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SYSTEMFSD'INDICATION DE VITESSE ET DE COMMANDE AUTOMATIQUE,
Dans certaines,applications de moteurs électriques, il est nécessaire de commander une action de réglage, d'arrêt ou de signalisation, en fonction de la vitesse du mobile entraîné., de son parcours, de la nature ou de l'importance de la charge, etc.. Les problèmes de ce genre se posent notamment dans le cas de divers appareils de levage, tels que les ascenseurs, ou treuils de mines, ou bien dans le cas de laminoirs réversibles et d'autres applications.
Si l'on fait appel à des indicateurs de vitesse habituels, tels que les dynamos tachymétriques, il faut utiliser des relais intermédiaires dont l'action discontinue ne permet pas d'utiliser toutes les valeurs intermédiaires de la vitesse pour commander, par exemple, l'arrêt précis du mobile entraîné. D'autre part, les systèmes connus ne permettent pas de réaliser facilement l'action automatique voulue à un moment précis qui doit dépendre à la fois de la vitesse et de la charge entraînée.
La présente invention, due à Mr. Fernand Charles WATTHE, a pour objet d'éliminer ces inconvénients. Elle vise notamment à réaliser des systèmes simples et robustes de commande automatique qui indiquent à tout moment d'une façon continue la valeur instantanée de la vitesse du mobile entraîné et qui sont prévus pour déclencher automatiquement une action de réglage, d'arrêt, d'inversion ou de signalisation, le moment précis de cette action dépendant des conditions de fonctionnement et plus particulièrement de la vitesse instantanée de la course effectuée et de l'importance ou de la nature de la charge.
L'un des objets de l'invention est de réaliser les arrêts automatiques précis des cages d'extraction de mines, quels que soient l'importance
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dé la charge transportée et le sens de son déplacemento Il est entendu toutefois que cette application particulière n'est indiquée qu'à titre d'exemple non limitatif.
Conformément à l'invention,la vitesse d'un moteur électrique principal est indiquée par la position d'un contact glissant sur un potentiomètre qui alimente un moteur auxiliaire, ce contact glissant étant, d'une part, déplacé dans les deux sens au moyen d'un mécanisme différentiel qui compare les vitesses des deux moteurs ci-dessus, et d'autre part, ce contact glissant étant associé à un contact mobile qui coopère avec des contacts fixes pour commander diverses actions de réglage,d'arrêt ou de signalisation en fonction de la vitesse du moteur principal.
On comprendra mieux les caractéristiques et les avantages de l'invention en se reportant à un exemple de réalisation qui est décrit dans la suite et représenté sur le dessin annexé ; sur ce dessin, la fig. 1 est un schéma simplifié d'un système de commande et la fig. 2 est un diagramme de vitesse.
Sur la fig. 1, on voit un moteur principal 1 qui entraîne une charge 2, par exemple un treuil de mine ou un laminoiro On supposera que l'induit de ce moteur est alimenté par un groupe à tension réglable non représenté qui fournit le courant aux conducteurs d'induit 3, que l'excitation du moteur 1 est réglée par un dispositif approprié 4 et que le moteur comporte un frein approprié 5, prévu pour réaliser les arrêts.
Le moteur 1 entraîne dans le sens de la flèche m par l'intermédiaire d'un embrayage 6, un pignon 7 faisant partie d'un mécanisme différentiel qui sera décrit dans la suite ; cet embrayage 6 peut être du type élec- tromagnêtique, excité par une bobine 8 ; comporte également un frein mé- canique 9. Quand on actionne la manette de ce frein, on coupe un contact 10 en désexcitant la bobine 8 et en débrayant 6, après quoi le frein 9 immobilise le pignon 7.
Le mécanisme différentiel comporte un pignon 11 qui est entrainé par un petit moteur auxiliaire 12 dans le sens de la flèche n, opposé au sens m de rotation du moteur principal 1. La liaison entre les éléments 11 et 12 peut être directe ; on supposera toutefois qu'elle est constituée par un embrayage électromagnétique 13, commandé par une bobine d'excitation 14 et pourvu d'un frein mécanique 15,l'agencement de ces éléments 13,14, 15 étant identique ou analogue à celui des éléments 6, 8., 9 et 10 disposés de l'autre côté du différentiel.
Le moteur auxiliaire 12 est alimenté par un potentiomètre 16 qui est relié à des bornes 17 et 18. à courant continu; ce moteur reçoit sa tension entre une extrémité du potentiomètre et un contact glissant ou curseur 19 qui peut occuper diverses positions désignées par a, b, c, d, e, ainsi que toutes les positions intermédiaires. Il en résulte que la vitesse V du moteur 12 en fonction des positions du contact 19 est représentée par la droite AE de la fig. 2.
Les roues satellites 20 et 21 du mécanisme différentiel sont portées par une couronne 22 qui engrène avec une roue dentée 23 ; cette dernière est pourvue d'un bras rotatif 24 qui porte un contact mobile 25 coopérant avec deux paires de contacts de fin de course 26 et 27 ; à l'extrémité du bras 24, est attaché le contact glissant 19 du potentiomètre mentionné plus haut.
Pour exposer le fonctionnement du système décrit, on supposera que le moteur 1 tourne à sa vitesse normale, que le contact 19 se trouve dans sa position médiane "c" et que la vitesse correspondante du petit moteur auxiliaire, représentée par l'ordonnée cC de la fig. 2, est égale et opposée à la vitesse du moteur 1. Les pignons 7 et 11 étant identiques, la couronne 22, le bras 24 et le contact glissant 19 restent immobiles. Si la
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vitesse du moteur principal 1 diminue, le curseur 19 se déplace vers la position "a" et la vitesse du moteur auxiliaire 12 diminue dans la même proportion. Si la vitesse de 1 augmente, le curseur se déplace vers la po- sition "e", jusqu'au moment où la vitesse V du petit moteur devient égale et opposée à celle du grand.
Il en résulte qu' dans les limites des vites- ses àA-eE, la position du curseur 19 indique à tout moment la vitesse du moteur principal 1.
En un point déterminé de la course du mobile qui est entraîné par le moteur 1 (ce mobile pouvant être par exemple la cage d'un puits de mine), on actionne le frein 9 qui débraye l'embrayage 6 et immobilise le pignon 7. Il en résulte que le curseur 19, entraîné par le petit moteur
12, se déplace vers la position "a) dans laquelle le contact mobile 25 fer- me un circuit auxiliaire relié aux contacts fixes 26. Pendant ce déplace- ment du curseur 19, jusqu'à la fin de sa course en "a", le moteur auxiliai- re 12 tourne à une vitesse décroissante et effectue un certain nombre de tours ; on peut démontrer que ce nombre de tours est proportionnel à la course du contact glissant 19, et d'autant plus grand que la vitesse ini- tiale du moteur 1 est élevée au moment où l'on applique le frein 9.
Le déplacement du bras 24 et la fermeture des contacts 26 peuvent commander une série de diverses actions, en provoquant par exemple, la désèxcitation du circuit 3 et l'application du frein 5 du moteur principal 1 ;'on conçoit que cette manoeuvre d'arrêt se produit au bout d'un temps qui est d'autant plus long que la vitesse initiale du moteur 1 est grande. Cela permet de réaliser un arrêt automatique de la machine entrainée 2 dans les conditions optima, quelle que soit la vitesse ou la charge du moteur 1.
Le déplacement du bras 24 et la fermeture des contacts fixes 26 peuvent agir non seulement directement sur les divers circuits du moteur principal, mais aussi sur le groupe convertisseur qui alimente ce moteur, ou bien encore sur divers dispositifs de protection ou de signalisation,en vue de réaliser, par exemple, en toute sécurité et pour toutes conditions d'exploitation, des ralentissements ou des arrêts automatiques précis du mobile entraîné. On peut également commander l'inversion du sens de marche du moteur principal ; si ce moteur est réversible, le petit moteur auxiliaire 12 doit l'être également, et, à cet effet, on peut prévoir, par exemple, un inverseur approprié désigné par 28.
Si on utilise l'embrayage magnétique 13-14 et le frein 15, on effectue une autre série d'actions différentes. En un point déterminé de la course de la machine entraînée 2, on débraye 13 et on immobilise par 15 le pignon 11. Il en résulte que le curseur 19, entraîné cette fois-ci par le moteur principal 1, se déplace vers sa position "e" dans laquelle le contact mobile 25 finit par fermer les contacts fixes 27. Dans ce cas, le parcours effectué par le mobile de la machine 2 (la cage, par exemple) depuis l'instant où l'on immobilise le pignon 11 jusqu'au moment de fermeture des contacts 27, est d'autant plus petit que la vitesse initiale du moteur 1 est grande ; d'autre part, le temps qui s'écoule jusqu'à la fermeture du contact 27 dépend, dans ce cas, de la loi de variation de la vitesse du moteur principal 1.
Cela permet de commander par les contacts 27 d'autres manoeuvres, telles que, par exemple, diverses opérations de sécurité. On peut également commander de cette façon le début de la période de ralentissement du moteur principal 1, ralentissement que l'on fait intervenir d'autant plus rapidement que la vitesse initiale est plus grande, en vue de réaliser, par exemple, un parcours toujours constant du mobile entraîné.
On voit ainsi que l'invention, qui peut être modifiée et adaptée de diverses façons aux conditions du travail, à la nature de la charge et aux caractéristiques des cycles opératoires présente un grand nombre de
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différentes possibilités, tout en répondante d'une manière continue aux variations les plus progressives de la vitesse.
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SPEED INDICATOR AND AUTOMATIC CONTROL SYSTEM,
In certain applications of electric motors, it is necessary to control an adjustment, stopping or signaling action, depending on the speed of the driven moving body, its path, the nature or size of the load. , etc. Problems of this kind arise in particular in the case of various lifting devices, such as elevators, or mine hoists, or in the case of reversible rolling mills and other applications.
If usual speed indicators, such as tachometers, are used, intermediate relays must be used, the discontinuous action of which does not allow all the intermediate values of the speed to be used to control, for example, l precise stop of the driven mobile. On the other hand, the known systems do not make it possible to easily perform the desired automatic action at a precise moment which must depend both on the speed and on the load driven.
The present invention, due to Mr. Fernand Charles WATTHE, aims to eliminate these drawbacks. It aims in particular to produce simple and robust automatic control systems which continuously indicate at any time the instantaneous value of the speed of the driven moving body and which are designed to automatically trigger an action of adjustment, stop, control. reversal or signaling, the precise moment of this action depending on the operating conditions and more particularly on the instantaneous speed of the stroke performed and the size or nature of the load.
One of the objects of the invention is to achieve precise automatic stops of mine extraction cages, regardless of the size
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of the load transported and the direction of its displacement It is understood, however, that this particular application is only indicated by way of non-limiting example.
According to the invention, the speed of a main electric motor is indicated by the position of a sliding contact on a potentiometer which supplies an auxiliary motor, this sliding contact being, on the one hand, moved in both directions by means of a differential mechanism which compares the speeds of the two motors above, and on the other hand, this sliding contact being associated with a movable contact which cooperates with fixed contacts to control various adjustment, stopping or signaling actions depending on the speed of the main motor.
The characteristics and advantages of the invention will be better understood by referring to an exemplary embodiment which is described below and shown in the accompanying drawing; in this drawing, FIG. 1 is a simplified diagram of a control system and FIG. 2 is a speed diagram.
In fig. 1, we see a main motor 1 which drives a load 2, for example a mine winch or a rolling mill o It will be assumed that the armature of this motor is supplied by an adjustable voltage group not shown which supplies the current to the conductors of induces 3, that the excitation of the motor 1 is regulated by an appropriate device 4 and that the motor comprises an appropriate brake 5, provided for making the stops.
The motor 1 drives in the direction of arrow m by means of a clutch 6, a pinion 7 forming part of a differential mechanism which will be described below; this clutch 6 may be of the electromagnetic type, energized by a coil 8; also comprises a mechanical brake 9. When the lever of this brake is actuated, a contact 10 is cut by de-energizing the coil 8 and disengaging 6, after which the brake 9 immobilizes the pinion 7.
The differential mechanism comprises a pinion 11 which is driven by a small auxiliary motor 12 in the direction of arrow n, opposite to the direction m of rotation of the main motor 1. The connection between the elements 11 and 12 can be direct; it will however be assumed that it is constituted by an electromagnetic clutch 13, controlled by an excitation coil 14 and provided with a mechanical brake 15, the arrangement of these elements 13,14, 15 being identical or similar to that of the elements 6, 8., 9 and 10 arranged on the other side of the differential.
The auxiliary motor 12 is supplied by a potentiometer 16 which is connected to terminals 17 and 18. direct current; this motor receives its voltage between one end of the potentiometer and a sliding contact or slider 19 which can occupy various positions designated by a, b, c, d, e, as well as all the intermediate positions. It follows that the speed V of the motor 12 as a function of the positions of the contact 19 is represented by the line AE in FIG. 2.
The planet wheels 20 and 21 of the differential mechanism are carried by a crown 22 which meshes with a toothed wheel 23; the latter is provided with a rotary arm 24 which carries a movable contact 25 cooperating with two pairs of end-of-travel contacts 26 and 27; at the end of the arm 24, is attached the sliding contact 19 of the potentiometer mentioned above.
To show the operation of the system described, it will be assumed that the motor 1 rotates at its normal speed, that the contact 19 is in its middle position "c" and that the corresponding speed of the small auxiliary motor, represented by the ordinate cC of fig. 2, is equal and opposite to the speed of the motor 1. The pinions 7 and 11 being identical, the crown 22, the arm 24 and the sliding contact 19 remain stationary. If the
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speed of the main motor 1 decreases, the cursor 19 moves to position "a" and the speed of the auxiliary motor 12 decreases in the same proportion. If the speed of 1 increases, the cursor moves to the "e" position, until the speed V of the small motor becomes equal and opposite to that of the large one.
As a result, within the speed limits at A-eE, the position of cursor 19 at all times indicates the speed of the main motor 1.
At a determined point of the travel of the mobile which is driven by the motor 1 (this mobile being for example the cage of a mine shaft), the brake 9 is actuated which disengages the clutch 6 and immobilizes the pinion 7. As a result, the slider 19, driven by the small motor
12, moves towards the position "a) in which the movable contact 25 closes an auxiliary circuit connected to the fixed contacts 26. During this movement of the cursor 19, until the end of its stroke at" a ", the auxiliary motor 12 rotates at a decreasing speed and performs a certain number of revolutions; it can be shown that this number of revolutions is proportional to the travel of the sliding contact 19, and all the greater as the initial speed of the motor 1 is high when the brake 9 is applied.
The movement of the arm 24 and the closing of the contacts 26 can command a series of various actions, for example by causing the de-energization of the circuit 3 and the application of the brake 5 of the main motor 1; it is understood that this stopping maneuver occurs after a time which is all the longer as the initial speed of the motor 1 is high. This makes it possible to achieve an automatic stop of the driven machine 2 under optimum conditions, whatever the speed or the load of the motor 1.
The movement of the arm 24 and the closing of the fixed contacts 26 can act not only directly on the various circuits of the main motor, but also on the converter group which supplies this motor, or even on various protection or signaling devices, in view of to achieve, for example, in complete safety and for all operating conditions, slowdowns or precise automatic stops of the driven moving part. It is also possible to order the reversal of the running direction of the main motor; if this motor is reversible, the small auxiliary motor 12 must also be reversible, and, for this purpose, it is possible, for example, to provide a suitable inverter designated by 28.
If the magnetic clutch 13-14 and the brake 15 are used, another series of different actions is performed. At a given point in the stroke of the driven machine 2, the clutch 13 is disengaged and immobilized by the pinion 11. As a result, the slider 19, this time driven by the main motor 1, moves towards its position " e "in which the movable contact 25 ends up closing the fixed contacts 27. In this case, the path taken by the moving part of the machine 2 (the cage, for example) from the moment when the pinion 11 is immobilized until 'when the contacts 27 close, the smaller the initial speed of the motor 1 is; on the other hand, the time which elapses until the closing of the contact 27 depends, in this case, on the law of variation of the speed of the main motor 1.
This makes it possible to control by the contacts 27 other maneuvers, such as, for example, various safety operations. It is also possible in this way to control the start of the slowing down period of the main motor 1, slowing down which is made to intervene all the more quickly as the initial speed is greater, with a view to achieving, for example, an always constant of the driven mobile.
It can thus be seen that the invention, which can be modified and adapted in various ways to working conditions, to the nature of the load and to the characteristics of the operating cycles, has a large number of
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different possibilities, while responding continuously to the most progressive variations in speed.