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perfectionnements aux dispositifs de contrôle'du couple pour moteurs à courant alternatif.
La présente- invention est relative à des perfection- nements aux dispositifs, de contrôle du couple d'un moteur alimenté par un circuit à courant alternatif.
Il est souvent avantageux d'être en mesure de mettre et de maintenir dans un rapport connu, relativement au couple à pleine charge d'un moteur, le couple maximum qui est appli- qué à ce moteur, particulièrement dans le cas de moteurs à courant alternatif. Ceci est utile dans diverses applications.
Si l'on désire par exemple accélérer une machine cen- trifuge ou autre analogue dans le minimum de temps possible, il est avantageux d'être en mesure de régler le couple sur un cou- ple prédéterminé de surcharge de sécurité pour le mote-ur et de
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faire le nécessaire pour que l'accélération ait lieu dans des conditions uniformes dudit couple de surcharge du début à la fin de l'opération, sans nécessité d'autre réglage manuel de la part de l'opérateur. Ceci permet à la machine centrifuge d'accélérer dans le moins de temps possible compatible avec la charge de sécurité du moteur.
En cas de moteurs à courant alternatif accouplés à leurs charges par des dispositifs qui maintiennent une vitesse prédéterminée constante de débit, il est fréquemment désirable de limiter le couple que le moteur peut appliquer à des machi- nes fonctionnant sous des charges variables et également de fonctionner comme dispositif de sécurité contre une surcharge extrême au démarrage.
Il est également utile d'être à même de limiter ou de contrôler le couple en cas de brassage de matières plastiques, colles et autres, où, après épaississement, la charge provenant du brassage peut augmenter à des valeurs indésirables en ce qui concerne le moteur, mais où le ralentissement du brassage peut être toléré avec une limitation du couple du moteur s'il existe une assurance absolue contre l'arrêt complet du mouvement,
La présente invention remplit tous les buts mentionnés ci-dessus et consiste essentiellement à contrôler le montant du couple moteur courant alternatif fourni à la charge,
en utilisant entre le moteur et sa charge effective un accouple- ment électromagnétique à courants de Foucault dont le champ est alimenté par du courant continu de redresseurs qui sont commandés de façon à s'allumer et mettre en circuit le champ de l'accouplement par redressement d'une partie du circuit d'a- limentation du moteur, un voltage. régulateur d'une autre partie du circuit du moteur étant envoyé aux grilles des redresseurs d'une manière alternative et définie pour arrêter leur allumage et, par suite, arrêter- l'amenée du courant à l'accouplement
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quand la valeur du courant dans le circuit d'alimentation à courant alternatif du moteur monte au.point désiré.
L'invention est décrite ci-après en se référant au des- sin ci-annexé dans lequel :
Fig. 1 est une vue schématique en coupe de l'appareil mécanique formant une partie de l'invention.
Fig. 2 est un schéma des connexions d'un circuit de contrôle du couple suivant l'invention.
Fig. 3 est un schéma des connexions d'une variante de circuit de contrôle du couple.
Les mêmes références servent à indiquer les pièces cor- respondantes dans les différentes figures du dessine.
En se référant plus particulièrement à la fig. l, la référence 1 désigne une combinaison de moteur électrique et de groupe électromagnétique d'accouplement à friction à courants de Foucault, consistant en un élément moteur 3 à courant alter- natif, dont le rotor 4-est claveté sur un manchon rotatif 5.
Ce manchon est monté sur des roulements 7 qui sont, à leur tour, portés par un arbre 9. L'arbre 9 constitue l'élément mené et tourne dans des roulements 11 dans un carter 13. Un accouplement magnétique variable- à friction est maintenu entre le manchon 5 et l'arbre 9 au moyen d'un accouplement électromagnétique 15 à friction à courants de Foucault comportant un tambour 6 à cou- rants de Foucault et une bobine inductrice à courant alternatif indiquée en CL. La bobine CL est portée par un rotor denté 8 claveté sur l'arbre 9. Cette bobine est connectée par l'inter- médiaire-des bagues de frottement 17 auxquelles le courant est amené pour la mise sous courant de la bobine en vue-de réaliser unaccouplement magnétique à friction.
En se référant maintenant plus particulièrement à la fig. 2, on voit en L1, L2' L3 un circuit à courant alternatif triphasé qui alimente le moteur 3 à courant alternatif. En CL
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se trouve l'enroulement de l'accouplement à friction qui four- nit une charge à courant continu à l'accouplement, lors de la magnétisation de l'accouplement. Le courant continu pour cette charge est fourni par une paire de tubes redresseurs RT à trois éléments, cathode incandescente et remplissage de gaz, du type demi-onde.
En AT est un transformateur anodique qui fournit du courant pour la charge à courant continu de l'accouplement, le primaire de ce transformateur AT étant aussi connecté aux fils de ligne Li et L2 du circuit d'alimentation à courant alternatif.
Les anodes A des tubes RT sont représentées aonne.ctées aux ex- trémités opposées du secondaire du transformateur anodique AT.
Les cathodes des tubes ou dispositifs de chauffage K reçoivent le courant d'un transformateur de chauffage KT dont le primaire reçoit également du courant par les fils de ligne L1 et L2. Le transformateur de chauffage KT est réglé au moyen d'un rhéostat de chauffage Fil ..
Les grilles des tubes RT sont représentées en G. Les résistances BR sont des résistances limitant le courant de gril- le, dans lesquelles les courants de grille sont maintenus à une faible valeur .de deux ou trois micro-ampères au maximum.
Une vapeur appropriée pour ces résistances BR est de 50.000 @hms.
Lés extrémités opposées du secondaire du transformateur KT sont connectées respectivement aux cathodes K des tubes re- dresseurs RT.
Les secondaires du transformateur anodique AT et du transformateur cathodique KT sont connectés ensemble en leurs points centraux comme le représente le dessin, par la bobine d'accouplement CL qui fournit la charge à courant continu. Ainsi, la charge à courant continu par la bobine d'accouplement CL peut passer, quand le permet le dispositif, entre les points centraux du transformateur AT et du transformateur KT et par les tubes
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redresseurs RT alternativement, car les tubes respectifs RT sont alternativement allumés ou éteints par les grilles G, pour que le courant passe d'une manière qui sera décrite plus loin.
En GT est représenté un transformateur de grille qui ne fournit pratiquement pas de courant au système, mais fonction- /ne primairement pour mettre alternativement les grilles G sous , tension pour produire l'allumage et .l'extinction par les tubes RT.
Ce transformateur GT a son primaire connecté également aux lignes d'amenée Li et L2' comme représenté, avec ou sans régulateur de vitesse GV correspondant sur la ligne d'amenée L1.
Le voltage du secondaire du transformateur de grille GT est'approximativement de 100 volts, mais il peut être réglé sui- vant les exigences du circuit. Les résistances GB par exemple, de 10.000 ohms chacune et elles-mêmes en série, sont reliées au secondaire du transformateur, GT pour. maintenir le courant dans le secondaire à une faible valeur. Il en résulte que les poten- tiels aux extrémités opposées des deux résistances GB (considé- rées en série) sont appliquée.. aux grilles G par l'intermédiaire des résistances BT. Un point central entre les résistances GB est relié au point central du transformateur de chauffage KT de fa- çon à former une base pour un rapport de potentiel grille-cathode.
Sur le conducteur L3 au moteur sont placées une ou deux spires de fil W utilisées comme primaire du transformateur d'inten- sité LT qui est un transformateur primaire en série, avec voltage secondaire élevé, comme indiqué. Sur ce secondaire est placé un potentiomètre réglable P qui peut être gradué ou réglé par un opérateur, Ce réglage peut être fait en vue de la lecture d' un ampèremètre AM qui est placé sur le conducteur L3 allant au moteur, de manière que l'opérateur puisse s'assurer en tout temps à quelle intensité et/ou à quel couple le moteur 3 est limité.
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Une résistance RL de 10.000 ohms est insérée dars le circuit du potentiomètre et sur le secondaire du transformateur GT, de sorte que le transformateur LT ne peut être court-circuité sur le secondaire du transformateur GT.
Il convient de remarquer que le transformateur de gril- le GT établit un potentiel qui est basé sur une onde composée des branches L1 et L2. Etant donné que l'onde électrique dais la branche L3 du circuit du moteur a toujours un décalage de pha- se de 180 par rapport aux ondes composées correspondantes dans les branches L1 et L2' le potentiel établi par le transformateur LT est toujours décalé de 180 par rapport au potentiel établi par le transformateur GT, c'est à dire qu'il est contraire. Le potentiel du transformateur GT produit l'allumage- des grilles G ou la coupure du passage du courant dans les tubes RT alterna- tivement, lorsque chaque grille G devient positive et met hors circuit le tube respectif quand sa grille G devient négative.
Le potentiel venant du transformateur LT est appliqué à une certaine valeur, suivant le réglage du potentiomètre P, de sorte que le potentiel du transformateur LT neutralise exacte- ment d'abord l'un puis l'autre des potentiels des résistances GB.
Etant donné que le potentiel fourni par le transformateur LT est proportionnel au courant passant dans les branches du circuit du moteur (en particulier dans la branche L3), le potentiel fourni par lui ne peut monter à la valeur nécessaire voulue pour neutra- liser les potentiels aux extrémités des résistances GB, à moins que le courant passant par la branche L3 et par conséquent allant au moteur lui-même, soit assez élevé pour engendrer un tel poten- tiel neutralisant. En conséquence, il peut arriver que tant que le courant du moteur à courant alternatif a une valeur inférieure à celle qui est nécessaire pour engendrer une valeur neutralisan- te dans les résistances GB, les grilles G,des tubes redresseurs RT continuent à s'allumer et à appliquer une pleine excitation,
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courant continu., à l'enroulement CL d'accouplement.
Ceci conti- nue jusqu'à ce quele courant augmente, dans le moteur jusqu'à une valeur qui peut établir dans le potentiomètre P un potentiel neutralisant contre le secondaire du transformateur GT. Ainsi, les grilles G continuent à allumer les tubes et à envoyer le courant dans CL jusqu'à ce que la différence de potentiel four- nie par les transformateurs LT et GT ait une valeur définie.
Les grilles G continuent à allumer les tubes de la même manière, indifféremment de l'approche naissante de ?la valeur de neutra- lisation, c'est à dire, jusqu'à ce que la valeur exacte soit à peu près atteinte. En conséquence, l'ampèremètre AM indique à un haut degré de précision la valeur du couple (suivant quelque constante)auquel il se produit une coupure du passage du cou- rant dans l'accouplement CL.
Il ressort nettement de ce qui précède que les tubes redresseurs RT ne s'allument pas et n'envoient donc pas de courant continu dans la bobine d'accouplement CL à moins d'être rendus actifs, pour s'allumer, par mise sous tension effec- tuée par le transformateur de grille GT. Quand le potentiel du transformateur de .grille GT est neutralisé par le rhéostat potentiomètre P, les tubes RT ne s'allument pas et, puisque le potentiomètre P peut être contrôlé, l'on voit que l'allumage des tubes peut couper le courant à une valeur quelconque désirée du courant dans la ligne L3.
De même, le règlage du rhéostat potentiomètre P n'a pas besoin d'être laissé fixe lorsque l'accélération de la char- ge sur l'arbre 9 se produit. Par exemple, le couple peut faci- lement être r'éduit ou augmenté en fonction du temps, et un dis- positif approprié à action différée peut être utilisé dans ce but.
Il convient de rappeler que la puissance du moteur à courant alternatif 3 est fonction du couple fourni par le mo- teur, suivant un rapport défini. En marche normale, lorsque le
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moteur n'est pas surcharge, ce rapport est presque directement proportionnel et la lecture de l'ampèremètre est donc presque une lecture directe du couple, suivant un multiplicateur cons- tant, avec un, degré de précision suffisant. Si le moteur est surchargé au-delà de son étendue normale de marche, l'ampère- mètre peut être recalibré spécialement en unités de couple.
Des essais effectifs ont montré par exemple que si le couple normal de pleine charge du moteur est de 100 ampères et le moteur démarre pendant que le potentiomètre P est réglé pour que l'ampèremètre indique 100 ampères, le moteur continue à ti- rer à moins de 100 ampères. En outre, il tiretrès faiblement au- dessous de cette valeur d'une manière continue jusqu'à ce que le moteur soit accélére en plein. Ceci signifie, dans le cas d'une centrifuge par exemple, que le moteur exerce continuelle- ment un couple de la valeur maxima admissible prédéterminée, et que la charge est accélérée dans le mini=de temps possible et ce temps d'accélération peut être contrôlé par le potentiomètre de réglage p.
Comme indiqué dans l'exemple ci-dessus, un régulateur de vitesse correspondant GV peut être utilisé en connexion avec l'élément mené de l'accouplement 15. La fig. 1 représente un ré- gulateur de ce genre fixé sur l'arbre 9, et dont le rôle est de contrôler les contacts, ou une pile de carbone ou autre, pour les couper lors d'une augmentation de vitesse ou inversement,
Le circuit de contact du régulateur GV est connecté dans une des lignes L2 allant au transformateur et consiste en une résistance en parallèle avec un condensateur approprié. Cette résistance est également en parallèle avec des contacts représen- tés schématiquement en N qui réagissent par ouverture lorsque l'arbre 9 prend une vitesse trop élevée.
Ainsi, le régulateur diminue simplement le courant et coupe le potentiel utile du transformateur GT pour qu'il soit interrompu quand 1)arbre 9 de
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l'accouplement tend à prendre un surcroit de vitesse et qu'il soit rétabli quand ledit arbre 9 tend à tourner à une vitesse inférieure à celle désirée. Le débit du régulateur GV est très faible en watts, d'autant plus que le seul wattage nécessité est la très faible quantité de courant nécessaire pour passer dans les résistances GB.
On peut se rendre compte que, quoique les tubes re- dresseurs RT soient chacun-des tubes à demi-onde, pris ensemble, ils constituent des dispositifs redresseurs à onde entière.
La fig. 3 représente un circuit électronique sembla- ble ,à celui décrit, mais utilisant du courant continu au lieu de courant alternatif dans les composants de contrôle et uti- lisant également quatre tubes RT1' RT2' RT3 et RT4 se dé- chargeant dans la bobine CL. Les deux tubes 'externes RT1 et RT4 ont un voltage anodique plus élevé que les deux tubes i n- ternes et ordinairement prennent la charge, comme on le; voit.
Dans la; fige 3, L1' L2' L3 est de nouveau le circuit triphasé d'alimentation pour le moteur 3 et les lignes L1 et L2 servent à l'alimentation du transformateur AT. Les quatre tu- bes¯RTI, TR2' RT3 et RT4 sont, comme on le voit, connectés au secondaire du transformateur AT ; ils sont équidistants par paires .sur les cotés opposés de la connexion des points cen- traux pour la bobine CL. L'autre côté de la bobine CL es.t con- necté auxpoints médians des transformateurs KT qui reçoivent également le courant des lignes. L1 et L2' comme aùparavant.
Les cathodes ou dispositifs de chauffage sont de nouveau indi- qués en K, les grilles en G. Les résistances BR sont indiquées '.,en connexion avec les grilles respectives G. Les anodes des tubes'sont désignées par A. On voit ainsi que le changement primaire dans le circuit principal des tubes consiste en la présence de quatre tubes, dont deux prennent ordinairement la charge. ¯Le changement le plus fondamental est la présence de
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courant continu dans le circuit de contrôle, au lieu de courant alternatif comme dans les fig. 1 et 2. Cn utilise trois circuits de contrôle de base qui sont représentés par des rectangles en traits pointillés indiqués d'une manière générale par les ré- férences I, II et III.
La raison pour laquelle on utilise des circuits de contrôle à courant continu est d'éliminer, dans certaines co n- ditions, des difficultés de construction relatives au phasage, à la production de l'effet possible du facteur de puissance, à des connexions incorrectes pouvant facilement être effectuées.
Il est, par exemple, possible d'obtenir des phénomènes momenta- nés quand on utilise un régulateur avec lequel un opérateur peut effectuer une fausse manoeuvre dans le phasage convenable du circuit.
La description ci-après est relative au même circuit général de contrôle du couple et au même circuit de régulateur qee ceux qui ont déjà été représentés fig. 2, en parlant d'une manière générale, mais il est fait usage de courant continu, au lieu de courant alternatif, pour les diverses opérations de con- trôle.
On peut appeler le circuit de contrôle I circuit auxi- liaire de base négatif, le circuit de contrôle 115 circuit au- xiliaire régulateur et le circuit de contrôle III, circuit auxi- liaire du couple.
Le potentiel auxiliaire négatif de base se règle au moyen du potentiomètre PT ; de sorte que les deux tubes externes RT1 et RT4 ont un potentiel négatif moindre que celui des deux tubes internes RT2 et RT3. Les tubes externes fonctionnent donc toujours, à moins que l'un d'eux aitune panne. Il en résulte un contrôle de base sous l'action duquel les deux tubes externes fonctionnent toujours, indépendamment de phénomènes passagers quelconques produisant leur fonctionnement intempestif. Toute -
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fois, le fonctionnement continu normal des deux tubes extérieurs
RT1 et RT4 est assuré non seulement par le voltage anodique plus élevé, mais par une quantité moindre de potentiel négatif sur les grilles.
En suivant le circuit I, le courant continu venant du redres- seur R1 passe par un circuit filtre contenant des condensateurs
121 et 131 avec une bobine de réaction 111 interposée entre des connexions des condensateurs de la manière conventionnelle. La résistance potentiomètre PT produit une charge uniforme d'une grandeur très faible dans le redresseur R1.
Au point 29, un voltage négatif d'une valeur égale par exemple à -12, est dérivé de la résistance PT et appliqué aux grilles des tubes externes RT1 et RT4. Au point 28, un voltage négatif de valeur plus élevée égale à-16 est dérivé et appliqué aux grilles des deux tubes RT2 et RT3. Normalement, la tension auxiliaire négative décrite et établi par le circuit auxiliaLre à tension négative 1 empêche les tubes de s'allumer, de sorte qu'aucun courant continu n'est amené à l'accouplement CL.
Le redresseur R2 du circuit auxiliaire II du régulateur est disposé de telle sorte qu'il n'y a production de courant con- tinu que lorsque les contacts N dans le régulateur sont fermés ou, le cas échéant, une très faible quantité peut être fournie par la résistance GR, quantité qui.est insuffisante pour affecter de manière appréciable lecircuit, GR ayant une valeur élevée. La résistance LR est de préférence branchée sur le primaire du trans- formateur 20, de façon à contrôler la charge aux points de contact -'du régulateur pour leur permettre de laisser passer le courant et pour les tenir propres.
Le positif du redresseur R2 du régulateur est,relié au positif du circuit I au point 51. Le côté négatif est connecté (par l'intermédiaire de la résistance TBB) au sommet d'-une résistance BB de blocage auxiliaire, de manière à placer une charge négative en un point 81 de la résistance BB quand le régulate-ur ferme les contacts.
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Supposons que les contacts du régulateur sont ouverts, et qu'aucun courant ne traverse le redresseur R2. Le redresseur R1 fournit un potentiel uniforme courant continu. En cvnséçuen- ce, tous les conducteurs etéléments métalliques connectés au point 51 dans le circuit I ont une valeur positive et comme au- cun courant appréciable ne passe, par suite de la valeur élevée des résistances de blocage BR dans les grilles des tubes, une condition positive à peu près uniforme se rencontre dans tous lesdits conducteurs ou éléments métalliques.
Par suite, les ca- thodes K dans les tubes ont une valeur positive, tandis que dans chaque tube les grilles étant connectées aux points 28 et 29 du potentiomètre PT ont toutes une valeur négative normale et uniforme, empêchant ainsi les tubes de s'allumer.
Supposons maintenant que les contacts du régulateur sont fermés dans le circuit II. Un potentiel négatif ou retrait de courant surviendra dans la résistance TBB, aux points 91 et 81. par suite, la fermeture de point du régulateur produit une sous- traction de positif au point 81. La différence de potentiel en- tre les cathodes K et les grilles est donc réduite d'une manière intermittente, de sorte que les tubes peuvent s'allumer. La ré- sistance BB est nécessairement d'une valeur plutôt élevée, qui est, comme représenté, de 10.000 ohms, de sorte que ce potentiel ne peut pas se redresser ou s'équilibrer lui-même instantanément.
Cependant, on peut se rendre compte que la fermeture des points du régulateur produit l'allumage des tubes. La caractéristique de ces tubes est, comme précédemment, de rester allumés tant que le potentiel anodique reste dans l'aire positive du cycle ou sans considération d'onde.
En ce qui concerne le circuit III de contrôle du couple, il est fourni par le transformateur 23. Le primaire d'un autre transformateur 21 fournit une charge inductive au transformateur d'intensité 23. Le 'transformateur 21 alimente le redresseur Rg.
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Une résistance 22 établit une charge uniforme sur le débit du transformateur d'intensité 21, de telle sorte qu'in-dépendamment du réglage du potentiomètre P1 à aucun moment le débit ne reste sans charge.
Le potentiomètre- P1 peut être réglé pour disposer d'un certain potentiel nécessaire pour atténuer ou arrêter l'allumage des tubes suivant la valeur du courant en ampères dans la ligne
L3. On remarquera que la bor,ne positive du redresseur R3 es t connectée au point 81 par le point 91. Dans ce cas, la source du positif dans le redresseur R3 se rétablit d'elle-même posi- tivement au point 81. La résistance TBB fournit, dans ce cas une charge pour le redresseur R3. Elle établit et maintient un posi- tif relativement élevé au pôint 91, à cause de sa valeur. Il convient de remarquer- également que la résistance TBB a une valeur égale, à la moitié de celle de la résistance BB.
La raison en est que la résistance TBB doit permettre un effet négatif suffisant à travers les points 114, 91 et 81 par 51, pour permettre au régulateur de fonctionner, mais la résistance TBB fonctionne éga- lement pour permettre le passage du courant positif du redresseur R3 au point 8 par le point 91, malgré la charge à travers TBB sur le redresseur R3. Par conséquent, lorsque le courant dans la ligne d'amenée Le augmente jusqu'à une valeur produisant un voltage positif du'redresseur R3 pour rétablir la valeur de po- tentiel "non allumé" au point 81, indépendamment de l'ouverture et de la fermeture du régulateur-, les tubes ne s'allument pas.
Ainsi, le contrôle- de la vitesse du régulateur est devancé par -le contrôle du circuit auxiliaire du couple. De cette manière, le circuit III de contrôle du couple peut empêcher le fonction- nement des tubes quand le courant désiré dans le moteur est dé- passe par suite de surcharge, ),,Non seulement le circuit III de contrôle du couple comporte des moyens pour limiter le couple que le moteur peut exercer, maie il comporte également un dispositif de sécurité, de sorte que le
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moteur 3 ne peut être arrêté dans certaines conditions par exemple lorsque le regulateur a été placé et inconsidérément laissé dans une condition de vitesse élevée par l'opérateur qui peut le faire tourner sur tous les circuits en même temps,
sans s'assurer lui-même que le régulateur a été tourné dans la posi- tion zéro.
Dans le cas de gros moteurs avec accouplements à cou- rants de Foucault, les inerties du rotor du moteur et des éle- ments de l'accouplement peuvent être élevées. Dans ce cas, en appliquant l'excitation entière, ce qui se produirait si le ré- gulateur était au repos et réglé pour une vitesse quelconque élevée, on produirait l'arrêt du moteur 3, car il ne pourrait développer un couple suffisant pour accélérer les masses aussi rapidement que l'accouplement à courants de Foucault le néces- siterait. Le circuit III de contrôle du couple est un moyen d'ob- vier à une telle condition d'arrêt.
Comme autre dispositif de sécurité, l'on peut insérer un relais SW à action différée dans la ligne qui alimente AT, ses contacts étant disposés pour rester ouverts jusqu'à ce qu'ils soient actionnés par la bobine C. Ceci retarde le moment auquel les voletages anodiques sont appliqués, même lorsque tous les transformateurs cathodiques ont préalablement reçu directement du courant des lignes L1' L2. Ainsi les transformateurs KT re- goivent d'abord du courant, puis après un temps prédéterminé le commutateur SE/ ferme le circuit.
Un autre contact Si'1 1 peut également être inséré dans une branche du transformateur d'intensité 23 pour protéger contre un fort à-coup de courant dans le moteur 3, lorsque le commuta- teur de ligne LSW est fermé sur le moteur. Cn sait que les mo- teurs d'induction prennent sept fois le plein courant de charge normal lorsqu'ils sont connectés au travers de la ligne. Une telle condition peut, le cas échéant, faire brûler le redresseur
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R3 à cause des forts survoltages qui lui sont appliques. C'est pourquoi, le contact SW1 est p lacé dans le circuit du trans- formateur 23 et ferme au bout d'un temps prédéterminé les con- tacts LSW dans le circuit d'alimentation, afin d'éviter toute détérioration du redresseur R3.
Le contact SW1 se ferme en même temps que SW, les deux'contacts faisant partie du relais à action différée.
Il est bien entendu que les contacts à action diffé- rée et les pièces de commande SW etSW1 ne sont représentés que schématiquement, ces dispositifs étant connus en eux-mêmes.
Des avantages additionnels des circuits à courant con- tinu représentés fig. 3 consistent en ce que le phasage du trans- formateur 11 et celui d'une autre partie quelconque du circuit n'est pas nécessaire. On a également constaté que les tubes à vide sont plus stables lorsqu'on utilise du courant continu. On la peut utiliser des tubes redresseurs à vide à/place des, redres- seurs R1' R2 ou R3.
Il ressort de ce qui précède que les différents buts de l'invention sont atteints et d'autres résultats avantageux obtenus.
Diverses modifications peuvent être apportées aux constructions ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Il est bien entendu que toutes les matières contenues dans la pré- sente description et représentées par le dessin ci-joint ne le sont qu'à titre, indicatif et non limitatif.
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improvements to torque control devices for ac motors.
The present invention relates to improvements to devices for controlling the torque of a motor supplied by an alternating current circuit.
It is often advantageous to be able to set and maintain in a known ratio, relative to the full load torque of a motor, the maximum torque which is applied to this motor, particularly in the case of current motors. alternative. This is useful in various applications.
If, for example, it is desired to accelerate a centrifugal machine or the like in the minimum possible time, it is advantageous to be able to set the torque to a predetermined torque of safety overload for the motor. and of
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arrange for the acceleration to take place under uniform conditions of said overload torque from the start to the end of the operation, without the need for further manual adjustment by the operator. This allows the centrifugal machine to accelerate in the shortest possible time compatible with the safety load of the motor.
In the case of AC motors coupled to their loads by devices which maintain a constant predetermined rate of flow, it is frequently desirable to limit the torque that the motor can apply to machines operating under varying loads and also to operate. as a safety device against extreme overload when starting.
It is also useful to be able to limit or control the torque when mixing plastics, glues and the like, where, after thickening, the load from the mixing can increase to undesirable values with regard to the motor. , but where the slowing down of the stirring can be tolerated with a limitation of the motor torque if there is absolute assurance against the complete stopping of the movement
The present invention fulfills all the objects mentioned above and essentially consists in controlling the amount of the alternating current motor torque supplied to the load,
by using between the motor and its effective load an electromagnetic eddy current coupling, the field of which is supplied by direct current from rectifiers which are controlled so as to ignite and switch on the field of the coupling by rectifying of a part of the motor supply circuit, a voltage. regulator of another part of the motor circuit being sent to the rectifier gates in an alternating and defined manner to stop their ignition and, consequently, to stop the supply of current to the coupling
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when the value of the current in the AC power supply circuit of the motor rises to the desired point.
The invention is described below with reference to the attached drawing in which:
Fig. 1 is a schematic sectional view of the mechanical apparatus forming part of the invention.
Fig. 2 is a diagram of the connections of a torque control circuit according to the invention.
Fig. 3 is a circuit diagram of an alternative torque control circuit.
The same references are used to indicate the corresponding parts in the different figures of the drawing.
Referring more particularly to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a combination of electric motor and electromagnetic eddy current friction clutch assembly, consisting of an alternating current motor element 3, the rotor 4 of which is keyed on a rotating sleeve 5.
This sleeve is mounted on bearings 7 which are, in turn, carried by a shaft 9. The shaft 9 constitutes the driven element and rotates in bearings 11 in a housing 13. A variable-friction magnetic coupling is maintained. between the sleeve 5 and the shaft 9 by means of an electromagnetic eddy current friction coupling 15 comprising an eddy current drum 6 and an ac field coil indicated by CL. The coil CL is carried by a toothed rotor 8 keyed on the shaft 9. This coil is connected by the intermediary of the friction rings 17 to which the current is supplied for the activation of the coil for the purpose of. realize a magnetic friction coupling.
Referring now more particularly to FIG. 2, we see at L1, L2 ′ L3 a three-phase alternating current circuit which supplies the motor 3 with alternating current. In CL
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There is the winding of the friction clutch which provides a DC load to the coupling when the coupling magnetizes. The direct current for this load is supplied by a pair of three element RT rectifier tubes, incandescent cathode and gas filling, of the half wave type.
In AT is an anode transformer which supplies current for the DC load of the coupling, the primary of this AT transformer also being connected to the line wires Li and L2 of the AC power supply circuit.
The anodes A of the RT tubes are shown on the opposite ends of the secondary of the anode transformer AT.
The cathodes of the heating tubes or devices K receive current from a heating transformer KT, the primary of which also receives current through the line wires L1 and L2. The KT heating transformer is regulated by means of a Fil heating rheostat.
The grids of RT tubes are shown as G. BR resistors are grill current limiting resistors, in which the gate currents are kept low, two or three micro-amps at most.
A suitable vapor for these BR resistors is 50,000 @hms.
The opposite ends of the secondary of the transformer KT are respectively connected to the cathodes K of the rectifier tubes RT.
The secondaries of the anode transformer AT and the cathode transformer KT are connected together at their center points as shown in the drawing, by the coupling coil CL which supplies the DC load. Thus, the direct current load by the coupling coil CL can pass, when the device allows it, between the central points of the transformer AT and of the transformer KT and through the tubes.
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rectifiers RT alternately, since the respective tubes RT are alternately turned on or off by the grids G, so that the current flows in a manner which will be described later.
In GT is represented a gate transformer which does not supply practically any current to the system, but primarily functions to put the gates G under voltage alternately to produce the ignition and the extinction by the tubes RT.
This transformer GT has its primary also connected to the feed lines Li and L2 'as shown, with or without corresponding speed regulator GV on the feed line L1.
The secondary voltage of the GT gate transformer is approximately 100 volts, but it can be adjusted to suit the circuit requirements. The GB resistors for example, of 10,000 ohms each and themselves in series, are connected to the secondary of the transformer, GT for. keep the current in the secondary at a low value. As a result, the potentials at the opposite ends of the two GB resistors (considered in series) are applied to the gates G through the LV resistors. A center point between the GB resistors is connected to the center point of the heating transformer KT so as to form a basis for a grid-cathode potential ratio.
On the conductor L3 to the motor are placed one or two turns of wire W used as the primary of the current transformer LT which is a series primary transformer, with high secondary voltage, as shown. On this secondary is placed an adjustable potentiometer P which can be graduated or adjusted by an operator, This adjustment can be made with a view to reading an ammeter AM which is placed on the conductor L3 going to the motor, so that the The operator can ensure at all times to what current and / or to what torque motor 3 is limited.
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A 10,000 ohm RL resistor is inserted through the potentiometer circuit and on the secondary of the GT transformer, so that the LT transformer cannot be shorted on the secondary of the GT transformer.
It should be noted that the grill transformer GT establishes a potential which is based on a wave composed of branches L1 and L2. Since the electric wave in branch L3 of the motor circuit always has a phase shift of 180 with respect to the corresponding compound waves in branches L1 and L2 'the potential established by transformer LT is always shifted by 180 compared to the potential established by the transformer GT, ie it is the opposite. The potential of the transformer GT produces the ignition of the grids G or the cut-off of the current flow in the tubes RT alternately, when each grid G becomes positive and switches off the respective tube when its grid G becomes negative.
The potential from transformer LT is applied to a certain value, depending on the setting of potentiometer P, so that the potential of transformer LT first neutralizes both of the potentials of resistors GB exactly.
Since the potential supplied by the LT transformer is proportional to the current flowing in the branches of the motor circuit (in particular in the L3 branch), the potential supplied by it cannot rise to the necessary value desired to neutralize the potentials. at the ends of the resistors GB, unless the current flowing through the branch L3 and consequently going to the motor itself, is high enough to generate such a neutralizing potential. As a consequence, it may happen that as long as the current of the AC motor has a lower value than that which is necessary to generate a neutralizing value in the resistors GB, the grids G, rectifier tubes RT continue to ignite. and apply full excitement,
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direct current., to the CL coupling winding.
This continues until the current increases, in the motor up to a value which can establish in the potentiometer P a neutralizing potential against the secondary of the transformer GT. Thus, the gates G continue to ignite the tubes and send current to CL until the potential difference supplied by the transformers LT and GT has a defined value.
The grids G continue to light the tubes in the same way, regardless of the emerging approach to the neutralization value, ie, until the exact value is roughly reached. Consequently, the ammeter AM indicates with a high degree of accuracy the value of the torque (following some constant) at which there is an interruption of the flow of current in the CL coupling.
It is clear from the above that the rectifier tubes RT do not ignite and therefore do not send direct current into the coupling coil CL unless they are made active, to ignite, by energizing performed by the GT gate transformer. When the potential of the grid transformer GT is neutralized by the potentiometer rheostat P, the RT tubes do not light up and, since the potentiometer P can be controlled, it is seen that the ignition of the tubes can cut the current at any desired value of the current in line L3.
Likewise, the adjustment of the potentiometer rheostat P does not need to be left fixed when the acceleration of the load on the shaft 9 occurs. For example, torque can easily be reduced or increased over time, and a suitable delayed action device can be used for this purpose.
It should be remembered that the power of the AC motor 3 is a function of the torque supplied by the motor, according to a defined ratio. In normal operation, when the
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motor is not overloaded, this ratio is almost directly proportional and the reading of the ammeter is therefore almost a direct reading of the torque, following a constant multiplier, with a sufficient degree of precision. If the motor is overloaded beyond its normal operating range, the ampere meter can be specially recalibrated in torque units.
Actual tests have shown, for example, that if the normal full load torque of the motor is 100 amps and the motor starts while the potentiometer P is set so that the ammeter reads 100 amps, the motor continues to draw at less. of 100 amps. In addition, it dashes very weakly below this value continuously until the engine is fully accelerated. This means, in the case of a centrifuge for example, that the motor continuously exerts a torque of the predetermined maximum permissible value, and that the load is accelerated in the minimum possible time and this acceleration time can be controlled by the adjustment potentiometer p.
As shown in the example above, a corresponding speed regulator GV can be used in connection with the driven element of the coupling 15. Fig. 1 shows a regulator of this type fixed on the shaft 9, and the role of which is to control the contacts, or a carbon stack or the like, to cut them during an increase in speed or vice versa,
The contact circuit of the GV regulator is connected in one of the lines L2 going to the transformer and consists of a resistor in parallel with a suitable capacitor. This resistor is also in parallel with the contacts shown schematically in N which react by opening when the shaft 9 takes too high a speed.
Thus, the regulator simply decreases the current and cuts the useful potential of the transformer GT so that it is interrupted when 1) shaft 9 of
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the coupling tends to increase in speed and that it is reestablished when said shaft 9 tends to rotate at a speed lower than that desired. The output of the GV regulator is very low in watts, especially since the only wattage required is the very small amount of current required to pass through the GB resistors.
It can be appreciated that although the RT rectifier tubes are each half wave tubes, taken together, they constitute full wave rectifier devices.
Fig. 3 shows an electronic circuit similar to that described, but using direct current instead of alternating current in the control components and also using four tubes RT1 'RT2' RT3 and RT4 discharging in the coil CL . The two outer tubes RT1 and RT4 have a higher anode voltage than the two inner tubes and usually take the load as is required; sees.
In the; Fig 3, L1 'L2' L3 is again the three-phase supply circuit for motor 3 and lines L1 and L2 are used to supply transformer AT. The four tubes RTI, TR2, RT3 and RT4 are, as can be seen, connected to the secondary of transformer AT; they are equidistant in pairs on the opposite sides of the connection of the center points for the coil CL. The other side of the CL coil is connected to the midpoints of the KT transformers which also receive current from the lines. L1 and L2 'as before.
The cathodes or heaters are again indicated in K, the grids in G. The resistances BR are indicated '., In connection with the respective grids G. The anodes of the tubes' are designated by A. It is thus seen that the primary change in the main circuit of tubes consists of the presence of four tubes, two of which usually take the load. ¯ The most fundamental change is the presence of
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direct current in the control circuit, instead of alternating current as in fig. 1 and 2. Cn uses three basic control circuits which are represented by rectangles in dotted lines indicated generally by the references I, II and III.
The reason for using DC control circuits is to eliminate, in some configurations, construction difficulties relating to phasing, producing the possible power factor effect, incorrect connections. that can easily be done.
It is, for example, possible to obtain momentary phenomena when using a regulator with which an operator can perform a false operation in the proper phasing of the circuit.
The description below relates to the same general torque control circuit and to the same regulator circuit as those which have already been shown in fig. 2, speaking generally, but direct current is used instead of alternating current for the various control operations.
Control circuit I can be called the negative basic auxiliary circuit, control circuit 115 regulator auxiliary circuit and control circuit III, auxiliary torque circuit.
The basic negative auxiliary potential is adjusted by means of the potentiometer PT; so that the two outer tubes RT1 and RT4 have a lower negative potential than that of the two inner tubes RT2 and RT3. The outer tubes therefore always work, unless one of them has failed. This results in a basic control under the action of which the two outer tubes always operate, independently of any transient phenomena causing their untimely operation. Any -
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times, the normal continuous operation of the two outer tubes
RT1 and RT4 is provided not only by the higher anode voltage, but by a lesser amount of negative potential on the gates.
Following circuit I, the direct current coming from rectifier R1 passes through a filter circuit containing capacitors
121 and 131 with a feedback coil 111 interposed between connections of the capacitors in the conventional manner. The potentiometer resistor PT produces a uniform load of a very small magnitude in the rectifier R1.
At point 29, a negative voltage of a value equal for example to -12, is derived from the resistance PT and applied to the grids of the outer tubes RT1 and RT4. At point 28, a negative voltage of higher value equal to -16 is derived and applied to the gates of both tubes RT2 and RT3. Normally the negative auxiliary voltage described and established by the negative voltage auxiliary circuit 1 prevents the tubes from igniting, so that no direct current is supplied to the CL coupling.
The rectifier R2 of the auxiliary circuit II of the regulator is arranged in such a way that a direct current is produced only when the contacts N in the regulator are closed or, if necessary, a very small quantity can be supplied. by resistance GR, an amount which.is insufficient to appreciably affect the circuit, GR having a high value. Resistor LR is preferably connected to the primary of transformer 20, so as to control the load at the contact points of the regulator to allow them to pass current and to keep them clean.
The positive of rectifier R2 of the regulator is, connected to the positive of circuit I at point 51. The negative side is connected (through resistor TBB) to the top of an auxiliary blocking resistor BB, so as to place a negative charge at a point 81 of resistance BB when the regulator closes the contacts.
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Suppose the regulator contacts are open, and no current flows through rectifier R2. The rectifier R1 provides a uniform direct current potential. As a result, all the conductors and metallic elements connected to point 51 in the circuit I have a positive value and as no appreciable current passes, due to the high value of the blocking resistors BR in the grids of the tubes, a approximately uniform positive condition is found in all said conductors or metallic elements.
As a result, the K cathodes in the tubes have a positive value, while in each tube the grids being connected to points 28 and 29 of the PT potentiometer all have a normal and uniform negative value, thus preventing the tubes from igniting. .
Now assume that the regulator contacts are closed in circuit II. A negative potential or current withdrawal will occur in resistor TBB, at points 91 and 81. As a result, the point closing of the regulator produces a positive subtraction at point 81. The potential difference between the cathodes K and the grates is therefore reduced in an intermittent manner, so that the tubes can light up. The resistance BB is necessarily of a rather high value, which is, as shown, 10,000 ohms, so that this potential cannot straighten out or balance itself instantly.
However, it can be seen that closing the regulator points produces ignition of the tubes. The characteristic of these tubes is, as before, to remain on as long as the anode potential remains in the positive area of the cycle or without considering the wave.
As regards the torque control circuit III, it is supplied by the transformer 23. The primary of another transformer 21 supplies an inductive load to the current transformer 23. The transformer 21 supplies the rectifier Rg.
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A resistor 22 establishes a uniform load on the flow of the current transformer 21, so that independently of the setting of the potentiometer P1 at no time does the flow remain unloaded.
The potentiometer - P1 can be adjusted to have a certain potential necessary to attenuate or stop the ignition of the tubes according to the value of the current in amperes in the line.
L3. Note that the positive terminal of rectifier R3 is connected to point 81 by point 91. In this case, the source of positive in rectifier R3 restores itself positively at point 81. Resistance TBB provides, in this case a load for the rectifier R3. It establishes and maintains a relatively high posi- tive at point 91 because of its value. It should also be noted that resistance TBB has a value equal to half that of resistance BB.
The reason is that the resistor TBB must allow sufficient negative effect through points 114, 91 and 81 by 51, to allow the regulator to operate, but the resistor TBB also operates to allow the positive current to flow from the rectifier. R3 at point 8 through point 91, despite the load through TBB on rectifier R3. Therefore, when the current in the feed line Le increases to a value producing a positive voltage of the rectifier R3 to restore the value of "not on" potential at point 81, regardless of opening and closing. when the regulator is closed, the tubes do not light up.
Thus, the control of the speed of the regulator is preceded by the control of the auxiliary torque circuit. In this way, the torque control circuit III can prevent the operation of the tubes when the desired current in the motor is exceeded due to overload.) ,, Not only the torque control circuit III has means to limit the torque that the motor can exert, but it also has a safety device, so that the
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engine 3 cannot be stopped under certain conditions, for example when the regulator has been placed and inconsiderately left in a high speed condition by the operator who can run it on all the circuits at the same time,
without making sure that the regulator has been turned to the zero position.
In the case of large motors with eddy current couplings, the inertias of the motor rotor and of the coupling elements can be high. In this case, by applying the entire excitation, which would happen if the governor were at rest and set for any high speed, we would produce the stop of motor 3, because it could not develop sufficient torque to accelerate. masses as quickly as the eddy current coupling would require. The torque control circuit III is one means of overcoming such a stopping condition.
As another safety device, a delayed action SW relay can be inserted into the line that powers AT, its contacts being arranged to remain open until they are actuated by coil C. This delays the time at which the anode shutters are applied, even when all the cathode transformers have previously received current directly from the lines L1 ′ L2. Thus the KT transformers first receive current, then after a predetermined time the SE / switch closes the circuit.
Another contact Si'11 can also be inserted in a branch of the current transformer 23 to protect against a strong surge of current in the motor 3, when the line switch LSW is closed on the motor. It is known that induction motors take seven times the full normal charge current when connected across the line. Such a condition can, if present, cause the rectifier to burn out.
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R3 because of the strong boosting applied to it. This is why the contact SW1 is placed in the circuit of the transformer 23 and closes the LSW contacts in the supply circuit after a predetermined time, in order to avoid any deterioration of the rectifier R3.
Contact SW1 closes at the same time as SW, the two contacts forming part of the delayed action relay.
It is understood that the delayed action contacts and the control parts SW and SW1 are only shown schematically, these devices being known in themselves.
Additional advantages of the direct current circuits shown in fig. 3 consist in that the phasing of the transformer 11 and that of any other part of the circuit is not necessary. It has also been found that vacuum tubes are more stable when using direct current. Vacuum rectifier tubes can be used in place of rectifiers R1, R2 or R3.
It emerges from the foregoing that the various objects of the invention are achieved and other advantageous results obtained.
Various modifications can be made to the above constructions without departing from the scope of the invention. It is understood that all the materials contained in the present description and represented by the attached drawing are only indicative and not restrictive.