 47 provoque un changement correspondant de la composante de tension de grille appliquée par l'amplificateur 47 aux cir- cuits de grille des redresseurs.
Le dispositif fonctionne de la manière clas- sique pour stabiliser le moteur M à la vitesse de marche choisie.
Si on considère le cas où le moteur M accélère, par exemple quand la tension appliquée aux bornes 14 et 15 passe de zéro à la valeur de marche normale en vue du démarrage et de l'accélération du moteur M jusqu'à pleine vitesse, avant d'acccoupler la machine considérée à une autre machine de la chaîne qui pourrait tourner déjà à la vitesse normale, pendant ces périodes de démarrage, la vitesse du moteur est d'abord très inférieure à la vitesse normale pour laquelle les régulateurs de vitesse décrits ci-dessus ont été prévus. C'est dans ce but que l'amplificateur 47 applique d'abord aux cir- cuits de grille des redresseurs une composante de tension négative qui tend à réduire l'angle d'allumage des redresseurs 21, 22, 23 ou même les rendre non-conducteurs.
Cette réduction diminue l'excitation de l'inducteur 13 du moteur dont la vitesse augmente en conséquence avec une grande augmentation correspondante du courant d'induit. Les appareils électriques et mécaniques peuvent de ce fait subir des surcharges et les appareils de protection élec- triques contre les surcharges peuvent arrêter le moteur, ce qui rend un dé- marrage convenable impossible ou difficile.
Dans le dispositif conforme à l'invention, l'augmentation du courant d'induit du moteur provoque une augmentation correspondante de la tension aux bornes du bobinage de commande 39 de la réactance R. L'effet magnétisant de ce bobinage réduit en conséquence la magnétisation constante du bobinage 40 et la réactance devenant moins saturée, l'impédance réelle des enroulements 37 et 38 augmente de façon correspondante. Il s'en suit que les déphaseurs 34 et 35 imposent à la composante alternative de tension des tubes redresseurs 21, 22, 23 un déphasage allant jusqu'à + 90 ce qui avance le point d'allumage des tubes redresseurs, et augmentent en même temps l'amplitude de cette composante alternative de tension de grille, ce qui avance encore le point d'allumage des tubes.
L'augmentation du courant d'induit ou de charge du moteur pendant les périodes de démarrage et d'ac- célération a pour effet de renforcer l'excitation faiblissante exercée par les dispositifs régulateurs de vitesse et de faire marcher l'inducteur 13 du moteur à forte ou pleine excitation. De cette manière les courants de charge dans le circuit d'induit du moteur sont limités, et le démarrage du moteur est réglé de façon à se faire avec la souplesse voulue.
Si on se réfère de nouveau aux conditions de marche normale dans
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lesquelles le moteur tourne à la vitesse désirée ou près de celle-ci, on remarquera que la réactance à saturation R ainsi que les déphaseurs et le circuit de commande d'amplitude associés restent en service pour limiter le courant suivant la tension appliquée à l'enroulement 40. En faisant pas- ser cette tension d'une valeur élevée prévue pour les accélérations à une valeur faible de marche normale, la commande du courant peut être exercée en marche normale de manière à commander ou régler la tension mécanique du papier ou de la matière fabriquée dans la machine considérée.Le rhéo- stat 43 prévu dans le circuit du bobinage 40 permet de choisir la tension mécanique en réglant le curseur du rhéostat.
Le passage de forte à faible excitation du bobinage 40 peut aussi se faire automatiquement au moyen de l'interrupteur à contact 17 représenté en parallèle sur la résistance 41 du circuit du bobinage 40
En plus de procurer un dispositif relativement simple assurant la limitation du courant en cours d'accélération, la régulation de la vi- tesse et la commande de la tension mécanique, la présente invention assure la séparation complète entre d'une part l'inducteur de commande 13 du mo- teur qui sert à la commande et à la régulation de la vitesse, et d'autre ,part l'inducteur série 12 du moteur ou le circuit d'induit du moteur dont le courant détermine le degré d'accélération et la limitation de tension mécanique.
En évitant ainsi des fuites et des phénomènes incontrôlables entre ces deux circuits, le dispositif de l'invention présente un grand de- gré de stabilité. De plus, le dispositif ne contient pas de parties mobiles dont la position varie pendant la régulation, et tous les éléments sont suffisamment simples et fixes pour que les étalonnages faits ne subissent pas de variations indésirables.
REVENDICATIONS.
1. - Dispositif de commande de limitation de courant pour un moteur à courant continu dont l'inducteur principal est alimenté par une source de courant alternatif à travers un dispositif redresseur réglable, la tension de commande du dispositif redresseur comprenant une composante alternative, caractérisé en ce que la dite tension de commande est réglée automatiquement au moyen d'une réactance à saturation, dont les bobinages pour alternatif font partie d'un circuit déphaseur qui fournit cette com- posante alternative de la tension de commande, et dont le bobinage de com- mande est alimenté au moyen d'une tension continue dérivée du courant d'in- duit du moteur et ayant une polarité telle qu'une augmentation déterminée du courant d'induit force le dispositif redresseur à augmenter l'excitation de l'inducteur du moteur.