<Desc/Clms Page number 1>
Installation pour l'entraînement et le freinage électriques d'un engin de levage La présente invention a pour objet une installation pour l'entraînement et le freinage électriques d'un engin de levage, comprenant une machine à courant continu, à excitation séparée, dont l'induit et l'inducteur sont alimentés par une source de tension alternative, chacun par l'intermédiaire d'un convertisseur statique comportant des soupapes contrôlées au moyen d'un dispositif de commande indépendant susceptible de délivrer des impulsions de tension positives. Comme on le sait, dans les installations de ce genre, la machine doit pouvoir fonctionner aussi bien en moteur qu'en frein (générateur) et cela dans les deux sens de rotation.
Par conséquent, le convertisseur statique reliant l'induit de la machine à la source alternative d'alimentation, doit pouvoir fonctionner aussi bien en redresseur qu'en onduleur, pour qu'il puisse transmettre l'énergie dans les deux sens entre l'induit et la source. Lorsque la machine fonctionne en moteur, donc lorsque le transfert d'énergie se fait de la source à l'induit, il doit fonctionner en redresseur et lorsque la machine fonctionne en frein, l'énergie étant donc transmise de l'induit à la source, il doit fonctionner en onduleur. Par contre, le convertisseur statique reliant l'inducteur à la source alternative d'alimentation, doit toujours fonctionner en redresseur.
Toutefois, il doit pouvoir alimenter l'enroulement inducteur dans les deux sens pour que la machine puisse fonctionner en moteur ou en frein dans les. deux sens. D'autre part, il est nécessaire que la puissance absorbée à partir d'une vitesse dé- terminée, ne dépasse pas une valeur constante, ce qui demande que le courant d'excitation soit variable avec la vitesse de la machine. Le convertisseur alimentant l'inducteur doit donc pouvoir être contrôlé par la vitesse de la machine et cela de manière que le produit de cette dernière par le flux engendré reste constant.
Or, les installations connues, comprenant des convertisseurs statiques, utilisent des organes de commande mobiles., tels que contacteurs par exemple, pour réaliser les, passages du fonctionnement en moteur au fonctionnement en frein, et l'inversion du sens de rotation. Il va sans dire que la présence de ces organes mobiles, 'notamment des contacteurs, constitue un grand inconvénient. D'autre part, les soupapes, utilisées étant du type ionique, les installations, connues sont d'un encombrement élevé et présentent un manque de robustesse, de sorte que leur utilisation pour certains engins, tels que, par exemple les treuils marins, n'est pas concevable.
L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients des. installations connues, en fournissant une installation ne comportant pas d'organes, de commande et de commutation mobiles. Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comprend deux sources de tension continue délivrant, respectivement une tension proportionnelle à la vitesse de la machine et une tension de référence correspondant à une vitesse désirée, un premier comparateur fournissant une tension de sortie égale à la différence de ces deux tensions, et qui est envoyée, d'une part, au dispositif commandant le convertisseur alimentant l'induit,
par l'intermédiaire d'un dispositif fournissant une tension de sortie égale à la valeur absolue de la tension fournie par ledit comparateur et d'un deuxième comparateur dont la seconde entrée est reliée à un dispositif délivrant une tension proportionnelle au courant d'induit, et d'autre part, au dispositif commandant le convertisseur alimentant l'inducteur, par l'intermédiaire d'un élément basculant bistable, ce dernier dispositif de commande étant relié, par l'intermédiaire d'un générateur de fonction, à ladite ten-
<Desc/Clms Page number 2>
sion proportionnelle à la vitesse de la machine,
et par le fait que le convertisseur alimentant l'inducteur est constitué par un groupe de redresseurs à double voie, les soupapes des deux convertisseurs, étant des. soupapes à semi-conducteur.
Le dessin. annexé représente un schéma électrique d'une forme d'exécution de l'installation objet de l'invention, donnée à titre d'exemple, ainsi qu'une caractéristique de son fonctionnement.
La fig. 1 montre le schéma électrique. La fig. 2 montre la caractéristique.
L'induit 1 d'une machine à courant continu M, à excitation séparée, est relié à un réseau triphasé d'alimentation A, par l'intermédiaire d'un convertisseur statique C. Ce dernier est constitué par un pont à double voie, dit pont de Graetz, comportant six soupapes à semi-conducteur contrôlées 2 à 7. Les électrodes de contrôle de ces dernières sont reliées à un dispositif de commande 8 susceptible de délivrer des impulsions, de tension positives. Une inductance 9, prévue pour filtrer les harmoniques du courant, est insérée entre le convertisseur C et l'induit 1.
L'inducteur de la machine comprend un enroulement 10, qui est relié à deux phases du réseau A, par l'intermédiaire d'un groupe de redresseurs R et d'un transformateur T à prise médiane. Le groupe de redresseurs R est constitué par un pont à double voie comportant quatre soupapes à semi-conducteur contrôlées 11 à 14. Les électrodes de contrôle des soupapes 11- à 14 sont reliées à un dispositif de commande 15 susceptible de délivrer des impulsions de tension positives.
L'arbre 16 de la machine entraîne une dynamo tachymétrique D destinée à produire une tension continue proportionnelle à la vitesse de la machine et dont le signe dépend du sens de rotation de celle-ci. Cette tension est appliquée à l'une des entrées d'un dispositif comparateur 17 destiné à la comparer avec une tension continue correspondant à la vitesse désirée, dite tension de référence. Ce dispositif compa- rateur 17 est réalisé, en l'occurrence, sous forme d'un sommateur algébrique.
Cette tension de référence est prise sur un potentiomètre double 18 relié à une source non représentée, de manière que la position médiane de son curseur 18Q corresponde à une tension de référence nulle, les deux positions extrêmes correspondant à la tension de référence maximum, positive ou négative suivant le sens de rotation désiré.
La sortie du comparateur 17 est reliée, d'une part, par l'intermédiaire d'un dispositif 22 fournissant un signal de sortie égal à la valeur absolue du signal sortant du comparateur 17, à l'une des entrées d'un deuxième comparateur 19 dont la sortie est reliée au dispositif de commande 8 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un élément basculant bistable 23, au dispositif de commande 15. La deuxième entrée du comparateur 19 est reliée à un dispositif 24 délivrant, lorsque l'intensité du courant redressé traversant l'induit 1 dépasse une valeur maximum déterminée, une tension égale à celle recueillie aux bornes d'une résistance 20 insérée entre l'induit 1 et le convertisseur C.
La tension de la dynamo D est également appliquée à l'entrée d'un générateur de fonction 21 dont la sortie est reliée au dispositif de commande 15.
L'installation décrite et représentée, destinée à l'entraînement d'un engin de levage non représenté, fonctionne de la manière suivante On suppose que la machine M est à l'arrêt et que l'engin de levage accouplé à l'arbre 16 doit effectuer la montée d'une charge ; la machine doit donc démarrer en moteur. L'opérateur agit sur le curseur 18" du potentiomètre 18 en le déplaçant à droite par exemple. Le comparateur 17 transmet la tension continue positive fournie par le potentiomètre à chacun des deux dispositifs de commande 15 et 8, par l'intermédiaire, respectivement, de l'élément bistable 23 et des dispositifs 22 et 19.
L'élément bistable 23 est agencé de manière que le basculement de l'un à l'autre de ses états stables se fasse à chaque changement de signe de la tension délivrée par le comparateur 17. A chacun de ses deux états stables correspond une voie du courant dans le redresseur R, donc un sens du courant traversant l'enroulement inducteur 10, déterminée par l'une ou l'autre des deux paires de soupapes 11, 14 et 12, 13. L'amplitude du signal délivré par l'élément 23 étant donc invariable, la phase des impulsions délivrées par le dispositif 15 le sera également. Cette phase est telle que le courant traversant l'enroulement 10, c'est-à-dire le courant d'excitation, soit maximum.
Le dispositif 15 délivrera des impulsions de tension positives destinées à allumer les deux soupapes branchées dans le même sens, par exemple les soupapes 11 et 14, de manière à réaliser un couplage à simple voie, entre le transformateur T et l'enroulement 10. Ce dernier sera parcouru par un courant dont le sens. correspond au sens de rotation et au signe du couple désirés de la machine. Ce courant aura dès le début la valeur maximum prévue, de sorte qu'il engendrera le flux maximum.
Le dispositif de commande 8 délivrera des impulsions de tension positives destinées à commander les soupapes 2 à 7. La phase de ces impulsions dépendra de la différence, en valeur absolue (à la sortie du dispositif 22), entre la tension de référence et la tension de la dynamo D qui est négative, donc de l'erreur de vitesse. L'augmentation progressive de la tension de référence aura pour conséquence l'augmentation progressive de la tension continue aux bornes de l'induit 1.
Lorsque le courant redressé aura atteint, au cours du démarrage, la valeur maximum prévue, le dispositif 24 délivrera une tension égale à celle apparaissant aux bornes. de la résistance 20, laquelle modifiera la tension à la sortie du comparateur 19 contrôlant la phase des impulsions délivrées par le dispositif de commande 8 et cela de manière que le
<Desc/Clms Page number 3>
courant redressé traversant l'induit ne dépasse pas cette valeur maximum.
Le générateur de fonction 21 est destiné à agir sur la phase des, impulsions délivrées par le dispositif de commande 15, donc sur le courant d'excitation traversant l'enroulement 10, et cela en fonction de la valeur absolue de la tension de la dynamo D, c'est-à-dire en fonction de la vitesse de la machine. Il est agencé de manière que son influence sur le courant d'excitation se manifeste à partir d'une vitesse déterminée, par exemple à partir de la vitesse o)1 (voir fig. 2), et cela de telle sorte que le produit de la vitesse par le flux engendré reste constant.
Ainsi à partir de la vitesse col, la machine absorbera une puissance constante et développera un couple dont le produit par la vitesse restera constant. La fig. 2 montre la caractéristique couple-vitesse.
La diminution de la vitesse de la machine, donc le freinage, est obtenue en agissant sur le potentiomètre 18 de manière à diminuer la tension de référence, donc en déplaçant le curseur 18d de droite à gauche. La tension de référence deviendra donc plus petite que la tension de la dynamo D, de sorte que leur différence relevée par le comparateur 17 changera de signe. Cela aura pour conséquence le bas- culement de l'élément bistable 23 dans son autre état stable, ce qui provoquera l'extinction des soupapes 11 et 14 et l'allumage des soupapes 12 et 13 du redresseur R, donc l'inversion du sens du courant d'excitation.
La même manoeuvre provoque une diminution de la valeur absolue de la tension à la sortie du comparateur 17 donc de la valeur absolue de la tension de sortie du dispositif 22. Si le déplacement du curseur 18" est grand, cette diminution de la tension de sortie du dispositif 22 est suivie d'une augmentation immédiate étant donné que la tension de la dynamo D est devenue bien plus grande que la tension de référence déterminée par la position du curseur. Toutefois, la valeur de la tension à la sortie du dispositif 24 devient alors telle qu'elle ramène la tension à la sortie du comparateur 19 à une valeur correspondant au fonctionnement du convertisseur en onduleur.
La machine fonctionnera donc en génératrice (frein) et cela jusqu'à ce que sa vitesse atteigne la valeur imposée par la tension de référence. A ce moment il se produira le changement du signe de la tension correspondant à l'erreur de vitesse (la tension de référence étant supérieure à la tension de la dynamo) ce qui provoquera l'inversion du sens du courant d'excitation et le basculement du convertisseur C d'onduleur en redresseur. La machine fonctionnera de nouveau en moteur à la vitesse imposée par le potentiomètre 18. Il est évident qu'au cas où le curseur 18" aurait été ramené dans la position correspondant à la tension de référence nulle (position sur le dessin), la machine aurait freiné jusqu'à son arrêt.
Pour la descente, l'opérateur agira sur le curseur 18" de manière à le déplacer de droite à gauche à partir de sa position médiane représentée sur le des- sin. La tension de référence sera donc négative pendant toute la descente et la tension de la dynamo positive. Au démarrage, la tension de référence, en valeur absolue, étant supérieure à celle de la dynamo, le comparateur 17 délivre une tension négative.
Le courant d'excitation est donc inversé par rapport au démarrage à la montée, de sorte que la machine tourne dans le sens opposé (descente). Après la période d'accélération, la machine doit fonctionner en frein à la vitesse imposée par la tension de référence. La tension de la dynamo devenant supérieure à celle de référence, la tension à la sortie du comparateur 17 sera donc positive. Le courant d'excitation change de sens et le convertisseur C bascule de redresseur en onduleur. La machine fonctionne alors en génératrice et la vitesse se stabilise à la valeur désirée. Le ralentissement et l'arrêt sont obtenus en déplaçant le curseur 18,, vers la droite jusqu'à la position médiane.
Comme on le voit par ce qui précède, l'installation décrite ne comprend que des organes de commande statiques qui sont d'un fonctionnement sûr et d'un entretien facile. L'emploi des, soupapes contrôlées à semi-conducteur permet de réduire sensiblement son encombrement. Son utilisation est des plus faciles ; elle se réduit, en effet, à la seule ma- naeuvre du curseur d'un potentiomètre.
Elle présente en outre l'avantage de pouvoir développer un couple d'accélération et de freinage à la montée et à la descente, ce qui permet une économie de temps dans les cycles de travail. De plus., la vitesse est réglable de façon continue sans dissipation d'énergie, aussi bien en moteur qu'en frein, dans toute la gamme de fonctionnement.
Il est à remarquer que les différents dispositifs (8, 15, 1.7, 19, 21-24) que comprend l'installation décrite peuvent être de n'importe lequel des types connus, de sorte qu'ils n'ont pas été décrits en détail. Le groupe de redresseurs R pourrait être agencé d'une autre manière, afin de réaliser deux couplages à double voie.