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-SYSTEME ELECTRIQUE DE CONTROLE DE LA VITESSE DES GROUPES
MOTO-PROPULSEURS.-
La présente invention se rapporte aux systèmes perfectionnée de réglage et de contrôle de la vitesse d'engins ayant des vitesses élevées de rotation, tels que les turbines à gaz.
Un objet de la présente invention est de présenter un systè me perfectionné de contrôle de la vitesse, pour les turbines à gaz,
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avec des vitesses maxima de variation de vitesse, contrôle automa- tique de la vitesse à la valeur choisie, et maintien automatique d'une vitesse maximum permise entre des limites très étroites.
Un autre objet est de présenter un système automatique main- tenant la vitesse d'un groupe moto-propulseur à une valeur prédéter- minée, dans lequel la vitesse ne peut dépasser la valeur choisie, lors de l'accélération, l'orsqu'un tel dépassement donnerait une vitesse supérieure au maximum de sécurité prédéterminé.
Un système électrique de contrôle de la vitesse peut être utilisé, dans lequel un appareil sélecteur choisit une tension con- tinue correspondant à la vitesse désirée. Le débit redressé d'une génératrice tachymétrique est utilisé pour indiquer la vitesse at- teinte et cette tension débitée est soustraite de la tension du sélecteur pour obtenir un signal d'erreur de vitesse. Ce signal d'erreur continu résultant est amplifié et utilisé pour le réglage . de la valve d'admission du combustible, dans une direction dépen- dant de la polarité du signal d'erreur, de manière à obtenir un réglage de la vitesse. Un circuit sensible à la fréquence est prévu en relation avec la génératrice tachymétrique, ce circuit étant sensible à la fréquence que cette dernière atteint à la vitesse ma- ximum du groupe.
Un redresseur, normalement polarisé au cut-off, est connecté entre le circuit sensible à la fréquence et le circuit donnant le signal d'erreur, de telle manière qu'il devient conduc- teur lorsque l'amplitude de la tension débitée par le circuit sen- sible à la fréquence correspond à la vitesse maximum permise du groupe, pour éviter une augmentation ultérieure de la vitesse quel que soit le réglage de celle-ci.
Un groupe moto-propulseur pour avion, à turbine à gaz, est représenté schématiquement en 10 et est constitué d'un rotor 11 comprenant un compresseur 12 et une roue 13 de turbine. Entre le compresseur 12 et la turbine 13 sont disposées là ou les chambres de combustion 14 dans lesquelles le combustible liquide peut être introduit comme indiqué en 15 par un conduit 16. Le débit du com-
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bustible peut être contrôlé par une vavle convenable représentée schématiquement en 17 qui laisse passer différentes quantités de combustible suivant la position d'un élément tel qu'une came 18.
Le combustible peut être pompé d'un réservoir par une pompe conve- nable (aucun de ces éléments n'est représenté) et fourni à la val- ve par l'intermédiaire du conduit 19.
Une génératrice tachymétrique 20 fournissant une tension alternative peut être connectée au rotor 11, soit directement comme représenté en 21, soit par l'intermédiaires d'engrenages convena- bles.
Un sélecteur 22 est prévu pour l'opérateur du groupe moto- propulseur, qui est connecté par un arbre représenté schématiquement en 23 au bras mobile 24 à contact et d'un potentiomètre 25 de régla- ge de la vitesse. L'extrémité inférieure de ce potentiomètre est mise à la terre en 26 et une tension continue est appliquée aux bor- nes du potentiomètre par une source convenable de tension, une bat- terie 27 par exemple. Cette dernière est connectée de telle manière que l'extrémité supérieure du potentiomètre 25 aun potentiel positif par rapport à la terre.
Le sélecteur 22 et le potentiomètre 25 peu- vent donc être réglés de telle sorte que lors d'un déplacement du levier du sélecteur demandant une puissance débitée supérieure, le bras 24 se déplace sur le potentiomètre 25 pour qu'il soit à un potentiel continu positif supérieur. , par rapport à la terre, de manière à régler la vitesse du groupe à une valeur supérieure.
La tension débitée par la génératrice tachymétrique 20 est appliquée par l'intermédiaire des liaisons 28 et 29 à un transfor- mateur 30 et la tension débitée par ce dernier est redressée par un circuit redresseur de l'onde entière, comprenant les diodes 32 et 33, pour produire une tension continue aux bornes d'une résistance 34 de sortie, qui est proportionnelle à la tension du tachymètre et en conséquence à la vitesse du groupe moto-propulseur. Le circuit redresseur constitué par les diodes 32 et 33 peut comprendre des éléments de filtrage convenables pour obtenir un courant continu
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débitée, sans grandes irrégularités. L'extrémité gauche de la ré- sistance de sortie 34 est reliée par l'intermédiaire d'un conducteur 35 au bras à contact 24 du potentiomètre sélecteur 25.
Les tensions du potentiomètre 25 de réglage de la vitesse et du circuit redres- seur d'indication de la vitesse sont donc en opposition, de manière à s'équilibrer lorsque la vitesse réglée par la pisition du bras du potentiomètre 25 est atteinte par le groupe. Dans ces conditions d'équilibre, la tension par rapport à la terre de la liaison 36 est nulle. Lors du réglage du potentiomètre à une autre vitesse ou lors d'une variation des conditions de fonctionnement du groupe moto-propulseur provoquant la variation de sa vitesse par rapport à cellehoisie, une tension continue positvice ou négative, ou signal d'erreur, apparait en 36, correspondant à l'amplitude et à la direction de l'erreur de vitesse réelle.
Cette erreur de vitesse est évidemment la différence entre la vitesse réglée au potentio- mètre sélecteur 25 et la vitesse réelle atteinte, indiquée par le débit redressé de la génératrice tachymétrique 20. Tel que représen- té, une tension positive par rapport à la terre, au point 36, cons- titue un signal de vitesse faible pour augmenter l'admission de com- bustible et une tension négative par rapport à la terre constitue un signal de vitesse élevée pour provoquer une diminution de l'ad- mission de combustible.
La tension continue apparaissant au point 36/est normalement transmise au circuit 42 inverseur de tension par l'intermédiaire d'une résistance 37, une liaison 38, une résistance 39, une liaison 40 et une résistance 41. L'inverseur 42 est un inverseur de préci- sion qui transforme la tension continue fournie par la liaison 36 en une tension alternative dont l'amplitude est proportionnelle au signal d'erreur continu, mais dont la phase dépend de la polari- té de ce signal d'erreur. La tension fournie par l'inverseur sera en effet déphasée de 180 degrés pour une tension d'entrée positive, par rapport à la tension fournie par l'inverseur pour une tension d'entrée négative.
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Cet inverseur 42 consiste en un transformateur 43 et deux diodes 44 et 45, connectées chacune par l'intermédiaire des résis- tances 46 et 47 de limitation du courant aux extrémités de l'enrou- lement secondaire du transformateur 43. La prise centrale de l'en- roulement secondaire du transformateur 43 est mise à la terre. Le fonctionnement de cet inverseur est contrôlé par la fréquence d'une source convenable de courant alternatif reliée par les liaisons 48 et 49 à l'enroulement primaire du transformateur 43 . La cathode de la diode 44 et l'anode de la diode 45 sont reliées à une connexion 50 où apparait la tension du signal d'erreur.
Le fonctionnement de cet inverseur est le suivant :
Etant données les connexions des diodes 44 et 45, durant un demi-cycle de la tension alternative induite dans l'enroulement secondaire du transformateur 43, les deux diodes vont conduire dans une boucle comprenant le secondaire du transformateur, la résistanc.
47, la diode 45, la diode 44 et la résistance 46. Durant l'autre demi-cycle de la tension alternative, aucune des diodes 44 et 45 ne conduira. Durant le demi-cycle conducteur, une connexion de ten- sion existe effectivement entre le point 50 et la prise centrale mise à la terre du secondaire du transformateur. La tension continue du signal d'erreur apparaissant au point 50 sera donc effectivement mise à la terre durant le demi-cycle conducteur des diodes 44 et 45- Cependant, durant le demi-cycle non conducteur, un tel court-circui à la terre n'existe pas, et la tension continue d'erreur apparait encore au point 50.
Cette tension continue intermittente devient donc effectivement alternative et peut être transmise par l'inter- médiaire d'un condensateur 51 à un amplificateur 52 à courant alter natif. Le signal d'erreur transformé est donc amplifié et fourni à un enroulement 53 d'un moteur de position biphasé 54 de manière à faire tourner ce dernier dans une direction convenable pour dé- placer dans une direction convenable la came 18 de réglage de la valve d'admission du combustible, par l'intermédiaire d'un arbre moteur 55, pour obtenir la correction désirée du débit du combusti-
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ble. Le moteur 54 accomplit la fonction d'un discriminateur de phase pour engendrer la rotation dans une direction convenable, suivant la phase de la tension alternative appliquée à l'enroulement 53.
Dans ce but, un second enroulement 56 est nécessaire, qui est éga- lement alimenté par la même source de tension alternative que celle alimentant l'inverseur 42, par l'intermédiaire des connexions d'a- limentation 48 et 49. Il est évident qu'un déphasage de 90 degrés est nécessaire entre les tensions fournies aux enroulements 56 et 53 du moteur. Pour ce faire, un circuit de déphasage convenable (non,représenté) est connecté à l'un ou l'autre de ces enroulements Un tel circuit peut aussi être inclus dans l'amplificateur 52.
L'amplificateur 52 possède de préférence une caractéristique à gain élevé et une certaine stabilisation est désirable, en plus des circuits de stabilisation décrits ci-après, à connecter entre le moteur 54 et l'amplificateur 52. Cette stabilisation peut êre réalisée par des moyens habituels, une génératrice tachymétrique (non représentée),par exemple, montée pour tourner avec l'arbre ,moteur 55 et connectée pour fournir un signal de stabilisation à l'amplificateur 52. Ce signal de stabilisation est de préférence d'une amplitude telle que la vitesse du moteur de position 54 est approximativement proportionnelle au signal continu d'erreur qui apparait à la liaison 40.
Un filtre 60 sensible à la fréquence peut être prévu entre les lignes de sortie 28 et 29 de la génératrice tachymétrique 20.
Comme représenté, ce circuit 60 est essentiellement un filtre passe haut utilisant un condensateur 61 connecté en série et une inductan ce 62 connectée en parallèle. Un condensateur supplémentaire 63 est prévu en série avec l'inductance 62 pour donner un effet plus pro- noncé à la fréquence de réponse désirée. La tension fournie par ce circuit 60 est appliquée aux lignes 64 et 65 de sortie et la li- gne de sortie 65 est mise à la terre. La tension de sortie du cir- cuit filtre 60 est donc appliquée par l'intermédiaire de la ligne 64 à la cathode d'une diode 66 dont la plaque est connectée en 38
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dans le circuit.de tension d'erreur. La diode 66 est normalement polarisée au cut-off, de telle sorte qu'elle ne conduit pas par l'application à la ligne 64 d'une tension continue positive de po- larisation.
Une telle tension peut être dérivée d'une source, une batterie 67, par exemple, qui est connectée, à la ligne 64 par l'in- termédiaire d'un potentiomètre de réglage 68 et d'une résistance 69 connectée en série.
En fonctionnement, si la vitesse maximum est requise pour le groupe, le sélecteur 22 est placé dans la position de vitesse maximum, plaçant ainsi le potentiomètre 25 également dans cette position, pour demander une vitesse qui est en fait légèrement su- périeure à la vitesse maximum permise, qui est à maintenir. Lors- qu'on approche de la vitesse maximum, la fréquence de la génératrice tachymétrique approche de la fréquence à laquelle le circuit filtre 60 répond, de telle sorte que l'amplitude de la tension alternative qui apparait dans la ligne 64 et à la cathode de la diode 66, croit très rapidement. L'amplitude des ondes négatives de tension alter- natives commence alors à dépasser la tension continue de polarisa- tion venant de la source 67.
A ce moment, la diode 66 devient con- ductrice, une diminution de la tension continue d'erreur au point 38 se produit, et, finalement l'amplitude de ces ondes négatives deviennent suffisantes pour aire passer dans la diode 66 un courant suffisant pour réduire effectivement le niveau de tension continue au point 38, au potentiel de la terre, (ou, transitoirement, à un niveau inférieursà celui le la terre), de telle manière qu'aucun signal d'erreur de faible vitesse ou d'accroissement de la vitesse ne peut être transmis par l'intermédiaire de la r ésistance 39.
On comprend aisément que ce circuit à vitesse maximum, sen- sible à la fréquence, peut avoir une étendue appréciable de fonc- tionnement correspondant à l'étendue des courants traversant la diode 66. Lorsque la liaison 38 est au potentiel de la terre, le circuit sensible à la tension duquel une tension d'erreur continue positive est dérivée par l'intermédiaire de la liaison 36, et le
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circuit sensible à la fréquence, connecté par l'intermédiaire de la diode 66, sont en opposition et dans la condition d'équilibre.
Lors d'une déviation de la vitesse de l'engin du point correspon- dant à cette condition d'équilibre, la tension continue au point 38 varie dans une direction positive ou négative pour rétablir l'équilibre à la vitesse/maximum à maintenir. Ce mode de fonction- nement existe seulement dans une plage étroite de déviation de la vitesse de l'engin.
On voit alors que le circuit filtre 60 fournit un signal qui, par l'intermédiaire de la diode 66, dépasse le signal d'erreur pour la vitesse choisie, et constitue un circuit de contrôle de la vitesse maximum, sensible à la fréquence. Ensuite, aussi longtemps que le sélecteur demande une vitesse supérieure à la vitesse maxi- mum permise, le circuit de contrôle sensible à la fréquence conti- nue à fonctionner pour limiter la vitesse au maximum désiré . Une caractéristique très importante de ce circuit de contrôle de la vitesse maximum est qu'il réalise seulement un contrôle de limita- tion.
C'est-à-dire qu'il détruit les signaux d'erreur positifs qui, autrement, continueraient à augmenter la vitesse lorsque la vitesse maximum a été atteinte, mais il n'y a aucune limitation des signaux d'erreur négatifs qui réduiraient l'admission de combus- tible pour diminuer la vitesse. On voit que la sensibilité ou l'am- plification du circuit de contrôle limitant la vitesse, sensible à la fréquence, comprenant la diode 66, peut être très élevée, et l'action de contrôle qui est obtenue peut être très "rigide", en empêchant tout dépassement appréciable de la vitesse maximum du groupe. Ceci est réalisé sans sacrifice de stabilité du système aux vitesses plus faibles ou ce circuit de contrôle est inopérant.
La stabilisation des phénomènes transitoires est également prévue dans ce système, au moyen des potentiomètres 70 et 71 qui sont connectés à l'arbre moteur 55 pour se mouvoir lors de tout déplacement du moteur 54 de réglage du débit de combustible. Chacun de ces potentiomètres est alimenté par une source de tension conti- nue, les batteries 72 et 73 par exemple. Les signaux de stabilisation @
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sont transmis par chacun de ces potentiomètres par l'intermédiaire des combinaisons respectives résistance- capacité 74,75 et 76, 77.
La résistance 75 est connectée en 40 au circuit du signal d'erreur et la résistance 77 est connectée en 64 au circuit de limitation de la vitesse maximum. Comme le gain de ce dernier circuit est éle- vé, un signal de stabilisation élevé est nécessaire pour lui, et les éléments comprenant la source de tension 73, le condensateur 76 et la résistance 77 sont choisis de manière à réaliser une telle stabilisation de grande amplitude. Le fonctionnement de ce circuit de stabilisation est le suivant. Si une variation du réglage du potentiomètre 71 a lieu, changeant la tension aux bornes du conden- sateur 76, une telle variation de tension est immédiatement trans- mise à la liaison 64, et avec une polarité choisie pour s'opposer partiellement au fonctionnement du circuit auquel il est connecté.
Cependant, la charge du condensateur 76 change bientôt de telle sorte que toute différence entre la tension au contact du potentio- mètre 71 et la tension normale au point 64, est complètement absor- bée par la tension aux bornes du condensateur 76. Le signal de sta- bilisation n'existe alors plus jusqu'à ce qu'un autre mouvement du potentiomètre 71 requiert une autre variation de la charge du con- densateur 76.
Le circuit de stabilisation comprenant le condensateur 74 et la résistance 75 est effectif dans toutes les conditions inféri- eures à la vitesse maximum permise du groupe, lorsque le circuit sensible à la fréquence est inopérant. Dans cette plage de fonction- nement du système, le circuit de stabilisation comprenant le conden- sateur 76 et la résistance 77 est complètement inopérant, car le circuit sensible à la fréquence auquel il est connecté, est lui- même inopérant. Le signal de stabilisation fourni par le circuit comprenant le condensateur 74 et la résistance 75 n'est pas aussi grand que celui fourni au circuit sensible à la fréquence, pour qu'une réponse rapide puisse être obtenue du circuit du signal d'erreur dans la large bande de vitesses dans laquelle doit fonc- tionner le système.
Lorsqu'on atteint la vitesse maximum permise,
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cependant, le signal de stabilisation plus élevé fourni par le circuit de stabilisation comprenant la résistance 77 et le conden- sateur 76, réalise la stabilisation principale du système lors du fonctionnement de la partie du système sensible à la fréquence, auquel il est connecté. Il est évident qu'un seul potentiomètre peut être utilisé à la place des potentiomètres 70 et 71, si on le désire, pour alimenter les deux circuits de stabilisation.
Un condensateur 78 est prévu de préférence, entre la liaison 38 et la terre, pour réaliser un effet de filtrage de la dépression intermittente de la tension d'erreur continue au point 38, par la conductibilité de la diode 66, lorsque le circuit sensible à la fréquence déviait opérant à la vitesse maximum permise.