<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne une@commande de vitesse convenant spé- cialement pour les moteurs à induction polyphasés du type à rotor bobiné.
Les moteurs à induction du type à rotor bobiné sont très intéressants à cause de la simplicité de leur construction, de leur robustesse et de leur ren- dement élevé. Le réglage de la vitesse de ces moteurs d'une façon simple et effi- cace a constitué un problème qui a limité nettement les cas d'application de ces moteurs jusqu'ici. La commande de vitesse classique des moteurs à induction com- prend des circuits pour le réglage de l'impédance des secondaires ou rotors de ces moteurs. Il a été proposé d'utiliser des commandes électroniques avec des thyra- trons ou d'autres tubes commandés à décharge à arc pour la commande des circuits secondaires de ces moteurs. La présente invention concerne une forme de commande perfectionnée de ce dernier type.
Comme il est connu, dans les moteurs à induction du type à rotor bobi- né, la fréquence du courant induit dans les enroulements de rotor varie de la fréquence du réseau à l'arrêt à une valeur voisine de zéro quand le moteur atteint la vitesse synchrone.C'est cette caractéristique des moteurs à induction qui rend le problème du réglage de l'impédance des secondaires des moteurs à l'aide de thyratrons ou d'autres commutateurs électroniques (dénommés ci-après "dispositifs à décharge commandée") difficile, et c'est ce problème qui est résolu d'une façon simple, économique et efficace par la présente invention.
La présente invention concerne un circuit de commande stable et effi- cace pour des moteurs à induction du type à rotor bobiné dans lequel l'impédance du secondaire du moteur est réglée à l'aide de thyratrons ou d'autres dispositifs à décharge commandés. Le circuit est agencé de façon que la vitesse du moteur puisse être réglée à l'aide d'une tension de commande continue par l'intermédiai- re de circuits simples n'utilisant que des résistances et des condensateurs peu coûteux, légers et compacts.
En bref, ces résultats sont obtenus en utilisant un circuit de com- mande dans lequel des thyratrons ou d'autres dispositifs à décharge commandés équi- valents règlent l'impédance des enroulements secondaires du moteur, et dans lequel la tension de commande appliquée à la grille ou électrode de commande de chaque thyratron ou équivalent consiste en une composante alternative dérivée de l'enrou- lement secondaire à commander et appliquée aux électrodes de commande des thyra- trons par l'intermédiaire d'un circuit résistance-capacité agencé de façon que le déphasage entre la composante alternative et la tension anodique reste en substance constante et que l'amplitude de la composante alternative soit mainte- nue à une valeur en substance constante.
Le déphasage et l'amplitude restent en substance constants indépendamment des variations de fréquence et de la valeur des tensions secondaires qui suivent les variations de vitesse du moteur. Afin d'obte- nir une bonne régulation, la tension de commande est, de préférence, déphasée d'environ 90 degrés par rapport à la tension anodique. Quand une tension alterna- tive de ce genre est disponible, il est relativement aisé de régler la vitesse du moteur à l'aide d'une tension continue de polarisation qui règle le niveau de la tension de commande.
Avec un arrangement de ce genre, le temps durant lequel, au cours de chaque demi-période positive, les thyratrons ou autres dispositifs à décharge com- mandés sont allumés, et, par conséquent, l'impédance du secondaire du moteur, peuvent être réglés en variant la polarisation continue. En faisant varier la tension continue, le moteur peut être réglé de façon à fonctionner à tout pourcen- tage de sa charge de régime entre pleine charge et zéro; et, en utilisant des com- mandes de vitesse pouvant se présenter sous toute forme convenable, le moteur peut être commandé de façon à tourner à une vitesse en substance constante indépendam- ment des variations de charge ne dépassant pas la capacité du moteur en faisant varier la polarisation continue de manière à compenser ces variations de charge.
L'invention consiste en un appareil de commande d'un moteur à induc- tion du type à rotor bobiné comprenant plusieurs dispositifs à décharge commandés
<Desc/Clms Page number 2>
en circuit avec et destinés à régler l'impédance du secondaire du moteur et un circuit pour la commande de l'allumage des dispositifs à décharge, caractérisé en ce que le circuit de commande d'allumage comprend un circuit à résistance- capacité pouvant produire une tension alternative de commande ayant la même fré- quence et nettement déphasée par rapport à la tension anodique appliquée aux dis- positifs à décharge, ce circuit à résistance-capacité maintenant le déphasage en- tre la tension de commande et la tension anodique en substance constante dans toute la gamme des fréquences secondaires se présentant au cours du fonctionne- ment du moteur.
Dans les dessins annexés qui représentent une forme d'exécution préfé- rée de l'invention :
La figure 1 est un schéma représentant le circuit de commande complet.
La figure 2 représente le circuit de commande d'un seul thyratron.
La figure 3 représente une modification du circuit de commande d'un seul thyratron représenté à la figure 2, et
La figure 4 donne le déphasage entre la tension de grille et la ten- sion anodique des thyratrons et la façon dont l'allumage des thyratrons est com- mandé pour deux vitesses de moteurs différentes.
La figure 1 représente un moteur à induction triphasé classique à ro- tor bobiné M. Dans ce moteur, le stator, constituant le primaire, reçoit du courant alternatif triphasé des conducteurs 11, 12 et 13 reliés à toute source convenable comme les lignes 15, 16 et 17 d'un réseau à courant alternatif. Le ro- tor du moteur constitue le secondaire, les enroulements de rotor étant connectés, de façon classique, par des bagues de contact et des balais, aux conducteurs 18,
19 et 20. Afin de régler l'impédance du secondaire du moteur et, de ce fait, le débit de ce moteur, des thyratrons ou-des dispositifs semblables à décharge à arc commandés sont connectés dans le circuit secondaire.
Dans la forme d'exécu- tion représentée, deux thyratrons connectés à l'envers l'un par rapport à l'autre sont associés à chaque phase du secondaire du-rotor. Les thyratrons 21 et 22 sont connectés aux lignes 18 et 19 ; lesthyratrons 23 et 24 sont connectés aux lignes 19 et 20 ; etles thyratrons 25 et 26 sont connectés aux lignes 18 et 20 du cir- cuit de rotor. Avec cet arrangement, une commande des deux demi-périodes, c'est- à-dire à double alternance, est obtenue dans les trois phases du secondaire du mo- teur.Il va de soi que, dans certains cas, une commande à une alternance suffit, et, dans ce cas, un seul thyratron suffit par phase des enroulements de rotor.
Les connexions et les éléments composant les commandes des trois pha- ses sont identiques. Il suffit donc de décrire en détail la commande de l'enrou- lement secondaire connectée aux conducteurs 18 et 19 Des référencesidentiques ont été uti- 'lisées pour -les commandes des deux autres phases du circuit de loLor et il est évident que ces commandes fonctionnent de la même façon que la commande décrite ci-après.
Comme le dessin le montre, l'anode du thyratron 21 est reliée à la ligne 18 par le conducteur 27, tandis que sa cathode est reliée à la ligne 19 par le conducteur 28. La plaque du thyratron 22 est reliée à la ligne 19 par le con- ducteur 28 et sa cathode est reliée à la ligne 18 par le conducteur 27. Ces thy- ratrons règlent dont l'impédance d'une phase de l'enroulement de rotor, et les thyratrons 23, 24 et 25, 26 commandent d'une manière semblable les impédances des autres phases des enroulements de rotor. Les grilles des thyratrons commandent l'allumage de ceux-ci et règlent, par conséquent, l'impédance du circuit secondai- re.
Si la tension de grille dépasse la tension critique des tubes tard dans les demi-périodes positives de leurs tensions anodiques, les tubes s'allument tard dans les demi-périodes et l'impédance des tubes ainsi que du circuit secondaire du moteur est relativement grande, le moteur fonctionnant à faible charge ou à un pourcentage relativement faible de sa capacité totale. Si la tension de grille change de sorte que la tension critique des tube est dépassée plus tôt durant les
<Desc/Clms Page number 3>
demi-périodes positives de la tension anodique,, les tubes s'allument plus tôt, l'impédance du circuit secondaire est réduite et le moteur fonctionne à un pour- centage plus élevé de sa capacité totale ou à plus grande vitesse pour une charge donnée.
Si les tubes s'allument en substance au début de chaque demi-périodes de la tension anodique, le moteur fonctionne en substance à pleine charge. Si, au contraire, la tension de grille est maintenue suffisamment négative pour ne jamais dépasser la valeur critique, le moteur s'arrête. Par conséquent, le moteur peut, comme il est connu, être réglé dans toute sa gamme de vitesse par une commande convenable de la tension de grille des thyratrons; la présente invention concerne la commande de cette tension.
Suivant la présente invention, la tension de grille contient une com- posante alternative dérivée du secondaire du moteur et réglée automatiquement par un circuit à résistance-capacité de manière à être déphasée en substance de façon constante par rapport à la tension anodique appliquée aux thyratrons et à avoir une amplitude en substance constante, indépendamment de la vitesse de mar- che du moteur (l'hypothèse étant faite que la tension du réseau à courant alter- natif alimentant le moteur reste en substance constante). De préférence, la com- posante alternative de la tension de grille est déphasée en arrière d'environ 90 degrés par rapport à la tension anodique.
La tension de grille contient aussi une composante continue ou de polarisation, et, en faisant varier cette composante continue tout en maintenant la composante alternative en substance constante au point de vue phase et amplitude, le moment dans la demi-période positive de la tension anodique à laquelle la tension de grille dépasse la tension critique du tube peut être varié et, par conséquent, on peut, de cette manière, régler l'al- lumage des tubes.
Le circuit de production de la tension de grille déphasée en arrière comprend, de préférence, un condensateur 30 et une résistance 31 connectés en sé- rie entre les conducteurs 27 et 28 et, par conséquent, aux bornes du circuit ano- de-cathode du thyratron 21. Le potentiel de grille est appliqué par un conducteur 32 atteignant la grille du thyratron 21 par l'intermédiaire d'une résistance 33, le conducteur 32 étant relié au point 34 de jonction du condensateur 30 et de la résistance 31. Un condensateur 35 est connecté, par l'intermédiaire du conducteur 28, entre grille et cathode du thyratron 21, afin de compléter le circuit résis- tance-capacité de déphasage. La composante alternative de la tension de grille est donc la tension apparaissant aux bornes du condensateur 35.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention représentée au dessin annexé, un petit con- densateur 36 est mis aux bornes de la résistance 31. Ce condensateur renforce la précision de maintien du déphasage entre les tensions de grille et de plaque dans une gamme de fréquences étendue, mais il n'est pas nécessaire pour obtenir un fonctionnement même parfaitement satisfaisant du système.
La tension continue de polarisation nécessaire pour la mise à niveau de la tension de grille est obtenue par application d'un signal continu entre le point neutre N des résistances 38, 39 et 40 connectées en étoile entre les conduc- teurs 18, 19 et 20, et le conducteur B relié au point 34 par la résistance 41.
L'alimentation en continu peut être obtenue à l'aide de tout type convenable de commande. Par exemple, on peut utiliser un rhéostat en série avec une source de courant continu convenable, si on désire une commande manuelle. Une commande dé vitesse automatique peut être obtenue avec un appareil comprenant une généra- trice tachymétrique produisant une tension fonction de la vitesse du moteur. Cet- te tension est comparée à une tension de référence réglable, et la tension de com- mande ou de polarisation est tirée de la différence entre le débit de la généra- trice tachymetrique et la tension de référence. Les principes de base de comman- des de ce genre sont bien connus et ne font pas partie, par eux-mêmes, de la pré- sente invention.
Il suffit de dire ici qu'un signal de commande ou une tension de référence continue est appliquée entre le point N et conducteur B.
La commande de la tension de grille du thyratron 22 est en substance identique à celle décrite pour le thyratron 21. Ce circuit de commande comprend
<Desc/Clms Page number 4>
le condensateur 42 et la résistance 43 connectas aux bornes du circuit anode-ca- thode du thyratron 22 ; la résistance 44 est connectée entre le point 45 et la grille du thyratron 22 ; le condensateur 47 est connecté entre la grille et le cir- cuit de cathode du thyratron, et le petit condensateur 48 est mis aux bornes de la résistance 43. La polarisation continue est appliquée par le conducteur B au travers de la résistance 49 qui est reliée au point 45.
L'analyse vectorielle montre qu'avec ce circuit, le déphasage entre la tension anodique du thyratron et la composante alternative de la tension de grille peut être maintenu en substance constant dans toute la gamme des vitesses de marche du moteur, l'amplitude de la tension de grille restant aussi en substan- ce constante. Les valeurs des résistances et des condensateurs peuvent être cal- culées facilement par les méthodes habituellement utilisées pour le calcul des circuits à résistance-capacité. A titre d'exemple, (voir tableau 1), le circuit associé au thyratron 22 comporte des valeurs convenant pour la commande d'un mo- teur triphasé à rotor bobiné, 1750 tours/minute, 230 volts, 60 périodes, d'une puissance nominale de dix chevaux et utilisant un thyratron du type C6J pour le réglage du courant secondaire.
Des éléments ayant les mêmes valeurs doivent être utilisés avec les autres thyratrons de la commande.
TABLEAU I.
EMI4.1
<tb>
Désignation <SEP> Valeur
<tb>
<tb> Valeur <SEP> ohmique <SEP> de
<tb> chaque <SEP> phase <SEP> 0,056 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 49 <SEP> 2,2 <SEP> megohms
<tb>
<tb> 44 <SEP> 0,47 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0,39 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 48 <SEP> 0,0005 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 42 <SEP> 0,25 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0,001 <SEP> mfd
<tb>
Dans les moteurs plus puissants, des courants secondaires relative- ment plus importants doivent être commandés par les thyratrons en vue du réglage de la vitesse du moteur suivant l'invention.
Si on utilise des thyratrons capables de laisser passer un courant anodique de 30 ampères par exemple, le courant de grille critique s'écoulant de la plaque vers la grille, immédiatement avant que la tension critique soit atteinte, provoque une chute de tension appréciable dans la résistance de grille, par exemple la résistance 33 associée à la grille du thyratron 21 de la figure 1. De ce fait, la grille elle-mêm'-' se trouve à un poten- tiel plus élevé que lorsque le courant critique de grille est plus faible. Ce po- tentiel positif de grille supplémentaire a pour effet que le tube s'allume plus t8t que désiré.
L'allumage se produit encore plus tôt lors du cycle suivant, du fait qu'une partie de ce potentiel positif supplémentaire est maintenue par le condensateur grille -cathode, par exemple le condensateur 35 associé à la grille du tube 21 de la figure 1. Cet effet est cumulatif et rend la commande instable.
La figure 3 représente un circuit de déphasage de grille qui est pré- féré dans le cas où des courants anodiques importants doivent être commandés, en vue de supprimer cette instabilité. Une comparaison des valeurs des éléments des tableaux 1 et 2 montre que la résistance de grille est augmentée afin de limiter le courant critique de grille et le condensateur grille-cathode est mis en paral- lèle avec la résistance de grille afin d'empêcher des variations rapides de la ten. sion de grille. En outre, on peut ajouter un très faible condensateur grille-ca- thode pour augmenter le déphasage, comme, par exemple, le condensateur 50 repré- senté d'une valeur de 0,0002 mfd.
La tension de grille est toujours déphasée de 90 degrés en substance par rapport à la tension anodique, et le fonctionnement
<Desc/Clms Page number 5>
est régulier et stable.
TABLEAU II.
EMI5.1
<tb>
Désignation <SEP> Valeur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> ohmique <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chaque <SEP> phase <SEP> 0,056 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 49 <SEP> 0,3 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 44 <SEP> 1,5 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0,1 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> 1,0 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0,001 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0,0002 <SEP> mfd
<tb>
La figure 4 représente des graphiques donnant la relation entre les tensions de plaque et de grille à l'arrêt et à mi-vitesse du moteur. Sur ces graphiques, les tensions ne sont pas portées à l'échelle. A l'arrêt, une tension de 60 périodes est induite dans le rotor ; cette tension est représentée par la courbe du graphique A.
La tension critique du thyratron est représentée par la courbe en traits interrompus b, et la tension de grille par la courbe en traits pleins c. Cette dernière représente le cas d'une tension continue de commande nulle. Avec une tension de grille comme représenté, le thyratron s'allume au mo- ment où la courbe de tension de grille coupe la courbe de tension critique. La partie de chaque demi-période pendant laquelle le thyratron est conducteur est indiquée par les parties hachurées de la courbe de tension de plaque a. D'autres conditions de tension de grille sont données par les courbes en traits interrom- pus c' et c". Si la tension continue de signal applique une polarisation négati- ve entre le point N et le conducteur B, la courbe de tension de grille descend comme représenté par la courbe c'.
Dans ce cas,la tension de grille atteint la tension critique plus tard dans la période et le tube s'allume plus tard aussi, augmentant ainsi l'impédance du circuit secondaire du moteur. L'autre cas est re- présenté par la courbe c". Cette fois, le signal continu applique une¯polarisation positive, la tension de grille est relevée et égale la tension critique plus tôt dans chaque demi-période positvedesote que le tube est conducteur pendant la, majeure partie du cycle et l'impédance du circuit secondaire est réduite. Sur le graphi- que A, la courbe c" est relevée au point que le moteur fonctionne dans le voisi- nage de sa capacité nominale.
Le graphique B de la figure 4 représente le cas de marche du moteur à la moitié de la vitesse sychrone. L'augmentation de la vitesse a pour résultat de réduire la tension anodique a à la môitié de la valeur de la tension anodique sur le graphique A, et la fréquence est de 30 périodes au lieu de 60 périodes.
Il est à noter cependant que l'amplitude de la tension de grille représentée par la courbe c est en substance la même que sur le graphique A à 1arrêt; la fréquen- ce de la tension de grille a été réduite de sorte qu'elle est la même que la fréquence de la tension anodique; et le déphasage entre la tension de grille ± et la tension anodique a reste en substance la même pour le graphique B que pour le graphique A; c'est-à-dire que la tension de grille ± est toujours déphasée de 90 degrés en substance par rapport à la tension anodique a.
Un facteur contribuant à la stabilité du circuit est la caractéristi- que des thyratrons qui demandent une polarisation négative moindre pour l'alluma- ge quand la tension anodique est réduite. Ceci ressort clairement d'une comparai- son des courbes de tension critique b des graphiques A et B. Cette caractérist- que donne à la commande de la présente invention un effet d'auto-régulation. Si la vitesse du moteur augmente, la tension anodique a diminue. La tension critique b diminue aussi, c'est-à-dire que la polarisation négative requise pour empêcher
<Desc/Clms Page number 6>
le tube de s'allumer diminue. Par conséquent, le tube s'allume plus tard dans la demi-période positive, augmentant ainsi l'impédance du secondaire du moteur et tendant à limiter l'augmentation de la vitesse du moteur.
Inversement, si le mo- teur ralentit, le tension anodique augmente et les tubes s'allument un peu plus tôt durant les demi-périodes positives, même si la tension continue de polarisa- tion appliquée à la commande reste inchangée. L'effet d'une variation de la ten- sion critique ressort clairement de la comparaison des parties hachurées des gra- phiques A et B ; peut constater que, quand le moteur est à l'arrêt, les tubes s'allument plus tôt dans chaque demi-période positive que lorsque le moteur est à mi-vitesse, malgré le fait que le rapport entre la courbe ± et la tension anodi- que n'ait subi aucun changement par variation de la polarisation appliquée à la commande. Cet effet n'est pas suffisant pour que le moteur marche à vitesse cons- tante pour une polarisation continue donnée.
La vitesse du moteur diminue avec l'augmentation de la charge par un réglage donné de la commande. Cependant, cette caractéristique augmente la stabilité de la commande et assure un réglage et un fonctionnement réguliers dans toute la gamme de vitesse du moteur.
La description ci-dessus montre que l'invention procure une commande de vitesse réglable efficace pour des moteurs à induction du type à rotor bobiné.
Les circuits de déphasage pour la, commande des thyratrons n'utilisent que des con- densateurs et des résistances simples sans parties mobiles, ce qui constitue une commande sûre et de coût raisonnable. Les éléments de la commande sont compacts et légers, et le fonctionnement du moteur est régulier et aisément réglable dans toute la gamme des vitesses. Le dispositif de l'invention peut être facilement adapté à des moteurs à. rotor bobiné de dimensions et de types différents, et di- vers types de commandes manuelles ou automatiques peuvent être utilisés pour pro- duire le signal continu de commande nécessaire pour régler le niveau de la ten- sion de grille.
Diverses modifications peuvent être apportées à la forme préférée de commande décrite sans sortir du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil pour la commande d'un moteur induction du type à rotor bobiné comprenant plusieurs dispositifs à décharge commandés en circuit avec et destinés rëgler l'impédance du secondaire du moteur et un circuit de commande de l'allumage de ces dispositifs à décharge, caractérisé en ce que ce circuit de commande de l'allumage comprend un circuit à résistance-capacité destiné à produi- re une tension alternative de commande ayant la même fréquence mais nettement déphasée par rapport à la tension anodique appliquée aux dispositifs à décharge, ce circuit à résistance-capacité maintenant le déphasage entre la tension de com- mande et la tension anodique en substance constant dans toute la gamme des fré- quences secondaires se produisant au cours du fonctionnement du moteur.