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.