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WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION, résidant à EAST PITTSBURGH (E.U.A.).
COMMANDE DE MOTEUR A COURANT ALTERNATIF.
La présente invention concerne, de façon générale, les dispositifs de commande de moteur et, plus spécialement, les dispositifs de commande de moteurs à courant alternatif.
La présente invention a pour but général de procurer une commande de moteur à courant alternatif caractérisée en ce que la commande du moteur s'effectue au moyen d'une impédance variable connectée dans le circuit d'a- limentation du moteur.
Dans un système polyphasé auquel les principes de l'invention s'ap- pliquent en général, et dans un système triphasé auquel on se réfère en par- ticulier, mais à titre d'exemple seulement, on peut utiliser une impédance variable, connectée dans chaque conducteur d'alimentation du moteur, pour commander la tension aux bornes du moteur de façon à obtenir des caractéris- tiques vitesse-couple pouvant convenir pour une grande variété d'applications.
Une commande de ce genre est aussi utilisée pour renverser le sens de rotation d'un moteur alternatif polyphasé, sans déconnecter le moteur du circuit d'alimentation, en utilisant un dispositif déphaseur associé à une impédance réglée sélectivement de façon à obtenir une inversion de phase qui entraîne le renversement du sens de marche du moteur.
Des dispositifs de ce genre sont décrits dans les brevets améri- cains n 2.228.078 et 2.550.569. Les dispositifs décrits dans ces brevets utilisent, tous deux, des réactances dont on inverse la phase en vue de ren- verser le sens de rotation du moteur, en appliquant une tension continue de polarités choisies aux enroulements de commande des réactances. Le choix de la polarité peut se faire par commande manuelle ou automatiquement comme dans
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le premier brevet précité, où un circuit en pont est déséquilibré dans l'un ou l'autre sens suivant le sens d'un écart par rapport à un état donné.
Un dispositif comprenant certains des principes de base précités est représenté aux dessins annexés. Ce dispositif utilise des commandes élec- tromagnétiques du type statique qui peuvent prendre la forme de selfs à sa- turation ou d'amplificateurs magnétiques, le dessin représentant des ampli- ficateurs magnétiques.
Suivant une particularité de l'invention, il est prévu un dispo- sitif de commande de moteur alternatif polyphasé, servant au renversement du sens de marche du moteur et à la commande d'une caractéristique de fonc- tionnement de celui-ci. Le dispositif, en ce qui concerne la commande de la caractéristique de fonctionnement du moteur, joue le rôle d'un régulateur en circuit fermé, sous certains aspects nouveaux relatifs au renversement de marche et à la commande.
En particulier, une caractéristique de fonctionnement commandée est la vitesse du moteur, dont une indication est donnée par une génératrice tachymètre entraînée par le moteur. Si le rotor du moteur est du type bobiné, la vitesse peut être déterminée approximativement par l'état électrique du circuit secondaire, et on peut éliminer la génératrice tachymètre. Suivant les cas d'application, d'autres caractéristiques électriques du moteur peu- vent être réglées au moyen d'un dispositif de commande de ce genre, comme le courant de charge ou la tension aux bornes du primaire.
Dans une forme d'exécution de l'invention, la vitesse est réglée en fonction d'une tension de référence variable par commande manuelle, qui est comparée à la tension de la génératrice tachymètre, dans les deux sens de marche, de manière à obtenir une régulation de vitesse pour chaque condi- tion de fonctionnement.
Dans une seconde forme d'exécution de l'invention, le moteur al- ternatif lui-même est utilisé comme moteur pilote et sa vitesse est comman- dée en fonction de l'état électrique d'un second moteur commandé par le mo- teur pilote.
Dans cette seconde forme d'exécution,l'état électrique considéré est le courant, c'est-à-dire le courant de charge du second moteur. Les prin- cipes généraux de la présente invention peuvent être appliqués, que le se- cond moteur soit à courant alternatif ou à courant continu. L'invention est cependant représentée avec un moteur pilote à courant alternatif qui sert à régler la résistance du circuit secondaire d'un moteur à induction à rotor bobiné, dont la résistance variable est constituée par un régulateur à cur- seurs. En disposant convenablement les éléments du dispositif, l'information donnée par le courant pour le moteur pilote, peut comprendre à la fois les commandes de vitesse et de renversement de sens.
Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma d'un dispositif de commande de moteur à courant alternatif, conforme aux principes de l'invention.
La figure 2 est un diagramme vectoriel donnant les phases des ten- sions pour les deux sens de marche du moteur, avant et arrière.
Les figures 3 à 7 sont des graphiques donnant les caractéristiques de commande des différents amplificateurs magnétiques utilisés dans le pré- sent dispositif de commande.
La figure 8 est un schéma d'une commande de moteur à induction utilisant un régulateur à curseurs et conforme aux principes de l'invention; et
Les figures 9 à 15 sont des graphiques donnant les caractéristi- ques de commande des différents amplificateurs magnétiques utilisés à la
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figure 8.
A la figure 1, le moteur à commander porte la référence M et est représenté sous la forme d'un moteur alternatif triphasé à cage d'écureuil relié à un réseau triphasé de courant alternatif représenté par :les conduc- teurs L1, L2, L3. Il va de soi que d'autres types de moteurs alternatifs peu- vent être commandés conformément aux principes de la présente invention.
La commande de vitesse et de sens de marche de ce moteur alterna- tif se fait par la commande appropriée de plusieurs amplificateurs magnéti- ques doubles MA, MB, MO et MD. Les enroulements principaux A1-A2, Bl-B2 et
C1-C2 des amplificateurs magnétiques correspondants MA, MB et MC, sont con- nectes en parallèle entre eux et en série avec le moteur dans les conducteurs d'alimentation correspondants L1, L2 et L3. Les enroulements principaux con- nectés en parallèle D1 et D2 de l'amplificateur magnétique MD sont reliés en série avec l'enroulement Tlb d'un transformateur T1 entre un point du con- ducteur L2, coté alimentation de l'amplificateur magnétique MB et un point du conducteur L3, côté moteur de l'amplificateur magnétique MC. Un second enroulement Tla du transformateur T1 est connecté entre les conducteurs L1 et L3.
Tous les amplificateurs magnétiques précités ont, en série avec cha- que enroulement principal, un redresseur d'auto-saturation. Ces redresseurs, de polarités opposées dans les deux enroulements principaux parallèles de chaque amplificateur, portent les références A3-A4' B3-B4, C3-C4 et D3-D4.
Le diagramme vectoriel de la figure 2 représente les phases des tensions pour les deux sens de marche, avant et arrière. Les vecteurs en trait plein donnent les phases pour la marche avant, en ce qui concerne la comman- de de la tension aux bornes du moteur, par les amplificateurs magnétiques MA, MB et MC. Les vecteurs en traits interrompus donnent les phases pour la commande de la tension aux bornes du moteur par les amplificateurs MA, MB et MD, en marche arrière. Les références A, B, C et D sur le diagramme vec- toriel de la figure 2, désignent les phases aux points A, B, C et D du cir- cuit de la figure 1.
Le déphasage électrique de 180 entre C et D est obte- nu au moyen d'un transformateur T1 qui déphase la tension au point D de 180 degrés électriques par rapport à la tension au point C,
Les amplificateurs magnétiques de la figure 1, ont un noyau fermé séparé pour chaque enroulement principal, c'est-à-dire que, par exemple pour l'amplificateur MA, l'enroulement Al est bobiné sur le noyau AC1 et l'enrou- lement A2 sur le noyau AC2. Chaque enroulement de commande est composé de deux parties reliées en série et enroulées l'une sur un des noyaux et l'au- tre sur l'autre noyau. Par exemple l'enroulement de commande AR comprend deux parties série, l'une sur le noyau AC1' l'autre sur le noyau AC2. Dans l'exposé, ces deux parties et tous enroulements similaires sont considérés comme étant un seul enroulement.
Avec le dispositif décrit jusqu'ici, on peut renverser le sens de marche du moteur en utilisant, au choix, l'amplificateur magnétique MC ou l'amplificateur magnétique MD, avec les amplificateurs magnétiques MA et MB, pour régler la tension aux bornes du moteur. La façon exacte dont ce choix est fait, sera décrite plus loin.
Chacun des quatre amplificateurs magnétiques utilisés pour la com- mande de la tension aux bornes du moteur, comporte trois enroulements. Dans chaque cas, deux de ces enroulements sont des enroulements de commande uti- lisés au choix pour la marche avant ou arrière, et l'enroulement restant est un enroulement de polarisation qui amène toujours l'amplificateur magnétique associé à son point de débit minimum. Les enroulements de commande de marche avant et arrière des différents amplificateurs magnétiques sont dénommés respectivement AF-AR, BF-BR, CF-CR et DF-DR, et les enroulements de polari- sation sont désignés par AB, BB, CB et DB.
Tous les enroulements de commande de marche avant AF, BF, CF et DF sont connectés en parallèle dans un circuit d'excitation alimenté par le
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redresseur de charge à double alternance FR de l'amplificateur magnétique de marche avant MF et, de même, tous les enroulements de commande de marche arrière AR, BR, CR et DR sont connectés en parallèle dans un circuit d'ex- citation alimenté par le redresseur de charge RR de l'amplificateur magné- tique de marche arrière MR. Ge dispositif sera étudié plus loin. Cependant, le fonctionnement sélectif des amplificateurs magnétiques respectifs de marche avant et arrière provoque l'excitation sélective des groupes paral- lèles d'enroulements de commande de marche avant et arrière.
Les courbes caractéristiques des figures 3 à 7 montrent que les ampères-tours de polarisation ramènent toujours les amplificateurs magné- tiques correspondants à leur point de débit minimum ou en substance à leur point de débit linéaire minimum. En ce qui concerr- les amplificateurs ma- gnétiques MA et MB dont les caractéristiques sont représentées à la figure 3, les enroulements de commande de marche avant et arrière développent des ampères-tours dans les directions indiquées respectivement par la flèche en trait plein F et celle en pointillé R. Il faut remarquer que, dans les deux cas, les noyaux de ces amplificateurs magnétiques sont poussés vers la sa- turation.
A la figure 4, les ampères-tours de l'enroulement de commande de marche avant CF représentés par la flèche en trait plein F, amènent 1; ampli- ficateur magnétique MC vers la partie conductrice de sa caractéristique, tandis que les ampères-tours de l'enroulement de commande OR représentés par la flèche en pointillé R ramènent l'amplificateur magnétique MC encore plus vers son point de débit minimum, de manière à bien maintenir celui-ci au cut-off .
La figure 5 représente les caractéristiques de l'amplificateur magnétique MD. La réponse de cet amplificateur aux tensions de coaaande de marche avant et arrière est exactement l'opposée de celle de l'amplificateur magnétique MC. En effet, les ampères-tours de l'enroulement de commande de marche avant DF ramènent cet amplificateur vers son point de débit minimum, assurant ainsi que cet amplificateur est mis au cut-off, au moment où l'am- plificateur magnétique MC répond à la tension de commande appliquée.
Les am- pères-tours de l'enroulement de commande de marche arrière DR amènent l'am- plificateur magnétique MD dans la partie conductrice de sa caractéristique au moment où. l'amplificateur magnétique MG est ramené encore plus vers son point de débit minimum, assurant ainsi que l'amplificateur magnétique MC est mis au cut-off,au moment où l'amplificateur magnétique MD répondà une ten- sion de commande donnée.
En résumé, lorsqu'une tension d'excitation est appliquée aux en- roulements de commande de marche avant ou arrière des amplificateurs magné- tiques MA et MB, ceux-ci sont amenés dans leur partie conductrice de carac- téristique, et, par la réponse simultanée des amplificateurs magnétiques MC et MD aux mêmes tensions de commande,un seul de ces deux derniers amplifi- cateurs magnétiques devient conducteur. Ces amplificateurs magnétiques sont tous arrangés de façon que ceux en service donnent la même réponse simulta- née à une tension de commande donnée, afin d'obtenir un fonctionnement équi- libré du moteur à courant alternatif.
La commande sélective en marche avant ou arrière est effectuée à l'aide des amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière précités MF et MR. Ces amplificateurs magnétiques, semblables à ceux utilisés dans le circuit d'alimentation du moteur, sont aussi du type à double enroule- ment parallèle et à auto-saturation. L'amplificateur magnétique MF comprend une paire d'enroulements principaux d'excitation F1 et F2, en série respec- tivement avec des redresseurs correspondants F3 et F4. Ces redresseurs sont opposés en polarité dans le circuit des enroulements principaux parallèles, de manière à laisser passer le courant en sens inverses d'une demi-période de courant alternatif à l'autre.
Cet amplificateur est relié à une source de courant alternatif constituée par un transformateur T2 dont le primaire
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est relié aux conducteurs L2 et L3 de l'alimentation du moteur et dont le secondaire 2S alimente, en courant alternatif, le circuit d'amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière. Un redresseur de charge FR est relié en série avec le circuit d'enroulements principaux de l'amplificateur magné- tique MF et fournit de la tension de sortie redressée à double alternance.
L'amplificateur magnétique MF comprend un enroulement de commande FC, un en- roulement d'amortissement FD et un enroulement de polarisation FB. La carac- téristique de cet amplificateur magnétique est représentée à la figure 7; on peut voir que les ampères-tours de l'enroulement de polarisation FB ra- mènent cet amplificateur magnétique en substance au point de débit minimum.
L'amplificateur magnétique MR est semblable à l'amplificateur magnétique MF et comprend une paire d'enroulements principaux Rl et Ro en série respectivement avec des redresseurs R3 et R4 opposés en polarité et placés dans les dérivations correspondantes. Ce circuit d'enroulements prin- cipaux est mis, en série avec un redresseur de charge RR, aux bornes de la source de courant alternatif qui alimenté l'amplificateur magnétique MF.
L'amplificateur magnétique de marche arrière MR comprend aussi un enroule- ment de commande RC, un enroulement d'amortissement RD et un enroulement de polarisation RB. La caractéristique de cet amplificateur est représentée à la figure 6 et on peut voir, de nouveau, que les ampères-tours, désignés par la flèche pleine "POL.", de l'enroulement de polarisation RB, ramènent cet amplificateur au point de polarisation minimum.
Les circuits d'enroulements de commande des amplificateurs magné- tiques MF et MR remplissent deux rôles.Le premier est la commande du sens de marche avant ou arrière du moteur, et le second est le réglage de vitesse et la commande de régulation de vitesse du moteur. Ces deux fonctions dépen- dent de la comparaison de deux tensions dans le circuit d'enroulement de commande des amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière. Une de ces tensions consiste en une tension de référence à polarité réversible pri- se à un rhéostat RH, et la seconde tension est une tension indicatrice de la vitesse donnée par une génératrice tachymètre PG dont le rotor est accou- plé mécaniquement, de toute.façon convenable, au moteur à courant alternatif M qui l'entraîne.
Comme on le sait, une génératrice de ce genre donne une tension qui est une fonction linéaire de sa vitesse de rotation. A cause de la liaison mécanique entre la génératrice et le moteur à induction, la ten- sion débitée par la génératrice tachymètre est proportionnelle à la vitesse du moteur.
Le rhéostat RH est alimenté par la sortie d'un redresseur à dou- ble alternance R6, dont l'entrée est reliée aux bornes de l'enroulement se- condaire 2S du transformateur T2 et dont la polarité est commandée par sa connexion à un ensemble commutateur comprenant des paires de contacts res- pectives de marche avant et arrière FW1' FW2 et RE1' RE2. Suivant la mise en service des contacteurs avant ou arrière, les extrémités du rhéostat RH sont connectées, dans un sens ou dans l'autre, aux bornes de sortie du re- dresseur R6, de façon à alimenter le rhéostat de façon réversible. La mise en service de ces contacts avant et arrière, manuelle ou automatique, ne faisant pas partie de la présente invention, ne sera pas décrite en détail ici.
Le rhéostat RH est pourvu d'un curseur réglable T auquel on pré- lève une tension continue variable, qui est la tension de référence du dis- positif. L'amplitude de cette tension détermine la vitesse de marche du mo- teur à induction. La partie de dérivation du rhéostat est mise, dans un cir- cuit fermé, en série et en opposition avec la tension débitée par la géné- ratrice tachymètre quand le moteur tourne dans un sens déterminé, le circuit fermé série contenant les enroulements de commande d'excitation FC et RG des amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière.
La sortie du redres- seur de charge FR est appliquée aux bornes des enroulements de commande de marche avant AF, BF, CF et DF des amplificateurs magnétiques de commande de
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moteur MA, MB, MC et MD, et la sortie du redresseur de charge RR de l'ampli- ficateur magnétique de marche arrière est appliquée aux enroulements de com- mande de marche arrière AR, BR, CR et DR, des amplificateurs MA, MB, MC et MD, comme décrit plus haut. En actionnant sélectivement les amplificateurs magnétiques respectifs de marche avant ou arrière, les enroulements de com- mande de marche avant ou arrière de chacun des amplificateurs magnétiques MA, MB, MC et MD sont excités de façon à commander le moteur en conséquence.
En se reportant aux figures 6 et 7, on peut étudier la commande sélective des amplificateurs magnétiques MF de marche avant et MR de marche arrière. Soit le cas où le moteur doit tourner en marche avant ; contacts de marche avant FW1 et FW2 sont fermés et appliquent une tension d'une pola- rité au rhéostat RH. La polarité de cette tension est telle, comme les flè- ches pleines "COMMANDE" des figures 6 et 7 le montrent, que l'amplificateur magnétique MF soit polarisé dans le sens de la saturation, tandis qu'au mê- me moment l'amplificateur magnétique MR est ramené encore plus vers son point de débit minimum et donc mis au cut-off.
Dans ce cas, au démarrage, l'ampli- ficateur magnétique MF est surtout commandé par la tension du rhéostat RH, puisque, le moteur partant de l'arrêt et augmentant progressivement sa vi- tesse, la tension de la génératrice tachymètre part de zéro. La sortie du redresseur de charge FR apparaît sur tous les enroulements de commande AF, BF, CF et DF.
Dans le cas considéré, comme le montre la figure 3, les deux am- plificateurs magnétiques MA et MB, conformément à la flèche pleine F, sont poussés vers la saturation et seront donc conducteurs à un degré déterminé par les ampères-tours de commande. Suivant la figure 4, l'amplificateur magnétique MC est aussi conducteur, puisque les ampères-tours F de la figure 4 poussent cet amplificateur vers la saturation. Dans le cas d'un fonction- nement équilibré, la variation dans la caractéristique de sortie est la mê- me pour chacun.
Suivant la figure 5, les ampères-tours de commande désignés par la flèche pleine F amènent l'amplificateur MD encore plus vers son point de débit minimum et le mettent en fait au cut-offDans ces conditions, l'amplificateur magnétique MD est réellement une impédance élevée n'ayant qu'un effet très négligeable sur le comportement du moteur.
Avec les connexions précitées, le moteur accélère dans le sens de la marche avant. La vitesse de régime est atteinte quand la tension de la génératrice tachymètre s'adapte à la tension de référence. Ici commence la régulation de vitesse autour de la vitesse déterminée par le réglage du rhéostat RH. Par exemple, si la vitesse du moteur tend à croître par rap- port à cette valeur de la tension de référence, le débit de la génératrice tachymètre augmente aussi et sa tension de sortie se rapproche plus de la tension de référence, les ampères-tours de l'enroulement de commande FC di- minuant. Ceci augmente l'impédance de l'amplificateur magnétique MF et la tension de sortie de ce dernier tombe.
Cette réduction.de la tension de sor- tie affecte simultanément les enroulements de commande de chacun des ampli- ficateurs magnétiques MA, MB et MC, dont les impédances augmentent. La di- minution de la tension de sortie de ces amplificateurs magnétiques signifie une diminution de la tension appliquée au moteur M, et une diminution de sa vitesse, en conséquence. L'équilibre est rétabli lorsque la différence entre la tension de la génératrice tachymètre et la tenaâon du rhéostat constitue la tension de commande nécessaire à maintenir la vitesse de moteur constan- te, pour le couple de charge présent à ce moment. Il faut noter que des va- riations de couple se produisant a une vitesse de régime donnée du moteur, entraînent une légère variation de la vitesse.
Des essais ont cependant dé- montré que la courbe caractéristique couple-vitesse reste remarquablement plate dans toute la gamme de réglage jusqu'au décrochage. En fait, la qua- lité de régulation obtenue est comparable à celle obtenue avec les disposi- tifs plus compliqués et plus coûteux à commande par tensions continues va- riables.
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Quand, dans le cas considéré, on désire donner au moteur une au- tre vitesse de -régime, le curseur du rhéostat RH est amené dans une nouvelle position correspondant à une tension plus élevée ou plus faible, suivant que la vitesse doit être augmentée ou diminuée. La variation d'excitation des différents enroulements de commande des amplificateurs magnétiques de régla- ge du moteur, entraîne un changement, dans le sens voulu, de la vitesse du moteur. L'équilibre est à nouveau établi, quand la tension de sortie de la génératrice tachymètre atteint la tension du rhéostat.
Dans le cas considéré de marche en avant, pour arrêter le moteur, on ouvre les contacts FW1 et FW2. Le rhéostat de référence est immédiate- ment déconnecté et la tension de référence disparaît des enroulements de commande des amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière. Le cir- cuit fermé ne contient plus que la tension de la génératrice tachymètre PG.
Il s'ensuit que l'excitation des enroulements de commande FC et RC est in- versée. Cette excitation est représentée aux figures 6 et 7,par les flèches en pointillé. L'amplificateur magnétique de marche arrière MR est poussé vers la saturation et l'amplificateur magnétique de marche avant MF est ra- mené vers son point de débit minimum. Ce dernier devient non conducteur en substance au moment où l'amplificateur magnétique MR devient conducteur et la commande passe des enroulements de commande de marche avant aux enrou- lements de commande de marche arrière AR, BR, CR et DR des amplificateurs magnétiques de commande du moteur.
Les flèches en pointillé des figures 4 et
5 indiquent que l'amplificateur magnétique MC est mis au cut-off et l'ampli- ficateur magnétique MD est rendu conducteur.,En regardant le diagramme vec- toriel de la figure 2, on peut se rendre compte que cette inversion des con- nexions entraîne l'inversion des phases. Cette situation, comme déjà expli- qué, est représentée par les flèches en pointillé. La connexion ainsi obte- nue @ pour effet le freinage du moteur C'est-à-dire que l'excitation est cette fois telle qu'elle tende à renverser le sens de marche du moteur. Ce- pendant, comme cette excitation est uniquement due à la sortie de la généra- trice tachymètre, l'effet de décélération obtenu est directement proportion- nel à la vitesse et il diminue donc avec la diminution de vitesse du moteur.
Au moment où le moteur s'arrête, le freinage cesse.
Si,dans le cas considéré de marche avant, on désire faire fonc- tionner le moteur en marche arrière, on ouvre les contacts FW1 et FW2, et on ouvre les contacts RE1 et RE2. La polarité de la tension continue appli- quée aux bornes du rhéostat de référence RH s'inverse, et, par conséquent, la tension de référence présente dans le circuit fermé des amplificateurs magnétiques de marche avant et arrière a la même polarité que la tension débitée par la génératrice tachymètre PG.
Comme dans le cas d'arrêt du mo- teur, l'amplificateur magnétique de marche avant est mis au cut-off et ce- lui de marche arrière est rendu conducteur, mais cette fois la tension de référence s'ajoute à l'autre pour agir sur l'enroulement de commande de mar- che arrière RC. Le moteur est donc rapidement amené à l'arrêt et la tension de la génératrice tachymètre tombe simultanément à zéro. Cependant, la ten- sion de référence reste appliquée aux bornes de l'enroulement de commande RC et l'inversion de phase de l'excitation du moteur reste maintenu.Le mo- teur accélère en sens inverse et la régulation reprend en fonction de la ten- sion de référence.
Comme dans la plupart des régulateurs en circuit fermé, un degré d'amortissement du fonctionnement peut être nécessaire pour obtenir la sta- bilité voulue. Cet amortissement peut être obtenu en commandant les enroule- ments d'amortissement FD et RD des amplificateurs magnétiques de marche a- vant et arrière au moyen d'une tension continue tirée d'une phase du circuit d'alimentation.Comme les sorties de tous les amplificateurs magnétiques de commande du moteur varient de la même façon de manière à obtenir une exci- tation équilibrée du moteur, l'indication de l'amortissement d'une phase du moteur suffit.
Cette mesure du débit de l'amplificateur magnétique est re- dressée dans un redresseur à double alternance R7 dont la sortie est appliquée
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à un transformateur d'amortissement T3 dont l'enroulement primaire 3P est connecté aux bornes à courant continu du redresseur R7 et dont l'enroulement secondaire 3S est relié en série dans un circuit fermé contenant aussi les enroulements d'amortissement FD et RD. Comme les figures 6 et 7 le montrent, les ampères-tours d'amortissement agissent sélectivement dans les deux sens sur les amplificateurs magnétiques respectifs de marche avant et arrière.
L'amortissement a pour effet de s'opposer à une variation de la tension de sortie du dispositif Si, par exemple, la vitesse du moteur en marche avant monte brusquement, la tension de la génératrice tachymètre aug- mente et se rapproche plus de la tension de référence. La réduction d'ampè- res-tours de l'enroulement de commande FC, agissant à travers les amplifica- teurs magnétiques de commande du moteur, tend à réduire la tension aux bor- nes du moteur à courant alternatif. Cette variation de tension apparaît aux bornes du transformateur d'amortissement T3 et agit sur l'enroulement d'amortissement FD dont les ampères-tours, dans le cas présent, tendent à ren- dre l'amplificateur magnétique de marche avant plus conducteur et à augmen- ter le débit en fonction de la diminution de texsion aux bornes du moteur.
Si la vitesse du moteur tombe, la tension à ses bornes augmente. L'enroule- ment d'amortissement FD reçoit une tension de commande de polarité opposée à la précédente. Les ampères-tours d'amortissement tendent à rendre l'ampli- ficateur magnétique de marche avant moins conducteur et à limiter son débit en fonction de l'augmentation de tension aux bornes du moteur.
Les principes de la présente invention apparaissent aussi dans la forme d'exécution de l'invention représentée à la figure 8 et concernant un dispositif utilisant un régulateur à curseurs. Elle correspond à la deu- xième forme d'exécution citée au début du présent exposé.
Au lieu d'avoir un noyau ferméséparé par enroulement principal comme à la figure 1, les amplificateurs magnétiques de la figure 8 ont des noyaux à trois branches, une branche par enroulement principal et une bran- che commune pour tous les enroulements de commande.Ceci est fait pour la simplicité des dessins, les deux types d'amplificateurs, quoique physique- ment différents, étant considérés comme équivalents au point de vue brevet.
Le moteur à commander de la figure 8 est un moteur alternatif à induction IM ayant un enroulement primaire PW relié au réseau alternatif L4, L5, L6. La commande du moteur se fait en réglant la résistance du circuit secondaire au moyen de résistances convenables mises en circuit avec l'en- roulement secondaire SW. Cette commande d'un moteur à induction est connue sous le nom de régulation par curseurs et le dispositif résistant utilisé est dénommé régulateur à curseurs. Les régulateurs à curseurs peuvent pren- dre des formes diverses, et ceux utilisés ici sont du type à rhéostats à li- quide, comme on en utilise habituellement avec les moteurs à induction de grande puissance.
Le régulateur à curseurs représenté SR se compose de trois rhéo- stats à liquide 1Q, 20 et 30, en série chacun dans une des trois phases du secondaire, suivant la technique habituelle. Ces rhéostats ont des électro- des fixes 11, 21, 31 et des électrodes mobiles à curseurs 12, 22, 32.Ces électrodes sont plongées dans un réservoir rempli d'un électrolyte convena- ble,et la résistance des divers circuits est variée en déplaçant les élec- trodes. En pratique, les électrodes mobiles sont accouplées mécaniquement et actionnées simultanément par une commande convenable.
Dans la présente forme d'exécution de l'invention, les électrodes mobiles du régulateur à curseurs sont commandées par un moteur à courant al- ternatif M qui correspond au moteur M décrit à la figure 1. La partie du dis- positif comprenant les amplificateurs MA, MB, MC et MD et les principes de fonctionnement de ceux-ci sont les mêmes qu'à la figure 1. Les mêmes réfé- rences sont utilisées et il est inutile de répéter l'explication donnée avec référence à la figure 1.
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Une des données électriques à commander du moteur à induction est le courant de chargée Le dispositif de la figure 8 est arrangé de façon que le moteur M, qui peut être considéré ici comme un moteur pilote, action- ne le régulateur à curseurs de manière à maintenir le courant de charge du moteur à induction IM à une valeur déterminée.. Le dispositif est donc arran- gé de façon que, pour des courants dépassant une valeur déterminée, le régu- lateur à curseurs soit amené à augmenter la résistance du circuit d'enroule- ment secondaire, et, pour des courants inférieurs à une valeur déterminée, il soit amené à réduire la résistance du circuit d'enroulement secondaire.
En règle générale, un dispositif de ce genre démarre avec les é- lectrodes mobiles écartées au maximum des électrodes fixes. Quand le moteur est mis sous tension, le courant de charge est ainsi réduit au minimum. Pour ensuite augmenter la vitesse du moteur, il faut réduire la distance entre électrodes, afin de diminuer la résistance du circuit de l'enroulement se- condaire. Avec le dispositif considéré, l'abaissement des électrodes mobiles continue jusqu'à ce que le courant de charge atteigne une valeur déterminée, la régulation intervenant à ce moment pour maintenir le courant de charge au niveau voulu.
Ce genre de commande implique la nécessité de renverser le sens du mouvement des électrodes mobiles du régulateur à curseurs, quand le cou- rant de charge s'écarte, vers le bas et vers le haut, de la valeur imposée.
Ceci est obtenu par l'emploi d'amplificateurs magnétiques convenablement po- larisés, l'un ME1 commandant le relèvement des électrodes mobiles et l'autre ML1 commandant l'abaissement des électrodes mobiles.
L'amplificateur ME1 comprend des enroulements principaux En et E12 connectés en série avec des redresseurs d'auto-saturation respectifs E13 et E14. Ceux-ci sont montés opposés en polarité dans les dérivations parallèles du circuit d'enroulements principaux qui est connecté aux bornes de l'enroulement secondaire 2S du transformateur T2, en série avec les bor- nes à courant alternatif d'un redresseur à double alternance E1R. Cet ampli- ficateur magnétique est commandé par un enroulement de commande E16 connecté aux bornes de sortie d'un redresseur à double alternance R5 alimenté lui- même par un transformateur de courant CT associé à une des phases du réseau alimentant le moteur à induction. Une indication, en ampères-tours, du cou- rant de charge du moteur à induction commande donc l'amplificateur magnéti- que ME1.
Celui-ci comprend aussi un enroulement de polarisation EB, et un enroulement différentiel E15 mis aux bornes de sortie du redresseur de char- ge E1R, pour amortir jusqu'à un certain degré la commande de cet amplifica- teur.
L'amplificateur ML1 est physiquement semblable à l'amplificateur magnétique ME1' et comprend des enroulements principaux L11 et L12 en série avec des redresseurs d'auto-saturation respectifs L13 et L14 montes opposés en polarité dans les dérivations parallèles du circuit. Le circuit des en- roulements principaux parallèles est connecté, en série avec les bornes à courant alternatif d'un redresseur à double alternance L1R, aux bornes de l'enroulement secondaire 2S du transformateur T2. L'enroulement de commande L17 de cet amplificateur est mis aux bornes de sortie du redresseur R5 et l'enroulement de polarisation LB aux bornes de sortie du redresseur à double alternance R6.
Les caractéristiques des amplificateurs magnétiques ME1 et MLl sont données respectivement aux figures 14 et 15.Celles-ci montrent que les ampères-tours de l'enroulement de polarisation EB de l'amplificateur magnétique ME1 amènent celui-ci vers son point de débit minimum, et que, de même, les ampères-tours de l'enroulement différentiel E15, représentés par la flèche en pointillé, amènent l'amplificateur vers son point de débit minimum,tandis que les ampères-tours de l'enroulement de commande E16 ex- cite en fonction du courant de charge du moteur à induction, poussent cet amplificateur vers la saturation.
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En ce qui concerne l'amplificateur magnétique ML1' les ampères- tours de l'enroulement de polarisation l'amènent vers la partie conductrice de sa caractéristique, tandis que les ampères-tours de l'enroulement de cou- rant et de l'enroulement différentiel amènent cet amplificateur vers son point de débit minimum.
Les bornes de sortie des redresseurs E1R et L1R sont connectées à des enroulements modèles respectifs EP et LP d'amplificateurs magnétiques ME et ML.Les circuits des enroulements modèles contiennent en série des interrupteurs limites ELS et LLS qui sont normalement fermés sauf lorsque les électrodes mobiles se trouvent respectivement dans leurs positions li- mites supérieure et inférieure., Ces interrupteurs servent à empêcher les é- lectrodes mobiles de dépasser leurs limites mécaniques.
Les amplificateurs ME et ML, commandés par les enroulements modè- les respectifs EP et LP, comprennent chacun une paire d'enroulements princi- pauxo Les enroulements principaux MEA et MEB de l'amplificateur ME sont, en série avec des redresseurs d'auto-saturation respectifs ME3 et ME4, dans un circuit parallèle.Ce circuit d'enroulements principaux parallèles est mis, en série avec les bornes à courant alternatif d'un redresseur de charge à double alternance ER, aux bornes du transformateur d'alimentation en courant alternatif T2. Cet amplificateur comporte aussi un enroulement de commande EC, un enroulement d'amortissement ED et un enroulement de polarisation EB, ainsi que, l'enroulement modèle EP.
L'amplificateur magnétique ML comprend les enroulements principaux en série avec des redresseurs d'auto-saturation respectifs ML3 et ML4 dans un circuit parallèle.Ce circuit d'enroulements principaux parallèles est mis, en série, avec les bornes à courant alternatif du redresseur de charge à double alternance LR, aux bornes de la source de courant alternatif consti- tuée par le transformateur T2. Cet amplificateur comporte un enroulement de commande LC, un enroulement d'amortissement LD et un enroulement de polari- sation LB ainsi que l'enroulement modèle LP déjà mentionné. Les enroulements de commande AE, BE, CE, DE des amplificateurs magnétiques MA, MB, MC, MD sont connectés en parallèle aux bornes de sortie du redresseur de charge ER.
Les enroulements de commande AL, BL, CL, DL des mêmes amplificateurs magné- tiques sont connectés en parallèle aux bornes de sortie du redresseur de char- ge LR.
Dans cette forme d'exécution de la présente invention, les enrou- lements de commande EC et LC des amplificateurs ME et ML qui correspondent, en quelque sorte, aux amplificateurs MF et MR de la figure 1, sont connec- tés en sortie aux bornes de sortie de la génératrice tachymètre PG entraînée, comme auparavant, par le moteur à vitesse régulée Mo A l'opposé du cas de la figure 1, où les enroulements comme EC et LC sont excités supplémentai- rement en fonction d'une tension choisie de référence, ces enroulements ne reçoivent cette fois aucune autre excitation.
La commande correspondante est obtenue, dans le cas présent, en comparant des ampères-tours, plutôt que des tensions réelles, dans les am- plificateurs respectifs ME et ML de cette forme d'exécution de l'invention.
Dans l'arrangement considéré, les ampères-tours des enroulements modèles respectifs EP et LP sont comparés aux ampères-tours des enroulements de commande respectifs EC et LC.Les enroulements d'amortissement respectifs ED et LD des amplificateurs magnétiques ME et ML sont reliés en série aux bornes de l'enroulement secondaire 3S du transformateur d'amortissement T3 dont le primaire est à nouveau alimenté par les conducteurs L1 et L2 de l'a- limentation du moteur M. Les enroulements de polarisation EB et LB sont con- nectés en parallèle aux bornes de sortie du redresseur R6.
Les caractéristiques des amplificateurs magnétiques ME et ML sont données respectivement* aux figures 12 et 13. La figure 12 montre que l'am- plificateur magnétiqueME est amené vers son point de débit minimum par les ampères-tours de l'enroulement de polarisation EB. La flèche pleine représente
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les ampères-tours de l'enroulement EC,
pour la polarité de la tension de la génératrice tachymètre correspondant au cas où le moteur M relève ou écarte les électrodes mobiles du régulateur à curseurs.La flèche en pointillé diri- gée en sens opposé par rapport à la flèche pleine représente les ampères- tours correspondant à la tension de la génératrice inversées le moteur pilo- te M tournant en sens opposé de façon à abaisser les électrodes mobiles du régulateur à curseursoLes ampères-tours d'amortissement s'opposent à un chan- gement de la tension aux bornes du moteur pilote, comme dans le cas de la figure 1.
La figure 13 montre que les ampères-tours de polarisation amènent l'amplificateur magnétique ML vers son point de débit minimum. Les ampères- tours de commande représentés par la flèche pleine polarisent l'amplificateur vers le cut-off et correspondent à la polarité de la tension de la génératri- ce tachymètre résultant de la rotation du moteur M dans le sens d'abaisse- ment des électrodes mobiles.La flèche en pointillé, dirigée en sens opposé par rapport à la flèche pleine, représente les ampères-tours correspondant à la rotation du moteur M dans le sens du relèvement des électrodes mobiles.
Ici aussi, les ampères-tours d'amortissement s'opposent à une variation de la tension aux bornes du moteur pilote. Sur les deux figures 12 et 13, les ampères-tours modèles rendent les amplificateurs respectifs ME et ML plus conducteurs.
Les figures 9, 10 et 11 représentent les caractéristiques des am- plificateurs magnétiques connectés dans le circuit d'alimentation du moteur M. Ces caractéristiques correspondent à celles des amplificateurs correspon- dants de la figure 1. Chacun de ces amplificateurs est amené vers son point de débit minimum par l'enroulement de polarisation correspondant.Les ampli- ficateurs MA et MB sont toujours rendus plus conducteurs par leurs enroule- ments de commande, quels qu'ils soient.
La commande sélective est obtenue par l'excitation sélective des enroulements de commande des amplificateurs magnétiques MC et MD, comme le montrent les figures 10 et 11, où les ampères- tours de l'enroulement de commande CE, représentés par la flèche E de la figure 10, rendent l'amplificateur MC conducteur, tandis que les ampères- tours de l'enroulement de commande DE,excité en même temps que CE, polari- sent l'amplificateur MD au cut-offo Comme la figure 10 le montre, les ampè- res-tours L de l'enroulement CL polarisent l'amplificateur MC vers son point de débit minimum, tandis que les ampères-tours de l'enroulement DL rendent l'amplificateur MD plus conducteur au moment où l'enroulement CL amène l'am- plificateur MC au cut-off
Pour la simplicité,
on a omis les contacteurs ou interrupteursde commande normalement utilisés dans un dispositif de ce genre pour le démarra- ge, l'arrêt et d'autres commandes auxiliaires.
Au démarrage du dispositif considéré, on met le courant sur les conducteurs d'alimentation L1, L2, L3 du moteur pilote et simultanément sur le moteur à induction IM. Les tensions de commande alternatives et continues sont appliquées au dispositif, respectivement par le transformateur T2 et le redresseur R6, au moment de la mise sous tension des conducteurs L1, L2 et L3Comme cela a déjà été expliqué, le moteur à induction IM démarre avec les électrodes du régulateur à curseurs écartées au maximum. Au moment de la mise sous tension du dispositif, l'amplificateur magnétique ML1 commence à conduire le courant. Ceci est démontré par la figure 15, où on peut voir que l'enroulement de polarisation LB amène l'amplificateur vers la partie conductrice de sa caractéristique.
Les électrodes étant écartées au maximum, le courant de charge et, par conséquent, les ampères-tours de l'enroulement de commande L17 sont faibles. La sortie de l'amplificateur magnétique ML1 est appliquée à l'enroulement modèle LP de l'amplificateur magnétique ML.
Cette sortie est suffisante pour surpasser les ampères-tours de l'enroulement de polarisation LB et, comme la figure 13 le montre, les ampè- res-tours résultants rendent cet amplificateur magnétique conducteur. La
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sortie de ce dernier est appliquée aux enroulements de commande parallèles AL, BL, CL et DL des amplificateurs magnétiques du moteur pilote. Les figures 10 et 11 montrent que l'amplificateur magnétique MC est mis au cut-off par la polarisation de l'enroulement CL et l'amplificateur magnétique MD est ren- du conducteur par les ampères-tours de l'enroulement DEL. De cette manière, le moteur pilote M est amené à abaisser les électrodes mobiles du régulateur à curseurso
Quand les électrodes mobiles descendent, la résistance du régula- teur à curseurs diminue et le moteur à induction commence à se charger.
Dans cette gamme de variation de charge, le dispositif est régulé en fonction du . courant de charge.Quand le courant de charge augmente, on constate, suivant la figure 15, que les ampères-tours de l'enroulement de commande L17 augmen- tent et amènent l'amplificateur magnétique ML1 vers son point de débit mini- mum. Les ampères-tours de l'enroulement de commande E16 augmentent simulta- nément,tendant à surmonter les ampères-tours de l'enroulement de polarisa- tion EB et à rendre l'amplificateur ME1 conducteur.Au moment qui correspond à la valeur choisie de courant de charge du moteur à induction IM autour de laquelle la régulation doit se faire, l'amplificateur ML1 se trouve en sub- stance au eut-off et l'amplificateur ME1 commence à devenir conducteur.
A ce point de transition, l'excitation modèle de l'amplificateur ML tombe prati- quement à zéro et l'excitation modèle de l'amplificateur ME commence à aug- menter. Le dispositif est donc, en fait, commuté par l'action des amplifica- teurs et l'inversion de phase se produit dans l'alimentation du moteur pilo- te Mo Quand le courant de charge dépasse donc la valeur demandée, l'amplifi- cateur magnétique ME est rendu conducteur, et quand le courant de charge tom- be sous la valeur demandée, c'est l'amplificateur magnétique ML qui est ren- du conducteur.
Dans les deux cas d'abaissement et le relèvement des électrodes du régulateur à curseurs, la sortie de la génératrice tachymètre PG agit toujours sur les amplificateurs magnétiques ME et ML de façon à s'opposer aux ampères-tours modèles. Ceci est démontré par les figures 12 et 13. Si on considère, par exemple, l'amplificateur magnétique ML et si on suppose que les électrodes sont abaissées par le moteur pilote, les ampères-tours, dus à la polarité instantanée de la génératrice tachymètre PG pendant que le moteur pilote M abaisse les électrodes, sont représentés par la flèche pleine. Ces ampères-tours s'opposent aux ampères-tours modèles agissant, à ce moment, sur l'amplificateur ML.
Au même moment, les ampères-tours agis- sant sur l'amplificateur magnétique ME et dûs à l'excitation de l'enroule- ment de commande EC par le débit de la génératrice tachymètre, tendent à rendre l'amplificateur magnétique ME plus conducteur. Ceci est représenté par la flèche en pointillé de la figure 12. Les valeurs relatives des ampè- res-tours de commande et de polarisation dans les amplificateurs respectifs ME et ML, sont, de préférence, proportionnées de façon que, dans ces condi- tions de fonctionnement, l'amplificateur ME soit, dans le cas précis consi- déré, maintenu au point de débit minimum et qu'inversement, quand l'amplifi- cateur ME est conducteur et la tension de la génératrice tachymètre est in- versée, les ampères-tours de l'enroulement LC de l'amplificateur ML ne ren- dent pas celui-ci conducteur.
On constate donc que, par comparaison des ampères-tours modèles et des ampères-tours de commande dans les amplificateurs respectifs ME et ML, le moteur pilote M tourne à une vitesse qui correspond à l'importance de l'écart entre les ampères-tours modèles et de commande de l'amplificateur qui est en service à ce moment. La régulation de vitesse du moteur pilote M permet de déplacer rapidement les électrodes quand la différence entre le courant de charge réel et le courant de charge désiré est grande. Le ré- sultat est de proportionner en substance directement la vitesse du moteur à la grandeur de 1-'erreur.
Les amplificateurs magnétiques ME1 et ML1 servent d'étages mélan- geurs de façon que le mélange des signaux et la commutation puissent se fai-
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re en avant du régulateur de vitesse comprenant les étages amplificateurs de tension et de puissance représentés respectivement par les amplificateurs magnétiques ME1' ML1 et les amplificateurs magnétiques MA, MB, MC et MD.Il est ainsi possible de polariser les amplificateurs magnétiques ME et ML au eut-offDe cette manière, quand un des interrupteurs limites ELS ou LLS est actionné et le circuit d'excitation modèle correspondant est coupé, l'effet de la vitesse acquise représenté par l'action différentielle des ampères- tours des enroulements de commande respectifs EC et LC permet d'amener le moteur pilote à l'arrêt par freinage, Avec cet arrangement,
même un faible signal de réaction de vitesse est très efficace. La possibilité de freinage dans un dispositif de ce genre est très intéressante, parce que l'inertie de l'appareillage actionné par le moteur pilote est, en règle générale, très grandeo La production d'un couple de freinage élevé sur le moteur pilote en vue d'un arrêt très précis, surtout aux deux limites de la course et quand les électrodes sont très proches, est un moyen de commande très utile dans la présente application.
La description qui précède montre que l'invention procure un dis- positif de commande de moteur sans équipement rotatif à l'exception évidem- ment du ou des moteurs à commander, qui peut se comparer favorablement aux commandes à tension continue variable, en ce qui concerne la commande de vi- tesse variable, le renversement du sens de marche par réglage progressif et sans utilisation de contacteurs d'inversion, et une bonne régulation de la vitesse avec les variations de chargeo En outre, cette commande se fait sans l'emploi de machines rotatives sauf le ou les moteurs à courant alternatif à commander, qui sont généralement moins coûteux que les machines continues comparables
L'entretien est réduit au minimum avec un moteur à courant alter- natif du type décrit (comme le moteur M), par l'absence de collecteur,
et il est encore réduit parce que les amplificateurs statiques n'ont pas de parties mobiles. En outre les amplificateurs de ce genre sont extrêmement robustes et peuvent avoir une longue durée de vie, s'ils sont bien adaptés aux demandes du dispositif à exploiter. Le régulateur de vitesse de moteur réversible de l'invention présente des avantages par rapport aux commandes en continu du type précité, en ce que la limitation du couple est caracté- ristique d'un moteur à courant alternatif, comme un moteur à cage d'écureuil, de sorte que les dispositifs compliqués de limitation du courant souvent uti- lisés avec les commandes à tension continue variable peuvent être supprimés.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la disposition et aux éléments de l'invention, sans s'écarter de ses prin- cipes. Par exemple, on peut remplacer les amplificateurs magnétiques par des réactances à saturation, ou par d'autres impédances variables utilisées sui- vant la technique courante. Les dispositifs de ce genre peuvent aussi employer des appareils électroniques. Les principes de l'invention peuvent aussi ê- tre appliqués à des systèmes à plus de trois phases.
REVENDICATIONS.
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