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Un dispositif fournissant une tension variable est en général nécessaire pour le réglage et la commande. Il est sou- haitable, particulièrement dans des buts où une grande sécurité de fonctionnement importe, de disposer d'un tel système, dans lequel - abstraction faite éventuellement de contacts.de relais- des pièces mobiles mécaniquement soient évitées et qui de plus soit d'un emploi simple.
Un dispositif remplissant ces conditions fait l'objet de l'invention. Il consiste essentiellement en un amplificateur magnétique à réaction, le circuit de réaction étant proportion- né de telle manière que dans le domaine linéaire de la caracté-
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ristique de l'amplificateur magnétique l'effet de la réaction maintient la tension de sortie existante et lorsde l'inser- tion d'une tension auxiliaire dans le circuit de réaction, la tension de sortie se déplace vers le haut ou vers le bas, sui- vant la polarité de la tension auxiliaire, avec une vitesse qui dépend de la tension auxiliaire. On a réussi de cette façon à utiliser dans le but mentionné ci-dessus l'amplificateur mag- nétique, quant à lui bien connu et à usages multiples.
Le nou- veau dispositif peut entre autres être avantageusement utilise pour des entraînements par moteur électrique, on particulier entraînements à courant continu, dont la vitesse de rotation doit être commandée suivant un programme imposé. En général on exige dans ces cas que les modifications de vitesse (valeurs de l'accélération) soient constantes. Comme exemple connu, en- trant surtout également ici en ligne de compte, on peut citer la commande de machines-d'extraction à courant dontinu.
Pour une explication plus détaillée; on se référera au dessin ; celui-ci montre figure 1 la caractéristique de l'amplificateur magnétique utilisé, à magnétisation préalable constante en conséquence, figure 2 un exemple d'exécution du nouveau dispositif, figure 3 un exemple d'application du nouveau dispositif.
La caractéristique k d'un amplificateur magnétique auto- saturé, illustrée par la figure 1, est disposée par rapport aux axes coordonnés, au moyen d'un courant iv de. magnétisation préalable proportionné en conséquence, de telle manière que la droite g définie par la partie linéaire k1 de la caractéristique passe par l'origine du système d'axes coordonnés. Sur la figure 1, on a porté comme d'habitude la tension de sortie Ua en ordonnée et en abscisse le courant de commande is de l'amplificateur magnétique.
Sur la figure 2, l'amplificateur magnétique est désigné
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par MV. Il peut en principe présenter les caractéristiques constructives usuelles et ne nécessite pas une description détaillée, étant suffisamment connu. Le courant continu iv de ' magnétisation préalable est amené par les bornes 1, et ce avec une intensité correspondant à la figure 1. Comme d'ordinaire, l'amplificateur magnétique est raccordé par les bornes 2 à une source de tension alternative de tension et fréquence constan- tes. De cette source de courant alternatif, on prélève l'éner- gie nécessaire pour l'amplification.
La tension de sortie four- nie par l'amplificateur magnétique est reprise aux bornes 3 et amenée d'une part à la résistance de charge Rl, d'autre part aussi au circuit de réaction représenté. Ce circuit de réaction ,est monté par les bornes 4 à l'excitation à courant continu de 'l'amplificateur magnétique. On prévoit de préférence deux en- roulements d'excitation à courant continu, dont l'un est raccor- dé par les bornes 4 au circuit de réaction et l'autre reçoit par les bornes 1 le courant i de magnétisation préalable.
Le circuit de réaction.comporte une combinaison R-C, constituée par les deux résistances R2 et R3 montées en série et par le condensateur C1 qui est raccordé d'une part entre les deux résistances R2 et R3 et d'autre part au deuxième pôle de la tension de sortie, comme le montre la figure 2.
Dans le circuit de réaction se trouve en outre le commuta- teur S à trois positions. Dans la position moyenne, les bornes de raccordement 5 sont court-circuitées. Dans les deux posi- tions externes du commutateur S, la source à courant continu V est mise en circuit, autrement dit elle est ',insérée,,, 'avec l'une ou l'autre polarité.
Les résistances R2 et R3 dans le circuit de réaction sont dimensionnées en grandeur, c'est-à-dire dans ce cas en la somme de leurs valeurs de résistance, de telle manière que dans l'état stationnaire de la tension de sortie Ua de l'amplifica-
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teur magnétique appliquée aux bornes 3 un courant de réaction ir est amené par les bornes 4 tel qu'il est nécessaire, d'après la figure 1, comme courant de commande i s pour la tension de sortie correspondante Ua. De ce fait, toute tension de sortie quelconque se trouvant sur la partie linéaire k1 de la caracté- ristique suivant figure 1 est maintenue au moyen du courant de réaction ir (rapporté à la figure 1, le courant ir est le courant is) provoqué par cette tension de sortie même.
La ten- sion de sortie Ua est modifiée dans le nouveau dispositif par le fait qu'une tension continue auxiliaire V est insérée par l'intermédiaire du commutateur S. Cette tension continue auxi- liaire V élève ou abaisse (suivant sa polarité) le courant de réaction ir, suite à quoi la tension de sortie Ua s'élève ou s'abaisse en conséquence. Cette modification de la tension de
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au sortie se fait à vitesse constante (dta = constante) pour une tension auxiliaire constante donnée. Ce phénomène permet de modifier la tension de sortie Ua suivant un programme déterminé,. par enclenchement ou déclenchement d'une tension auxiliaire V proportionnée en conséquence.
Le circuit de réaction décrit représente ce que l'on appel- le une réaction extérieure. Il faut ajouter ici encore que dans l'exemple d'exécution décrit, comre on peut le voir de par l'allure de la caractéristique suivant figure 1, l'amplifica- teur magnétique présente une réaction intérieure ("autosatura- tion"). On obtient des amplificateursmagnétiques par exemple en les construisant avec des inductances-soupapes, ce qui est connu quant à cela.
Cette propriété de l'amplificateur riagnéti- que utilisé dans l'exemple d'exécution suivant figures 1 et 2 et désignée brièvement comme "réaction intérieure" a comme avantage que seule une énergie sensiblement plus faible doit être amenée par le circuit de réaction extérieur de l'amplifica- teur magnétique que celle qui serait normalement nécessaire et
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que de oe fait les éléments R2, R3 et 01' contenus dans le cir- cuit de réaction extérieur ont des valeurs proportionnées sen- siblement plus petites.
S'il s'agit, suivant le cas d'application rencontré, de commander le nouveau dispositif dans les deux directions de la tension de sortie, il est alors recommandable d'employer en place de l'amplificateur magnétique utilisé, un amplificateur magnétique en montage de push-pull ("amplificateur à courant nul"); de tels amplificateurs magnétiques sont en soi suffisam- ment connus.
La figure 3 montre un exemple d'application du nouveau dispositif, en l'occurrence la commande d'un groupe Léonard avec réglage de la vitesse de rotation. Le groupe Léonard peut par exemple faire partie d'une installation de machines d'extraction d'une mine.
Dans la figure 3,10 est le moteur et 11 la génératrice de commande du groupe Léonard. L'enroulement d'excitation 12 de la génératrice de commande est alimenté par l'intermédiaire de l'amplificateur préalable 13. L'entrée de celui-ci est raccor- dée à la différence de tension de la dynamo tachymétrique 14 à courant continu accouplée au moteur 10 du groupe Léonard et de la tension de sortie du montage représenté sur le côté gauche de la figure 3. Ce montage fournit par sa tension de sortie la reproduction de la valeur théorique pour la vitesse de rotation du moteur 10 du groupe Léonard.
La dynamo tachymétrique 14 étant accouplée au moteur 10 du groupe Léonard et fournissant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation (valeur effective) de ce moteur, l'amplificateur préalable 13 n'est soumis à son entrée à une tension de polarité correspondante que lorsque la valeur effective de la vitesse de rotation du moteur 10 du groupe Léonard s'écarte de la valeur théorique de sa vitesse de rotation.
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Le montage fournissant par sa tension de sortie la valeur théorique de la vitesse de rotation du moteur 10 du groupe
Léonard, comporte un dispositif qui correspond danu son essence à celui de la figure 2. Jusqu'à ce point, les moines notations ont été utilisées qu'à la figure 2. S'écartant de la figure 2, le commutateur S a été remplacé par un relais 15 équipé d'un contact de commutation 15a à 15c. Pour obtenir, en dépit de ce simple contact de commutation, les mêmes possibilités d'en- clenchement que celles offertes à la figure 2 par le commuta- teur S en relation avec la source à courant continu 7, le monta- ge suivant figure 3 utilise une source de tension continue 16 avec une prise intermédiaire en 16a et en outre une résistance
17.
Cette résistance 17 doit être proportionnée faible par rap- port aux résistances R2 et R3, pour éviter de fausser le mode de fonctionnement décrit ci-dessus du dispositif suivant figure
2 utilisé de nouveau ici.
Comme on le voit, en absence de courant dans l'enroulement d'excitation du relais 15, la pièce 15a du contact de commuta- tion 15a à 15c se trouve dans la position moyenne, dans laquel- le la liaison à la source de courant 16 est interrompue, tandis que dans une position de fonctionnement de la pièce 15a une moitié de la source de courant 16 est introduite ("insérée") comme tension auxiliaire dans le circuit de réaction, et dans l'autre position de fonctionnement, l'autre moitié de la source de courant 16 est introduite comme tension auxiliaire dans le circuit de réaction. La tension auxiliaire possède dans un cas l'une et dans l'autre cas l'autre polarité.
Par des tensions partielles différentes de la source de tension 16 subdivisée au moyen de la prise intermédiaire 16a, on peut obtenir - pour des cas d'application correspondante - d'une manière simple, une vitesse de modification de la tension de sortie Ua de l'amplificateur magnétique différente pour les
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deux sens de modification.
Il faut encore ajouter ici que le relais 15 est un relais polarisé, réunissant au moyen de la pièce 15a, et suivant la direction du courant dans l'enroulement du relais, soit les contacts 15b soit les contacts 15c. Le relais 15 est excité par la différence de la tension Ua - qui est la tension de sor- tie de l'amplificateur magnétique à réaction suivant figure 2 - et de la tension Us.s Cette tension Us est la tension de valeur théorique; elle est donc proportionnelle à la vitesse de rota- tion à laquelle doit être précisément commandé le moteur 10 et elle est prélevée au potentiomètre 18. A l'entrée du potentio- mètre 18 et par l'intermédiaire des bornes de raccordement 19, est appliquée une tension continue constante.
S'il faut commander le moteur 10 du groupe Léonard à une nouvelle vitesse de rotation, on règle par déplacement du cur- seur au potentiomètre 18 la valeur de la tension Uqui corres- pond à la vitesse de rotation désirée. Comme d'après ce qui précède, la tension Ua ne peut se modifier brusquement, la tension U , montée en opposition à la tension de la dynamo tachymétrique 14, reste tout d'abord inchangée. La différence de Ua et Usa cependant pour effet qu'un courant circulant dans l'enroulement du relais 15, amène la fermeture des contacts de relais 15b ou 15c.
De ce fait, la source de courant auxiliaire 16 est introduite .dans le circuit de réaction de l'amplifica- teur magnétique MV. ensuite, la tension Ua uodifie sa valeur de tension, comme il a été décrit c-dessus, conformément au dimensionnement du circuit de réaction, dans le sens de la valeur de tension U désirée. Quand U atteint la valeur de U,., s a s le relais 15 retourne de nouveau à sa position moyenne et la tension Ua conserve la valeur acquise. Ces processus sont en relation avec une modification correspondante de l'excitation de la génératrice 11, dans le sens de la commande du moteur 10
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à la nouvelle vitesse de rotation.
Si la tension Ua se déplace vers le haut ou vers le bas suite à une irrégularité quelconque, dès que l'écart atteint la valeur de réponse du relais 15, celui-ci fonctionne de nou- veau pendant une courte période et introduit provisoirement la source de courant auxiliaire 16 dans le circuit de réaction, dans le sens corrigeant la déviation.
Dans les lignes de liaison entre les tensions Us et Ua est insérée une résistance 20 de telle grandeur, que pratiquement la totalité de la différence de tension entre U et U,., lors d'un écart entre ces deux valeurs, apparaît comme chute de tension dans cette résistance, respectivement dans l'enroule- ment du relais 15. De ce fait, la tension comparée à la tension de la dynamo tachymétrique 14 est toujours égale à Ua.
Comme il résulte de ce qui précède, une nouvelle valeur théorique Us pour la vitesse de rotation peut être immédiate- ment enclenchée avec le nouveau dispositif; malgré cela, la tension Ua agissant sur le dispositif de réglage croit, respec- tivement décroît, uniquement en conformité avec les valeurs d'accélération prévues, jusqu'à ce que la valeur Us enclenchée est atteinte par Ua. Il est donc possible, moyennant un dimen- sionnement correspondant des éléments de montage, de régler des valeurs d'accélératio. , respectivement de décollation, déter- minées et accorder ainsi le nouveau dispositif à chaque cas . d'utilisation, par exemple pour une installation de machines d'extraction de mines.
Plusieurs modifications sont nécessaires. Ainsi peut-on par exemple prévoir comme disposition pour le rappel du point de fonctionnement à la position théorique choisie un second amplificateur magnétique raccordé à son entrée à la différence de tension entre la tension de sortie torique et la tension de sortie effective du premier amplificateur magnétique et
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fournissant à sa sortie la tension auxiliaire . insérer dans le circuit de réaction du premier amplificateur magnétique.
Ci-après se trouve décrite, au moyen des figurer 4 et 5, une variante particulièrement avantageuse, ayant pour objet l'obtention d'une caractéristique particulièrement droite .sur un domaine plus grand, la commande devenant ainsi encore plus -'précise. La variante consiste essentiellement à utiliser un amplificateur magnétique possédant un tappe de réponse constant.
Convient par exemple un amplificateur magnétique en montage de' pont indique par Ramey, correspondant à la figure 4 du dessin.
Sur la figure 4, les enroulements actifs do deux induc- tances à commander sont désignés par 21 et 22. Chaque enroule- ment est couplé avec 'un enroulement de commande 23, respective- ment 24, par l'intermédiaire de noyaux de fer non représentés.
Les enroulements actifs 21 et 22 forment ensemble avec quatre redresseurs 25 et les enroulements de commandeensemble avec quatre redresseurs 26, chacun un montage de pont, montages ali- mentés chacun par une tension alternative de même fréquence U1, respectivement U2. Les raccordements à courant continu du ^.:on- tage de pont contenant les enroulements actifs conduisent à un consommateur 27.
La tension de sortie de 1'amplificateur magné- tique appliquée à ces raccordements est désignée par UA.Les raccordements à courant continu du montage de pont contenant les enroulements de commande 23 et 24 sont alimentés par la somme d'une tension de commande US et de la tension de sortie de réaction UA.
Le mode de fonctionnement de l'amplificateur maléfique suivant figure 4 est connu. Ce qui importe pour la compréhension de,la présente invention, est que l'amplificateur magnétique possède un temps de réponse xonstant de une demie période = T/2.
On a
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UA étant la tension de sortie et UE la tension d'entrée de l'amplificateur magnétique.
Si l'on rend la tension d'entrée U., égale à la somme de la tension de sortie U. et de la tension de commande U . , conne il est indiqué sur la figure 4, il résulte que l'intégrale par rapport au temps de la tension de sortie sur une demi-onde de demi-onde s'accroît de la quantité T/2 USdt. Dans le cas où la tension de commande US est une tension continue, on a pour l'accroissement ¯ UA de la valeur moyenne de la tension de sortie UA dans une demi-onde
UA=US.
Il en résulte :
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et
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La tension de commande UA peut être une tension alterna- tive ou une tension pulsante, obtenue par redressement. Elle peut aussi y avoir par moments des valeurs négatives, comme c'est le cas par exemple lors d'un redressement par un redres- seur commandé au moyen d'une grille et fournissant la tension Us par l'intermédiaire d'une inductance de lissage. La commande de la tension Us peut aussi se faire par des redresseurs méca- niques qui découpent des parties en conséquence hors d'une tension alternative. Par utilisation d'amplificateurs magnéti- ques possédant une sortie à courant alternatif et dans lesquels la commande se fait au moyen d'une tension alternative, la tension US peut être une tension alternative, variable en amplitude ou bien en position de phase.
Dans le dispositif suivant figure 4, le retient différen- tiel de la tension de sortie UA suit les modifications de la
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tension US avec un retard d'une demi-onde. Pour cette raison, un élément temporel spécial formé d'un condensateur et d'une résistance dans le circuit de réaction n'est pas ici nécessaire.
En cas où la tension US= 0, la tension de sortie UAse main- tient à la valeur instantanée. Si US possède une valeur déter- minée, il résulte pour UA une modification de vitesse corres- pondant à cette valeur. Dans le cas de l'amplificateur magnéti- que suivant figure 4, une commande préalable spéciale de l'am- plificateur magnétique pour l'obtention d'une position déter- minée de la caractéristique, comme elle en est requise pour le dispositif suivant le brevet principal, 3,' est pas nécessaire, car la tension UA représente une tension non lissée à demi- ondes qui permet pratiquement une commande par zéro de l'ampli- ficateur magnétique.
L'amplificateur magnétique peut cependant être aussi exécuté en montage de push-pull comme cela est en soi nécessaire pour applications en montage de commande et de réglage pour mouvements en deux directions. L'hypothèse d'une réaction à 100% pour le montage suivant figure 4 peut être réalisée en diminuant le nombre de spires des enroulements de commande 23 et 24 d'une quantité déterminée par rapport au nombre de spires des enroulements actifs 21 et 22, ceci dans le but de compenser les chutes de tension dans les résistances ohmiques des inductances et soupapes. On rend la tension alter- native U2 en conséquence plus petite que U1.
Sur'la figure 5 est représenté un exemple d'application pour l'amplificateur magnétique suivant figure 4 ; celui-ci n'est cependant indiqué ici que schématiquement en reportant les notations utilisées sur la figure 4 des bornes I et II pour la tension de commande US et .111 et IV pour la tension de s'or- tie U,. Le problème posé est le réglage d'un moteur d'extrac- tion 31. Celui-ci est alimenté par une génératrice 32 du groupe Léonard. L'enroulement d'excitation du moteur est désigné par
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33 et celui de la génératrice par 34. Ce dernier est alimenté par un amplificateur 35, par exemple un amplificateur magnéti- que.
Un enroulement décommande de l'amplificateur 35 est ali- menté par la différence d'une tension théorique USo11' appli- quée aux bornes 36 et 37, et d'une tension effective UIst' fournie par une dynamo tachymétrique 38 qui est accouplée au moteur d'extraction. Comme sources de tensions théoriques sont prévues deux tensions théoriques de sources différentes. La tension théorique U1 est prélevée à un potentiomètre 41 qui est alimenté par une.source de tension non représentée. Une résis- tance de protection désignée par 40 doit empêcher un court- circuit entre les tensions théoriques U1 et U2. La tension théorique U2 est égale à la tension de sortie UA de l'amplifi- cateur magnétique suivant figure 4, désigné ici par 30.
La tension U1 représente une tension théorique réglable à la main arbitrairement pour la vitesse du moteur d'extraction 31. La vitesse avec laquelle est modifiée la tension Ul par déplace- ment du curseur du potentiomètre 41 est proportionnelle à l'ac- célération du moteur d'extraction 31, en tout cas aussi long- temps que celui-ci peut suivre régulièrement les modifications de la tension U1. De la même manière, la tension U2 représente également une tension déterminant la vl@esse du moteur d'ex- traction ; U2 se modifie suivant la grandeur de la lésion U., cependant, à l'opposé de Ul, sans contact, automatiquement, à savoir par la propriété de l'amplificateur magnétise 10.
L'accélération du moteur d'extraction est ainsi proportionnelle à la vitesse de modification de la tension U2, quand la tension U2 est agissante.
Les tensions U1 et U2 dans la figure 5 agissent enserre dans un montage constitué essentiellement d'un pont de redres- seurs 39 alimenté d'une part par la tension U1 et d'autre part par la tension U2. Le montage fonctionne de telle manière que
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des tensions Ul et U2 seule la plus petite agit toujours cornue tension théorique dans le circuit comparatif de réglage de l'amplificateur 35. Four les divers sons du mouvement @extrac- tion, la tension U1 est réversible, ce qui est indigué par les signes hors parenthèses, respectivement entre parenthèses,
Cependant, la tension U2 n'a pas besoin d'être inversée. En pratique, on travaille avec le montage suivant figurj 5 de tel- le manière que la tension U1 est reflue fixe.
Elle détermine alors la vitesse maximum d'un mouvement d'extraction. On rendra la tension U,-, fonction de la charge d'extraction, de sorte que
US déterminera l'accélération, respectivement la décélération, du mouvement d'extraction et l'accordera en conséquence à la charge d'extraction.
Un domaine principal d'application du dispositif suivant l'invention se trouve dans la technique de commande et deré- glage, comme il a été décrit ci-avant au moyen de la figure 5 sur l'exemple d'un réglage de machines d'extraction. Un plus de cela viennent en considération principalement des applica- lions dans des dispositions de réglage qui par formation et utilisation de l'intégrale par rapport au temps d'une grandeur électrique, acquièrent un comportement intégral.
A côté des avantages déjà mentionnés ci-dessus, il ressort favorablement vis-à-vis des moteurs intégrateurs connus le fait que quand la commande finale de l'amplificateur magnétique 30 est atteinte, il y a en même temps une limitation qui correspond à la butée mécanique d'un moteur intégrateur. Une butée mécanique est donc remplacée par une limitation électrique.
Un autre domaine d'application du dispositif suivant l'in- vention est représenté par la production de tensions ayant une forme curviligne déterminée. On peut obtenir par exemple une courbe de tension à dents de scie, en enclenchant la tension de .sortie US (figure 4) par relais ou autres circuits bascu-
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lants, régulièrement à une valeur pos@ive et une valeur néga- tive déterminées. Des courbes trapézoïdales peuvent être obte- nues en prévoyant entre les enclenchements une pause sans ten- sion, les bornes I et II (figure 1) étant court-circuitées pen- dant un temps. On peut aussi obtenir des formes de courbes pointues en rendant interdépendantes la tension de commande US et la tension de sortie UA. Ceci peut être obtenu par une réaction supplémentaire.
Le dispositif suivant l'invention peut aussi servir comme génératrice de tensions sinusoïdales de fréquence particulièrement basse. Pour cela, la tension Us peut être déduite de Ua par l'intermédiaire d'éléments enregis- treurs. On peut aussi utiliser un deuxième dispositif suivant l'invention, le premier dispositif commandant le, tension de sortie du deuxième dispositif, tandis que celui-ci forme l'in- tégrale par rapport au temps d'une tension constante et la tension de sortie du premier dispositif. Pour l'obtention de grandeurs de sortie à signe alternant, on utilisera un nontage en push-pull de deux dispositifs suivant l'invention.