Dispositif d'entraînement d'une bobine permettant de bobiner,
avec un effort de traction constant, une bande ou un fil.
Les machines servant à la fabrication ou au traitement des matériaux en bandes ou en fils comprennent en général un ensemble mécanique dans lequel des rouleaux, entraînés par un moteur approprié, permettent d'imprimer à la bande ou au fil une vitesse réglable, mais fixe et bien définie pour chaque opération à effectuer.
A la sortie de la machine, la bande ou le fil sont enroulés sur une bobine ; certaines fabrications exigent que la traction exercée au cours de cet enroulement soit constante, malgré les causes de variations, dont la principale est l'augmentation du diamètre de la bobine au fur et à mesure de son remplissage.
L'entraînement d'une telle bobine est le plus souvent assuré au moyen d'un plateau glissant à friction ; on obtient ainsi un couple constant, mais non un effort de traction constant sur un rayon variable.
La présente invention concerne un dispositif d'entraînement d'une bobine permettant de bobiner avec un effort de traction constant, une bande ou un fil sortant d'une machine de traitement ou de fabrication.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé par le fait que le moteur d'entraînement de la bobine est associé avec un ensemble wattmétrique qui, à chaque instant, mesure la puissance consommée par ledit moteur et la maintient constante, en agissant sur les moyens d'alimentation dudit moteur.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, conjointement avec les dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple, trois formes de réalisation du dispositif selon l'invention. Plus particulièrement :
Fig. 1 représente schématiquement un dispositif d'entraînement très simple.
Fig. 2 représente une variante dans laquelle la tension étalon de référence est in fluencée par les variations de vitesse de la machine de traitement ou de fabrication, et
fig. 3 est relative à une autre variante, dans laquelle la machine de traitement ou de fabrication est elle-même entraînée par un moteur commandé par un dispositif à tubes à décharge.
Sur les différentes figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Sur la fig. 1, on voit en 1 une machine qui sert par exemple à traiter une bande souple 2 qui en sort à une vitesse constante. Cette machine 1 est entraînée par un moteur quel- conque non représenté. La bande 2 s'enroule sur une bobine 3, tournant dans le sens indiqué par la flèche ; du fait de cet enroulement continu, le rayon R de la partie emma- gasinée augmente progressivement.
La bobine 3 est entraînée par exemple au moyen d'un moteur 4 à courant continu à excitation séparée 5, alimentée par une ten sion continue constante U1, fournie par une source non représentée. Le moteur consomme une intensité I sous une tension V.
Si on néglige les pertes dans le moteur 4, il est évident que la puissance électrique dé- pensée, c'est-à-dire le produit de la tension-V par l'intensité I, est égale à chaque instant au produit de 1'effort mécanique F exereé sur la bande 2 par la vitesse W de ladite bande.
Autrement dit, on peut écrire : VI=FW. Il va de soi que, si on parvient à maintenir le produit VI constant, comme d'autre part on suppose que la bande sort de la machine I à une vitesse W constante, la force sera aussi constante, et cela malgré les variations du rayon R d'enroulement.
L'ensemble wattmétrique, qui permet de réaliser cette condition YI. eonstante, eom- prend essentiellement un groupe formé de deux machines à courant continu, à savoir un moteur 9 qui entraîne une génératrice 10. Ces deux machines sont à excitation séparée ; l'en- roulement excitateur 11 du moteur 9 est alimenté par une tension continue U2, fournie par une source auxiliaire non représentée ; par ailleurs, 1'enroulement excitateur 12 de la gé- nératrice 10 est en série avec l'induit du moteur 4.
On admettra encore :
1 que la génératrice 10 travaille au-des- sous de la saturation, de sorte que le flux dans son induit est sensiblement proportionnel au courant d'excitation ;
2 que la puissance du moteur 9 est petite par rapport à celle du moteur 4, de sorte que l'intensité i dérivée dans 9 est négligeable par rapport à I ; on peut donc dire que le courant d'excitation de 10 est égal à I lui-même.
Si on appelle maintenant co la vitesse angulaire commune des induits de 9 et de 10, on peut conclure, moyennant les conditions posées ci-dessus :
a) que co est proportionnelle à V, puisque 9 est à excitation, séparée constante ;
b) que la tension de sortie U de 10 est proportionnelle à la fois à co et à I, c'est- à-dire à la fois à V et à T ; autrement dit, U est proportionnelle à la puissance VI dé- pensée dans le moteur 4. L'ensemble 9-10 fonctionne ainsi comme un wattmètre.
La tension de sortie U est mise en opposition avec une tension étalon f, qui est d'ailleurs réglable, et est fournie par l'ensemble d'une source continue 13 et d'une résistance 14 sur laquelle frotte un curseur potentiomé- trique ; il est bien évident d'ailleurs que tout autre dispositif permettant de fournir une tension continue l-'bien constante, mais réglable, pourrait être utilisé également. Les polarités respectives de 1T et I"sont indiquées sur la fig. 1.
Dans le dispositif représenté, le réseau d'alimentation 6, qui peut être triphasé, dé- bite dans un appareil redresseur 7, constitué par exemple par des thyratrons à grille de commande ou tout autre dispositif équivalent tel que la tension continue de sortie, disponible aux bornes 8, puisse être commandée par u, différence entre Il et l'. Cet appareil 7, de type connu, ne sera pas décrit en détail.
Le fonctionnement de 1'ensemble de la fig. 1 est en définitive le suivant :
En marche normale, la puissance VI correspond à la puissance mécanique résultant de l'enroulement continu de la bande 2 sur la bobine 3 ; U est égale à U', et u est nulle. Si le produit VI, par suite notamment de la variation du rayon R, a tendance à augmenter,
U augmente et devient supérieur à Ut ; une tension u apparaît aux bornes 15 et 16, la première étant positive et la seconde néga- tive ; les connexions sont disposées, dans le montage 7, de telle sorte que M, avec cette polarité, commande une chute de tension aux bornes de sortie 8, de sorte que le produit VI diminue.
Si au contraire ce produit avait tendance à diminuer au-dessous de la normale, les phénomènes inverses se produiraient ; une tension u apparaîtrait, mais avec une polarité inverse de la précédente, et la tension de sortie en 8 remonterait. La valeur normale de
VI est ainsi déterminée par la position du curseur sur la résistance 14. Si l'on déplace ce curseur, on change la valeur de U'et, par conséquent, on change la valeur de l'effort de traction exercé sur 2.
On remarquera encore que les approximations admises ci-dessus, lorsque l'on a né- gligé les pertes dans le moteur 4 et l'inten- sité i, ne sont en fait nullement restrictives ; elles reviennent en effet simplement à multiplier le produit V7 par un coefficient sen siblement fixe, ce qui revient à changer l'em- placement du curseur sur 14.
Il est évident également que l'on pourrait remplacer le dispositif électronique 7 par tout autre ensemble équivalent. La tension a pourrait agir par exemple sur des relais polarisés qui commanderaient la tension V d'une manière quelconque.
On pourrait également remplacer la dy- namo à courant continu 10 par un petit alternateur suivi d'un redresseur. Cet alternateur sera de préférence du type homo- polaire, pour éliminer les frottements de balais sur des bagues.
La variante représentée sur la fig. 2 répond à des conditions plus complexes que celles admises pour le montage étudié ci-dessus. Il peut arriver en effet que la machine de fabrication ou de traitement subisse ellemême des variations de régime, de sorte que la vitesse W de la bande n'est plus constante comme on l'a supposé précédemment. Si l'on veut, malgré ces variations, maintenir le fonc- tionnement avec un effort de traction constant sur la bande, il est évident que la puissance imposée au moteur 4 doit être non plus constante mais proportionnelle à la vitesse de la bande. Cela revient à dire que la tension étalon, dont on prend une fraction au moyen d'un potentiomètre, doit être proportionnelle à W.
Le dispositif de la fig. 2 permet de réaliser ces conditions ; tous les autres éléments restant les mêmes, la source 13 de la fig. 1 se trouve remplacée par une génératrice 17 qui est entraînée par la machine 1 et dont la vitesse de rotation subit par conséquent les mêmes variations que W. Cette génératrice peut être par exemple une dynamo à excitation séparée et constante ou une magnéto à aimant permanent ou encore un alternateur à aimant permanent suivi d'un redresseur.
Enfin, on peut envisager le cas où la machine de fabrication ou de traitement de la bande est elle-même entraînée par un moteur dont on peut faire varier la vitesse, cette variation étant obtenue en alimentant ce moteur au moyen d'un second redresseur dont la tension de sortie est contrôlée par une tension de commande réglable.
La fig. 3 montre schématiquement un dispositif réalisant ces conditions. On voit que la machine 1 est entraînée par un moteur 18, qui est par exemple du type continu à exci- tation séparée, cette dernière étant assurée par un bobinage 19 alimenté par une tension continue constante L'. Le moteur 18 entraîne également une petite génératrice de courant continu 20, qui peut être par exemple une magnéto à aimants permanents, et dont la tension de sortie est mise en opposition avec une tension It"prise sur un potentiomètre alimenté par la source 13.
L'alimentation du mo teur 18 est assurée par un redresseur 22, branché sur le réseau 6, et de même type que 7, c'est-à-dire que sa différence de potentiel de sortie, appliquée au moteur 18, peut varier par l'action d'une tension de commande ; cette dernière, appliquée aux bornes 2324, est la différence entre U"et la tension fournie par la génératrice 20. Il suffit donc, pour agir sur la vitesse du moteur 18, de faire varier l" en déplaçant le curseur sur la résistance 21.
On remarquera que lT"est appliquée en même temps au potentiomètre 1. dont le rôle a été expliqué ci-dessus en décrivant la fig. 1.
Par conséquent, si on déplace le curseur de 21, on change à la fois t"'et It', et cela dans la même proportion.
Supposons, par exemple, que U"augmente de 10 /o ; la vitesse du moteur 18, donc aussi celle de la bande 2, augmenteront également de 10 ouzo ; mais l'ayant varié de la même manière, la tension ? 7 et, par conséquent, la vitesse du groupe 9-10 devront aussi aug- menter de 10 /o, ainsi que le produit V I ;
il en résulte que, la puissance mécanique fournie par le moteur 4 ayant augmenté de 10 /o comme la vitesse de] a bande 2, l'effort de traction exercé sur cette dernière n'a pas changé, mais si on désirait faire varier la valeur de cet effort, il. suffirait de déplacer le curseur de la résistance 14, de manière à faire varier Il''sans ehanger Z'".
En définitive, le dispositif de la fig. 3 réalise un asservissement total des moteurs 4 et 18.
De même que pour les dispositifs des deux figures précédentes, il est évident que les dé- tails d'exécution pourraient varier ; en particalier, si les redresseurs 7 et 22 sont de pré férence équipés avec des thyratrons à grilles commandées, on comprendra cependant que tout autre type de redresseur pourrait être utilisé, à condition de comporter des moyens quelconques permettant de faire varier la différence de potentiel de sortie au moyen d'une tension de commande. On pourrait. également utiliser les génératrices tournantes à. courant continu dont l'excitation est fournie par un dispositif auxiliaire approprié, par exemple par un dispositif à tubes à décharge électronique.
Device for driving a coil for winding,
with constant tensile force, tape or wire.
The machines used for the manufacture or the treatment of materials in strips or in threads generally comprise a mechanical assembly in which rollers, driven by a suitable motor, make it possible to print on the strip or thread an adjustable speed, but fixed and well-defined for each operation to be performed.
On leaving the machine, the strip or wire is wound on a spool; some products require that the traction exerted during this winding be constant, despite the causes of variations, the main one being the increase in the diameter of the coil as it is filled.
The drive of such a coil is most often provided by means of a sliding friction plate; a constant torque is thus obtained, but not a constant tensile force over a variable radius.
The present invention relates to a device for driving a coil making it possible to wind, with a constant tensile force, a strip or a wire coming out of a processing or manufacturing machine.
According to the invention, this device is characterized by the fact that the coil driving motor is associated with a wattmeter unit which, at each instant, measures the power consumed by said motor and maintains it constant, by acting on the means power supply of said motor.
The invention will be better understood with the aid of the following description, together with the appended drawings which represent, by way of example, three embodiments of the device according to the invention. More particularly:
Fig. 1 schematically represents a very simple training device.
Fig. 2 shows a variant in which the standard reference voltage is influenced by the variations in speed of the processing or manufacturing machine, and
fig. 3 relates to another variant, in which the processing or manufacturing machine is itself driven by a motor controlled by a discharge tube device.
In the various figures, the same elements are designated by the same reference numerals.
In fig. 1, we see in 1 a machine which is used for example to treat a flexible strip 2 which comes out at a constant speed. This machine 1 is driven by any motor not shown. The strip 2 is wound up on a reel 3, rotating in the direction indicated by the arrow; due to this continuous winding, the radius R of the stored part increases progressively.
The coil 3 is driven for example by means of a DC motor 4 with separate excitation 5, supplied by a constant DC voltage U1, supplied by a source not shown. The motor consumes a current I under a voltage V.
If we neglect the losses in motor 4, it is obvious that the expended electrical power, that is to say the product of the voltage-V by the current I, is equal at each instant to the product of 1 'mechanical force F exerted on the strip 2 by the speed W of said strip.
In other words, we can write: VI = FW. It goes without saying that, if we manage to keep the product VI constant, as on the other hand we suppose that the strip leaves the machine I at a constant speed W, the force will also be constant, and this despite the variations of the radius Winding R.
The wattmetric set, which makes it possible to achieve this condition YI. However, this essentially includes a group formed by two direct current machines, namely a motor 9 which drives a generator 10. These two machines have separate excitation; the exciter coil 11 of the motor 9 is supplied by a direct voltage U2, supplied by an auxiliary source, not shown; moreover, the exciter winding 12 of the generator 10 is in series with the armature of the motor 4.
We will still admit:
1 that the generator 10 is working below saturation, so that the flux in its armature is substantially proportional to the excitation current;
2 that the power of the motor 9 is small compared to that of the motor 4, so that the current i derived in 9 is negligible compared to I; we can therefore say that the excitation current of 10 is equal to I itself.
If we now call co the common angular speed of the armatures of 9 and 10, we can conclude, subject to the conditions set out above:
a) that co is proportional to V, since 9 is with constant excitation, separated;
b) that the output voltage U of 10 is proportional to both co and I, ie both V and T; in other words, U is proportional to the power VI spent in the motor 4. The assembly 9-10 thus functions as a wattmeter.
The output voltage U is put in opposition with a standard voltage f, which is moreover adjustable, and is supplied by the assembly of a DC source 13 and a resistor 14 on which a potentiometric cursor rubs; moreover, it is quite obvious that any other device making it possible to supply a DC voltage l-'well constant, but adjustable, could also be used. The respective polarities of 1T and I "are shown in Fig. 1.
In the device shown, the power supply network 6, which may be three-phase, discharges into a rectifier device 7, constituted for example by control gate thyratrons or any other equivalent device such as the direct output voltage, available. at terminals 8, can be controlled by u, difference between Il and l '. This device 7, of known type, will not be described in detail.
The operation of the assembly of FIG. 1 is ultimately the following:
In normal operation, the power VI corresponds to the mechanical power resulting from the continuous winding of the strip 2 on the reel 3; U is equal to U ', and u is zero. If the product VI, due in particular to the variation of the radius R, tends to increase,
U increases and becomes greater than Ut; a voltage u appears at terminals 15 and 16, the first being positive and the second negative; the connections are arranged, in the assembly 7, so that M, with this polarity, controls a voltage drop at the output terminals 8, so that the product VI decreases.
If, on the contrary, this product tended to decrease below normal, the reverse phenomena would occur; a voltage u would appear, but with a reverse polarity to the previous one, and the output voltage at 8 would rise. The normal value of
VI is thus determined by the position of the cursor on the resistance 14. If we move this cursor, we change the value of U 'and, consequently, we change the value of the tensile force exerted on 2.
It will also be noted that the approximations admitted above, when we have neglected the losses in the motor 4 and the intensity i, are in fact in no way restrictive; they simply amount to multiplying the product V7 by a substantially fixed coefficient, which amounts to changing the position of the cursor on 14.
It is also obvious that the electronic device 7 could be replaced by any other equivalent assembly. The voltage a could act for example on polarized relays which would control the voltage V in any way.
One could also replace the dc dynamo 10 by a small alternator followed by a rectifier. This alternator will preferably be of the homopolar type, in order to eliminate brush friction on the rings.
The variant shown in FIG. 2 responds to more complex conditions than those allowed for the assembly studied above. It may indeed happen that the manufacturing or processing machine itself undergoes variations in speed, so that the speed W of the strip is no longer constant as has been assumed previously. If, despite these variations, it is desired to maintain operation with a constant tensile force on the belt, it is obvious that the power imposed on the motor 4 must no longer be constant but proportional to the speed of the belt. This amounts to saying that the standard voltage, a fraction of which is taken by means of a potentiometer, must be proportional to W.
The device of FIG. 2 enables these conditions to be met; all the other elements remaining the same, the source 13 of FIG. 1 is replaced by a generator 17 which is driven by the machine 1 and whose speed of rotation consequently undergoes the same variations as W. This generator can be for example a dynamo with separate and constant excitation or a permanent magnet magneto or another permanent magnet alternator followed by a rectifier.
Finally, one can consider the case where the machine for manufacturing or processing the strip is itself driven by a motor whose speed can be varied, this variation being obtained by supplying this motor by means of a second rectifier, the output voltage is controlled by an adjustable control voltage.
Fig. 3 schematically shows a device fulfilling these conditions. It can be seen that the machine 1 is driven by a motor 18, which is for example of the continuous type with separate excitation, the latter being provided by a winding 19 supplied by a constant direct voltage L '. The motor 18 also drives a small direct current generator 20, which can be for example a magneto with permanent magnets, and whose output voltage is put in opposition with a voltage It "taken on a potentiometer supplied by the source 13.
The motor 18 is powered by a rectifier 22, connected to the network 6, and of the same type as 7, that is to say that its difference in output potential, applied to the motor 18, can vary by the action of a control voltage; the latter, applied to terminals 2324, is the difference between U "and the voltage supplied by the generator 20. It is therefore sufficient, in order to act on the speed of the motor 18, to vary l" by moving the cursor on resistor 21.
It will be noted that lT "is applied at the same time to potentiometer 1, the role of which has been explained above by describing FIG. 1.
Consequently, if we move the cursor by 21, we change both t "'and It', and this in the same proportion.
Suppose, for example, that U "increases by 10 / o; the speed of motor 18, therefore also that of band 2, will also increase by 10 ouzo; but having varied it in the same way, the voltage? 7 and, therefore, the speed of group 9-10 will also have to increase by 10 / o, as will product VI;
it follows that, the mechanical power supplied by the motor 4 having increased by 10 / o like the speed of the belt 2, the tensile force exerted on the latter has not changed, but if one wishes to vary the worth that effort it. It would suffice to move the cursor of resistance 14, so as to vary Il '' without changing Z '".
Ultimately, the device of FIG. 3 performs full servo-control of motors 4 and 18.
As for the devices of the two preceding figures, it is obvious that the details of execution could vary; in particular, if the rectifiers 7 and 22 are preferably equipped with thyratrons with controlled gates, it will however be understood that any other type of rectifier could be used, provided that any means are included which make it possible to vary the difference in potential of output by means of a control voltage. We could. also use rotating generators at. direct current the excitation of which is provided by a suitable auxiliary device, for example by an electronic discharge tube device.