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APPAREIL DE REGULATION DU NOMBRE DE TOURS DES MOTEURS ELECTRIQUES A L'AIDE
D'UNE COMMANDE WARD-LEONARD.
Dans des appareils de levage (grues, treuils, ascenceurs et analogues) le moteur pour le mouvement de levée - et dans des véhicules, par exemple des locomotives et navires diesel-électriques, le moteur pour la traction - est habituellement relié à un générateur au moyen d'un montage dit de Ward-Leonard. Dans cette disposition,le générateur tourne à vitesse maximum et la vitesse du moteur est réglée en agissant sur le champ du générateur. Le champ du moteur est maintenu constant, il n'est généralement que diminué lorsqu'on désire obtenir des valeurs en- core plus élevées du nombre de tours que celles obtenues pour la valeur maximum de la tension du générateur à champ maximum.
Dans de nombreux cas, il est désirable d'obtenir une plus - grande augmentation du nombre de tours pendant la décharge que celle pro- voquée par la caractéristique shunt du moteur, sans intervention extérieu- re. Ce résultat est obtenu en munissant le générateur d'un compoundage différentiel.
Une diminution de la charge entraîne alors une réduction du courant et par suite une augmentation du champ du générateur. D'autre part, un affaiblissement du champ du générateur se produit quand la charge est pesante, d'où une réduction de la puissance du moteur, c'est-à-dire une di- minution du nombre de tours ainsi qu'une limitation du courant d'induit.
Un résultat analogue peut être obtenu au moyen d'un compoundage différen- tiel du champ du moteur. Le compoundage différentiel du générateur a pour résultat, cependant, que le générateur ne peut pas être utilisé à son ma- ximum lorsqu'il doit fournir la puissance maximum. Ces faits doivent être considérés lors de la réalisation du générateur, c'est-à-dire qu'il doit être dimensionné plus largement qu'il ne serait nécessaire sans compoundage différentiel.
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Un autre inconvénient est qu'une inversion de sens de marche nécessite une commutation des bobinages de champ de compoundage et, comme le courant dans ces bobinages est relativement important, ceci nécessite des contacteurs onéreux. De plus ces montages nécessitent un grand nombre de plots de commande de manière à éviter de trop forts appels de courant pendant l'accélération.
L'invention a par suite pour but une méthode de commande ne nécessitant aucun emploi de commutateurs dans le circuit d'induit. Con- formément à l'invention on utilise dans ce but des transducteurs (c'est-à- dire des selfs d'arrêt magnétisées par courant continu) en liaison avec des redresseurs dans un circuit spécial. Il est connu d'utiliser des transducteurs dans le circuit de champ des moteurs en série avec des re- dresseurs, les transducteurs étant commandés par le courant d'induit, de telle sorte que le champ du moteur s'élève ou croit rapidement si le cou- courant d'induit dépasse une certaine valeur.
Ce principe de commande a été utilisé dans les moteurs de laminoirs en liaison avec un volant impor- tant, l'augmentation du champ du moteur entraînant une diminution du nombre de tours de telle sorte que le moteur consume de l'énergie du volant ce qui permet d'éviter de couvrir les sommets du charge du réseau.
Il est également connu de relier les champs du moteur et du générateur dans un circuit à travers des redresseurs à un réseau alterna- tif de manière à introduire une composante stabilisante dans les circuits de champ qui sont par ailleurs magnéti sés en série.
Par opposi ti on à ces montanges connus, l'invention a pour ob- jet un appareil de régulation du nombre de tours des moteurs à l'aide d'une commande Ward-Leonard, en particulier pour véhicules et appareils de leva- ge, l'inducteur du moteur aussi bien que l'inducteur du générateur étant reliés à travers des redresseurs à une source alternative. Conformément à l'Invention des transducteurs sont insérés dans les deux circuits i nduc- teurs, ces transducteurs sont commandés à partir du courant d'induit. Le meilleur effet est obtenu par des transducteurs auto-saturés.
En reliant de différentes manières les bobinages de commande des transducteurs on peut obtenir différents étages de commande présentant des courbes de régulation particulièrement favorables
L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures jointes et de la description s'y rapportant.
La figure 1 représente un circuit d'appareil de levage dans lequel le moteur et le générateur Ward-Leonard sont commandés par des transducteurs conformément à l'invention.
Les figures 2, 4, 6, et 8 représentent le courant dans les inducteurs du moteur et du générateur en fonction du courant d'induit par différentes dispositions des magnétisations en courant continu des transduc- teurs.
Les figures 3, 5, 7 et 9 représentent les courbes des nombres de tours en fonction des couples pour les dispositions correspondant aux figures 2-8 de telle sorte que 2 et 3,4 et 5 ,6 et 7,8 et 9 concernent le même état du circuit.
Dans la figure 1, 1 représente l'induit, 3 l'enroulement in- ducteur d'un générateur Ward-Leonard qui est relié mécaniquement à un mo- teur 17. L'induit 1 est relié à un induit 2 d'un moteur comportant un en- roulement inducteur 4. L'enroulement inducteur 3 est reliée à travers un circuit redresseur 5 et l'enroulement principal 7 d'un transducteur à une source de tension alternative 13,14. Dans le circuit inducteur est égale- ment inséré un commutateur 19 qui permet d'inverser le sens du courant ma- gnétisant du générateur.
D'une manière semblable, l'enroulement inducteur 4 est relié, à travers un circuit redresseur 6 et l'enroulement principal 8 d'un trans-
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ducteur à une source de tension alternative 15,16. Les deux sources de tension alternative peuvent être prélevées sur le réseau, mais il n'est pas nécessaire que les valeurs de tension soient les mêmes. De plus, les transducteurs sont munis des bobinages de commande 11 et 12 respectivement qui, à travers les commutateurs inverseurs 26 et 27, sont magnétisés par une source de tension continue séparée 25, et des bobinages de'commande 9 et 10 qui sont en série avec les induits du générateur et du moteur.
De plus, des enroulements auto-magnétisants 28,29 sont prévus et sont reliés aux circuits redresseurs 5 et 6, la connexion de l'enroulement 28 étant établie à travers un commutateur inverseur 30 et la connexion de l'enroule- ment 29 à travers une résistance 31 shuntée par un interrupteur 32 qui per- met de modifier le degré d'auto-magnétisation. L'auto-magnétisation peut naturellement être produite et modifiée de différentes manières connues en soi. En parallèle sur l'enroulement 8 du transducteur est montée une impédance 18, de telle sorte qu'un certain courant circule toujours dans l'inducteur 4, ce qui signifie que le champ du moteur ne peut pas être ré- gulé en dessous d'une certaine valeur.
De même, une impédance 23 en série avec un interrupteur 24 est montée en parallèle sur 1?enroulement princi- pal 7.
En se rapportant aux figures 2 à 9 il va être expliqué dans ce qui suit quelles sont les différentes caractéristiques que l'on peut obtenir en changeant le sens de magnétisation des enroulements 28 et 11,
29 et 12, respectivement, des transducteurs.
Si le moteur doit fournir la puissance maximum l'interrupteur 32 est fermé et les enroulements de commande sont connectés de la manière suivante. Dans le transducteur commandant le courant dans l'inducteur 3 du générateur,1?auto-magnétisation dans 1?enroulement 28 et la magnétisa- tion dans l'enroulement de commande 11 ont un sens opposé µ, celui de la magnétisation que le courant d'induit produit dans l'enroulement de comman- de 9 pendant le levage ou la marche en avant, tandis que dans le transduc- teur commandant le courant dans 1?inducteur 4 du moteur,
l'auto-magnétisa- tion dans l'enroulement 29 et la magnétisation produite par le courant d'induit dans l'enroulement de commande 10 pendant le levage ou la marche en avant ont un sens opposé à celui de la magnétisati on dans l'enroulement de commande 12. C'est ainsi que l'on obtient les courbes des figures 2 et 3.
Pour un certain sens du courant, la courbe courant inducteur du moteur 20 et la courbe courant Inducteur du générateur 21 sont fonctions du courant d'induit JA comme représenté sur la figure 2. Tant que le cou- rant d'induit reste inférieur à la valeur correspondant au point E, le transducteur 8, 10,12, 29 peut prendre sa tension maximum qui est si gran- de que le courant dans l'inducteur 4 du moteur n'est déterminé que par l'impédance 18. Aussi, la courbe 20 reste parallèle à l'axe des abscisses le long de DE. Quand, d'un autre côté, le courant d'induit dépasse la va- leur E, la tension prise par le transducteur diminue, et le courant dans l'inducteur 4 augmente de E à F. FG désigne l'état dans lequel le trans- ducteur ne prend pratiquement aucune tension.
AB sur la courbe 21 représente la condition dans laquelle le transducteur 7, 9, 11, 28 du générateur ne prend pratiquement aucune ten- sion. Il en est ainsi jusqu9à ce que le courant d'induit dépasse la valeur correspondant au point B pour laquelle le transducteur prend de la tension de telle sorte que le courant dans 1.'inducteur 3 diminue et s'annule en C, comme l'interrupteur 24 est ouvert.
Cette variation dans les courants d'inducteurs conduit à une caractéristique nombre de tours/couple représentée par la courbe 22 figure 3. Tant que les courbes 20 et 21 restent parallèles à l'axe des abscisses, c9est-à-dire jusqu'au point E, le nombre de tours est constant et suit A'D'-E. Dans la portion EF la courbe 22 s'infléchit suivant E'F', tandis
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qu'elle redevient constante de F' à B'. En B le nombre de tours diminue rapidement pour s'annuler en C', puisque C' représente la condition dans laquelle le courant inducteur du générateur et par suite sa tension est nulle.
Comme on le constate, le nombre de tours ne diminue pas tant que ' le couple n'a pas dépassé une certaine valeur (point E') tandis qu'un com- poundage habituel signifierait une dépendance plus étroite de la charge, également pour de faibles valeurs de couple. De plus, on obtient un effet de limitation.du courant puisque le courant d'induit ne dépasse jamais la valeur représentée par C.
On obtient une modification de la caractéristique du moteur en inversant le courant dans l'inducteur 3 au moyen du commutateur 19 et en modifiant le sens de magnétisation dans les enroulements 28 et 'Il par la manoeuvre simultanée des commutateurs inverseurs 26 et 30 tandis que l'on modifie en même temps le degré d'automagnétisation du transducteur 8; 10, 12, 29 du moteur en ouvrant l'interrupteur 32. Ainsi, l'auto-magnétisa- tion et la magnétisation dans l'enroulement de commande 11, dans le trans-- ducteur commandant le courant dans l'inducteur 3 du générateur, ont le même sens que la magnétisation produite dans l'enroulement de commande 9 par le courant d'induit pendant le fonctionnement en générateur du moteur 2.
Dans le transducteur commandant le courant dans l'inducteur 4 du moteur, l'auto- magnétisation et la magnétisation dans l'enroulement de commande 10 produi- te par le courant d'induit pendant le levage ont, de l'autre côté, un sens opposé à celui de la magnétisation dans l'enroulement de commande 12.' Cette disposition du montage est utilisée pour commander la vitesse de des- cente dans les appareils de levage.
Dans cette disposition, la courbe de courant inducteur 21 est tournée de 180 par rapport à la figure 2 et prend par conséquent l'aspect représenté sur la figure 4. La portion MN de la figure 4 correspond à CB de la figure 2 et, de même, NO à BA. La courbe 20 de la figure 4 conserve l'aspect de la courbe 20 de la figure 2 mais la partie de la courbe où le transducteur prend une tension variable devient cependant, en raison de la modification de l'auto-magnétisation, plus aplatie de sorte que la par- tie EF (figure 2) se change en JK (figure 4). De la même manière HJ cor- respond à DE et KL à FG.
La courbe du nombre de Leurs en fonction du couple est, pour cette disposition du montage représentée sur la figure 5. Le nombre de tours est négatif, c'est-à-dire que le moteur tourne dans le sens de la descente tandis que la figure 2 représente le sens de la montée lorsque l'invention est utilisée dans un appareil de levage.
Par cette disposition du montage, la descente d'une lourde charge s'effectue à une vitesse K' inférieure à celle J' de la descente d'une faible charge ou de la descente à vide. Ceci est particulièrement important lors du freinage après descente. Au début du mouvement de descente, le courant d'induit, qui doit dans ce cas être négatif pendant 1'accélération puisque le moteur tourne à l'envers, ne dépassera pas de plus une certai- ne valeur correspondant au point M.
On obtient une autre modification des caractéristiques du mo- teur en inversant le sens de magnétisation de l'enroulement 12, au moyen du commutateur-inverseur 27, par rapport à la disposition du montage qui sert de base à la figure 2. Les nouvelles caractéristiques conviennent par- ticulièrement à la commande du nombre de tours aux vitesses réduites.
Dms le transducteur commandant le courant dans l'inducteur 3 du générateur, l'auto-magnétisation et la magnétisation dans l'enroulement de commande Il ont un sens opposé à celui de la magnétisation dans l'enroulement de com- mande 9 produite par le courant d'induit pendant le levage ou la marche en avant tandis que dans l'autre transducteur, qui commande le courant dans l'inducteur 4 du moteur, l'auto-magnétisation et la magnétisation dans l'en- roulement de commande 12 ont le même sens que la magnétisation dans l'en- roulement de commande 10 produite par le courant d'induit pendant le levage
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ou la marche en avant.
Dans ce cas, le courant inducteur du générateur est représenté par la courbe 21 de la figure 6, et le courant inducteur du moteur est re- présenté en 20 sur la même figureo La courbe 21 de la figure 6 correspond entièrement à la courbe 21 de la figure 2, à ceci près que le courant maxi- mum dans l'inducteur du générateur est considérablement plus faible puisque cette disposition du montage est utilisée pour l'obtention de vitesses rela- tivement faibles. L'aspect de la courbe 20 de la figure 6 est comparable à celui de la courbe 20 de la figure 2; la partie correspondant à EF s'est, cependant déplacée vers la région des courants d'induit négatifs (QR).
Dans cette disposition du montage, comme dans celles précédemment décrites, le courant d'induit au démarrage ne dépasse pas une certaine valeur corres- pondant au point V. De plus, le courant d'induit pendant le freinage com- mençant à une vitesse plus grande sera limité puisqu'un tel courant de freinage, qui est négatif y entraîne une diminution du champ du moteur, si le courant d'induit dépasse la valeur Ro
La caractéristique nombre de tours/couple, obtenue avec cette disposition du montage, est représentée sur la figure 7 qui montre que le nombre de tours jusqu'à un certain couple positif, correspondant à U', est constant. Si le couple est plus grand que cette valeur, le nombre de tours diminue et s'annule en V'. D'autre part pendant le freinage le nombre de tours augmente dans la partie R'Q'.
Une disposition du montage tenant plus compte encore du frei- nage d'un grand nombre de tours à un moins grand nombre est obtenue en fermant l'interrupteur 24 et en inversant le courant magnétisant dans l'en- roulement 11 par rapport au sens qu'il a dans la disposition du montage sur laquelle est basée la figure 6.
Dans le transducteur commandant le courant dans l'inducteur 3 du générateur, l'auto-magnétisation aura ainsi un sens opposé à celui de la magnétisation dans l'enroulement de commande 11 et de la magnétisation dans l'enroulement de commande 9 produite par le courant d'induit pendant le levage ou la marche en avant ; que dans le transducteur commandant le courant dans l'inducteur 4 du moteur, l'auto-magnétisation et la magné- tisation dans l'enroulement de commande 12 ont le même sens que la magné- tisation dans l'enroulement de commande 10 produite par le courant d'induit pendant le levage ou la marche en avant. Les caractéristiques de courant inducteur ainsi obtenues sont représentées sur la figure 8 dans laquelle la courbe 20 est exactement la meme que sur la figure 6.
La caractéristi- que de courant inducteur du générateur, courbe 21, est d'autre part modi- fiée de telle sorte que le courant inducteur, pour toutes les valeurs du courant d'induit positives et toutes les valeurs négatives qui sont infé- rieures au point c, a une valeur constante relativement faible déterminée par l'impédance 23, puisque dans cette portion le transducteur peut prendre la tension maximum. Le courant inducteur ne commence à croite que lorsque le courant d'induit négatif dépasse la valeur c, puisque la tension prise par le transducteur diminue, et atteint sa valeur maximum au point b.
On n'obtient dans ce cas aucun effet de limitation du courant, comme dans les cas précédents, quand on part d'une faible vitesse, mais quand on freine d'une grande vitesse, puisque le courant inducteur du générateur, lorsque le courant induit dépasse seulement quelque peu la valeur correspondant au point b, magnétise le générateur de telle sorte que la vitesse augmente correspondant à la partie c'b' de la figure 9 qui représente la caractéris- tique nombre de tours/couple obtenue avec cette disposition du montage.
Si la vitesse du moteur dépasse celle correspondant à la valeur en b', le courant induit augmente encore. Quand il atteint une valeur correspondant à z' le champ du moteur commence cependant de diminuer, ce qui limite le courant et le couple comme représenté sur les figures 8 et 9.
Comme il ressort de ce qui précède, toutes les dispositions de montage mentionnées peuvent être obtenues sans commutation dans le circuit
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du courant d'induit. Toutes les commutations qui ont été effectuées sont des commutations de courants faibles qui ne nécessitent aucun appareillage encombrant et onéreux.
Si le moteur d'entrainement fournissant l'énergie à la dynamo Léonard ne peut fournir plus d'un certain effort maximum (ce qui est le cas, par exemple, pour un moteur Diesel) la caractéristique du courant inducteur du générateur peut avantageusement être adaptée à cette condition. Avec la caractéristique de courant d'inducteur (courbe 21) représentée sur la figure 2, le générateur fournit son maximum au point B, puisqu'il fournit alors ses courant et tension maximum, et l'emplacement du point B peut par conséquent être déterminée en rapport avec l'effort maximum du moteur d'en- traînement 17. Puisque la partie BC est sensiblement parallèle à l'axe des ordonnées, le courant d'induit sera presque constant et l'énergie fournie par le dynamo 1 diminue par suite presque proportionnellement à la tension du générateur.
En déplaçant le point C vers la droite de l'axe des abscis- ses sans déplacer le point D on peut obtenir, cependant, une augmentation du courant avec une diminution de la tension de sorte que l'effort fourni par l'appareillage est plus grand, ce qui est important lorsqu'on désire ob- tenir une grande accélération du moteur. La caractéristique du courant d'in- ducteur du générateur peut être modifiée comme ci-dessus décrit, en rédui- sant le degré d'auto-magnétisation du transducteur 7,9,11,28, par exemple en modifiant le nombre de spires de l'enroulement 28.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil de régulât!on.du nombre de tours des moteurs à l'aide d'une commande Ward-Leonard, en particulier pour véhicules et appa- reils de levage, dans lequel l'inducteur du moteur et l'inducteur du géné- rateur sont reliés à travers des redresseurs à une source de tension alter- native caractérisé en ce que, dans les deux circuits d'inducteurs, sont in- sérés des transducteurs de préférence à auto-saturation qui sont commandés en fonction du courant d'induit.