<Desc/Clms Page number 1>
" DISPOSITIFS POUR L'ALIMENTATION DE MOTEUR A COURANT CONTINU EN ALTERNATIF AVEC CARACTERISTIQUES VARIABLES ET REGULATION DE
VITESSE AUTOMATIQUE OU MANUELLE".
Le présent brevet a pour objet des dispositifs pour l'ali- mentation de moteur à courant oontinu en alternatif avec carac- téristiques variables et régulation de vitesse automatique ou manuelle et 4 cet effet, l'invention prévoit l'alimentation d'un moteur à courant continu 4 l'aide de courant alternatif redressé par tubes électroniques à vide ou à gaz et la mise à profit de la présence d'une ou plusieurs électrodes de commande dans le ou les tubes redresseurs, pour modifier à volonté les caractéris- tiques du moteur, et sans aucune modification au circuit princi- pal, obtenir la régulation électronique, électrique ou manuelle par l'adjonction de dispositifs accessoires, interchangeables et indépendants de la puissance et du type du moteur.
Le principe du fonctionnement de l'alimentation du moteur à courant continu alimenté dans de telles conditions repose sur les considérations suivantes. ,.
<Desc/Clms Page number 2>
La tube redresseur étant par exemple un thyratron (vapeur de mercure) ou autre redresseur équivalent, lorsque le potentiel d'anode atteint une valeur déterminée pour un potentiel de grille donné, l'arc S'allume et le courant passe; la grille, quel que soit son potentiel, ne peut éteindre l'aro, une fois amorce.
L'extinction ne peut avoir lieu qu'au moment ou l'intensité du courant d'arc est nulle, pour un potentiel convenable de la grille. En agissant sur le potentiel de grille, on modifie à volonté l'instant d'amorçage ta de l'arc qui s'éteint de lui- même, à l'instant te qui est dépendant des diverses constantes électriques du circuit.
EMI2.1
En considérant le circuit représenté achématiqueaent à la. fig.I,ce dernier comporte les éléments suivants.
A B sont les bornes terminales d'un réseau alternatif à la. ten- sion de V volts. M est l'armature d'un moteur à courant continu,
EMI2.2
dont Itexcitation est indépendante; est une résistance de petite valeur (shunt), 1 le tube thyratron dont la. borne 3 est la cathode, 5 ltanode et ¯4 la grille ou électrode de commande.
Les bornes I et 2 sont prises aux balaisdu moteur. Dans ce circuit appela circuit principal, le moteur M et le thyratron 1
EMI2.3
sont en série. Un dispositif accessoire d'adjonotion IJ. qui com- portera suivant les cas dtapplication différents organe8, est raccords électriquement à plusieurs de ces bornes 1,±.,d..,..Q. ou , toutes, ,du thyratron parI
EMI2.4
Dans la, commande V courant alternatif (voir acheta fig.2) on supnose qu'entre les bornes ;
et 5.. soit insère le pr-li,inire d'un tran8foma.teur de toute petite puissance (quelques watts) dont le secondaire alimente un déphaseur d, dont la phase, par
EMI2.5
rapport 8, celle de c'est , dire du courant alternatif du réseau, peut être réglée entre zéro et 1800 environ les bornes de sortie If et 2g de cette tension déphasée étant réunies:
Il à 3 et 2'à .< Pour un déphase,gee)té donné, l'instant ta d'allumage est déterminé,
Le courant I,qui passe toujours dans le sens de la fléche,
<Desc/Clms Page number 3>
pendant un temps te-ta par cycle traverse l'armature du moteur qui, du fait qu'elle se trouve dans un champ magnétique, dû à l'excitation indépendante, développe un couple-moteur déterminé par le couple résistant et tourne en produisant une force contre électromotrice e proportionnelle à la vitesse.
Modifier ta c'est modifier te-ta, c'est donc modifier l'éner- ,gie fournie au moteur et la vitesse pour un, couple résistant donné.
Le réglage de la vitesse, par ce procédé, revient à varier 1' angle de phase @ ce qui se fait très simplement par modifica- tion d'une impédance dans un déphaseur.
A titre exemplatif, si le déphaseur est constitué comme l'indique le schéma, fig.3, d'un condensateur C et d'une résis- tance en série, connectés au secondaire d'un transformateur, il suffit de modifier la résistance ± qui n'est autre qu'un potentiomètre normalement utilisé en Radio,
D'autres schémas de déphaseurs bien connus sont toutefois applicables.
Le diagramme de la fig.4 représente la variation du couple moteur Cm ou du courant J. en fonction du temps (te-ta) pendant lequel le thyratron laisse passer le courant. L'énergie fournie au moteur augmente avec le temps ( te-ta ).
La fig 5. représente les diagrammes théoriques et expérimen- taux a,b,c,d, qui expriment, à titre exemplatif, comment N, nombre de tours par minute du moteur, varie pour un couple constant 'donné en fonction de #, déphasage de la tension Vg de grille du thyratron T par rapport à V, tension du réseau;
Si l'on cherche à réaliser, le cas général d'un moteur,dont la vitesse varie suivant une fonction donnée du couple moteur, soit l'intensité 1 du courant qui lui est proportionnel, il suffit, dans ce diagramme, fig.5, de reporter sur les différentes courbes a,b,c,d, les valeurs de 1 correspondantes à N et de trou- ver ainsi comment @ varie, en fonction de N ou de I.
Ces va- riations seront compensées par des modifications de la résistance'du
<Desc/Clms Page number 4>
déphaseur..
Oette résistance R peut être l'espace filament-plaque d'un tube électronique, dont la résistance interne est fonction du potentiel des électrodes de ce tube. Ces variations de potentiel se font automatiquement par un dispositif électrique ou électro- nique appropria.
Dans le cas d'une commande par courant continu on applique- ra entre les bornes 3 et 1 une tension continue réglable (par exemple une batterie munie d'un potentiomètre). En changeant la position du curseur du potentiomètre, le potentiel de grille du thyratron T est change par suite, la tension d'amorçage, donc le temps ta. Il en résulte que la -itesse du moteur pour un cou- ple donné dépend de la position du curseur du potentiomètre. Ce potentiomètre et la batterie peuvent être remplacés par un dis- positif électronique ou autre en vue d'obtenir une régulation automatique.
La commande mixte peut être réaliser par la combina'! non des deux systèmes envisagés .
Ceci exposé, les différents dispositifs disjonction au circuit principal envisagé à la fig.I, permettant de réaliser : A) le moteur \ vitesse variable (couple constant),B)le moteur à vitesse constante,0)le moteur a puissance constante, seront décrits dans ce qui suit avec leur mode de fonctionnement ainsi que leurs variantes d'exécution.
A) Voteur à vitesse variable (couple constant).
Plusieurs dispositifs peuvent être envisagés à savoir: I ) En se reportant à la fig.3, le dispositif accessoire d'adjonc- tion D est constitue par un déphaseur dont toute modification manuelle de R donne lieu à une modification concommittante de'la vitesse N du moteur. Le réglage de la. vitesse se faitsimplement par la manoeuvre d'un tout petit rhéostat R. Tout autre système déphaseur peut être appliqué.
2 ) 11 est possible d'effectuer le réglage de la vitesse, d'une manière plus simple enooreen disposant entre les bornes 1 et 2
<Desc/Clms Page number 5>
un potentiomètre dont le curseur est relié à la borne à (fig,b.).
Entre 1' et 2' connectés aux bornes I et 2, existe une différence de potentiel équivalente à la force contre électromotrice du moteur M, augmentée de la chute ohmique de l'armature(cette chute ohmique est en général très petite vis à vis de e.),
Entre 2' et 4', une partie, ' Vg de cette différence de potentiel est prélevée et appliquée entre la cathode 3 et la grille 4 du thyratron T.
Suivant la valeur de Vg le temps te-ta varie.
L'énergie fournie au moteur M, par le réseau au travers du tube redresseur T, varie dans chaque cycle et subséquemment, la titesse de rotation à du moteur,
C'est incontestablement le procédé le plus simple, pour adapter graduellement et manuellement la vitesse d'un moteur à un couple déterminé.
B) Moteur à vitesse constante.
En cherchant 4 obtenir un moteur à vitesse constante, quelque soit le couple, il suffit, dans la fig.5, de tracer une horizontale H d'ordonnée égale au nombre de tours 1 pour trouver comment -l'angle de phase Il/ doit varier en fonction de l'in- tensité I, du courant absorbé.
Pour réaliser ce désidérata, il suffit que la tension aux bornes du shunt s (entre les bornes 2 et 3) corrige le déphaseur d'une manière conforme au diagramme Fig 5. En première approxi- mation, la variation de l'angle de phase est proportionnelle à I dans le domaine du fonctionnement normal d'un moteur,
I) Le schéma de prinoipe ,fig.7, indique une des réalisations possibles du dispositif d'adjonction D. Ce dernier est constitué par une lampe amplificatrice L1, qui amplifie la tension qui appa- rait aux bornes de s et qui est proportionnelle au oourant absorbé par le moteur. La tension amplifiée est redressée par la lampe La et est appliquée k l'une des grilles de la lampe qui joue le rôle de résistance variable dans le déphaseur.
Ce déphaseur, à
<Desc/Clms Page number 6>
titre exemplatif, est constitué d'un pont , trots capacités Q identiques) dans la diagonale, se trouvent insérées la résistance variable et une bobine de self induction @ ( ce déphaseur peut être remplacé par tout autre système déphaseur). La tension déphasée vis à vis de V (bornes I et 5 ou I' et 5') est re- cueillie entre les bornes 3' et 4' qui sont respectivement reliées à 3 et4; c'est la tension Vg de grille du thyratron. B1 etB2 sont deux batteries fournissant la tension continue de plaque de L1 et la potentiation de grille L3 peuvent évidemment être remplacées par les tensions anodiques de schémasbien connus.
Dans ce procédé, à chaque cycle, le temps te-ta est approprié à sa valeur convenable.
2) Un résultat très approximativement identique est obtenu de manière beaucoup plus simple, en réalisant l'un des deux schémas suivant ,fig.8 et 8'.
7 et alimentent le primaire d'un transformateur Tr dont le secondaire est un déphaseur où la variation de phase se fait en modifiant manuellement la résistance B.
Les bornes de sortie du déphaseur I' et 4' sont respective- :nent reliées aux bornes . et 4 du schéma principal de la fig.I,
En modifiant R, on adapte la vitesse de rotation du moteur à la valeur désirée.
La régulation de la vitesse se fait, par ce procédé, en fournissant de l'énergie au moteur pendant un nombre variable de cycles par unité de temps,suivant la grandeur du couple rosis-* tant appliqué , l'arbre du moteur.
R, ayant une valeur déterminée, la phase # est fixée et te-ta est pratiquement constant, sa valeur étant fonction de
Lorsque le couple résistant augmente, l'intensité moyenne du courant absorba par le moteur augmente, la vitesse instantanée N du rotor diminue; la force contre électromotrice e diminue.
Comme la tension appliquée au tube redresseur u est égale à V-e et que V est constant (tension du réseau), u augmente, par conséquent le thyratron fonctionne avec un te-ta très peu supérieur
<Desc/Clms Page number 7>
à sa valeur envisagée précédemment.
Le moteur accélère, la force contre électromotrice e augmen- te, par suite, u = V - e diminue. A un moment donné, u est inférieur à la tension de fonctionnement du tube redresseur qui cesse de fonctionner,
Il résulte des variations des différentes grandeurs élec- triques envisagées, un équilibre qui fait en sorte que le moteur est soumis à une vitesse moyenne constante et indépendante de la charge de la machine. La vitesse osoille autour d'une valeur déterminée suivant la grandeur du couple résistant.
Le schéma ,fig.8, représente un potentiomètre P dérivé entre les bornes 1 et 5,; une partie de la tension V est réin- jectée dans la grille par le ourseur dont est relié à 4 et le fonctionnement est tout à fait analogue au précédent.
3) La correction pour le maintien rigoureux de la vitesse du moteur se fait également par l'injection d'une tension continue supplémentaire et proportionnelle au courant absorbé, dans le circuit de grille du thyratron.
Pour les deux cas envisagés au seoundo et corrigés, les figures 9 et 9' indiquent le procédé.
La tension aux bornes du shunt entre 2 et 3, est appliquée à la lampe-amplificatrice L1.
Dans la plaque, un transformateur alimente le circuit re- dresseur, constitué comme précédemment de la lampe diode L2, d'une capacité C et d'une résistance R.
La tension continue apparaissant aux extrémités de R est, insérée en série, soit aveo la tension d'un déphaseur, fig.9, soit avec la tension aux bornes du curseur du potentiomètre, fig.9', pour potentier la grille du thyratron(tube redresseur) connectée à 4 du circuit principal.
4) Contrôle supplémentaire de la vitesse du moteur.-Ce contrôle est réalisé de la manière suivante. Le schéma est identique à celui de la fig.7, à cela près, qu'entre les bornes 1 et 2, est
<Desc/Clms Page number 8>
inséré un potentiomètre P dont le ourseur potentie négativement
EMI8.1
et supplementairefaeut la grille de la. lampe dn déphaseur, fiç.10.
Lorsque la vitesse augmente,, e augmente et la tension ccwtinue négative supplémentaire appliquée , la grjlle de la lampe du do-ohaseur, augmente, elle tend a diminuer la vitesse du moteur,
Un réglage judicieux de la position du curseur du poten- tiomètre maintient la vitesse constants.
C) Moteur à puissance constante.
EMI8.2
En se reportant au diagramme,fig.5,. et y traçant comment 1 v3ïie en fonctj on d.e I pour que la. giissaT:ce W reste constante (courbe hyperbolique de la fig.11) on obtient / en fonction de N ou de 1.
Le problème c0?7S9te c0riri7e dans un des schémas précédents, varier la, résistance du déphaseur, soit la tension de grille de la lampe LS de manière 8, satisfaire1f= f (N) ou f (l).
=f(N) est donnée par la figure II (courbe hyperbolique).
Cette courbe peut, en première approxima.tion, être considérée comme constituée de deux segments de droites raccordés par une courbe.
Si la tension aux bornes de la grille de L3 est positive,
EMI8.3
la résistance du tube est constante, grce . la. résj St0..-l'.)1;: Ru en série avec elle,
EMI8.4
Lorsque cette tension devient négative, r augJ;18:r'e .
Le schéma, fig.12, donne un moyen dzarr3.v7er à, ce résultat.
-Le pot-lentjorii'ctre P, branche entre I et 3. donne la tension de grille de la lampe L1. Cette tension augmente, lorsque la vitesse du moteur augmente. L1 est une lampe amplificatrice à courant continu èt à pente variable. La pente est Modifiée par le
EMI8.5
Dotentjomètre Pz dérivé aux boxnes de la batterie de la plaque &.
La différence de potentiel qui existe entre la borne 2 et la plaque de h,, potentie n4gativ9nent la grille de L, ; 3 la batterie B2 en série abaisse le potentjel de la grille. Lorsque la vitesse est grande, le potentiel de la. grille de la lampe L3 équivaut à la différence entre les potentiels des batteries B1
<Desc/Clms Page number 9>
et B2 (mises en opposition) diminua de la chute de tension dans la résistance Rp de la plaque, il peut être positif, attendu que cette chute de tension est faible.
Lorsque la vitesse diminue, le potentiel de L3 diminue et devient négatif pour un réglage de la vitesse correspondant à la forme admise par la oourbe.
Il est à remarquer que dans les différente..' schémas expli- cités les lampes L2 peùvent être remplacées par des redresseurs secs,
Il y a lieu aussi de faire remarquer que dans tous les schémas, le shunt.! peut être remplacé par le primaire d'un petit transformateur d'intensité. Si le secondaire de ce transforma- teur est convenablement adapté,la tension secondaire, propor- tionnelle au courant primaire peut être suffisamment élevée pour permettre d'éviter l'emploi de la lampe amplificatrice L1.
Le redressement de la tension peut être obtenu par un redres- seur sec en remplacement de la lampe La, Ce montage permet le redressement d'une ou de deux alternances,
A titre exemplatif on reproduit dans le schéma ,fig.I3, selui . de la fig.IO, se rapportant au contrôle de la vitesse du moteur et modifié en tenant compte de cette substitution du shunt s par le primaire .de petit transformateur envisagé.
Dans ces conditions, le dispositif accessoire d'adjonction sera établi comme suit : Le transformateur Tr à son primaire inséré en lieu et place du shunt s (Ce transformateur Tr de même que le shunt 9 peut être placé en série en n'importe quel point du circuit principal de la fig.I) aux bornes du secondaire de ce transformateur se trouvent en série le redresseur sec 0 X et la résistance de charge R 'shuntée par la capacité C.
La partie de la tension entre et .5 prise par le curseur du poten- tiomètre P et envoyée à la grille (borne 4) du thyratron, est associée en série avec la tension continue obtenue par le re- dresseur, Une variante du dispositif d'adjonction représenté à la fig.13 et relatif au maintien de la vitesse constante d'un
<Desc/Clms Page number 10>
moteur, est obtenue en remplaçant le redresseur sec 0 X envisagé par un déphaseur convenablement établi,, le schéma, de la. fig.I4
EMI10.1
reo-r4sente cette variante, De tout ce qui procède,certaines oonaidérations suivantes ainsi que les avantagea des dispositifs d'alimentation envisagés, ressortiront de l'exposa ci-dessous.
EMI10.2
1) Cornme pratiouDment,llénergîe nécessaire au fonctionnement d'une électrode de oomr1ade d'un tube est extreme)B3nt petite, le dis- positif disjonction agissant sur cette Electrode,est indépendcmt de la puissance et du type du moteur,il est interchangeable.
2)La caractéristique d'un, moteur dépend soit du nombre de fois que fonctionne le tube par unité de temps,le fonctionnement étant tou- jours identique à lui-même, soit du temps de fonctionnement du re- dresseur pendant la durée d'une période. La ou les grilles de commande suivant leur potentiation instantanée ou moyenne peuvent
EMI10.3
déterminer, se nombre de fonct3onnements par uni té de temps ou le temps de fonctionnement par période.On peut réa113er ainsi le moteur à vitesse variable en fonction du couple suivant une loi
EMI10.4
imnosée à l'avance.Comme oas particuliers, on citera, entr 1 autres;
?)le moteur à couple constant et vitesse variable b)àcouple va-
EMI10.5
riable et à vitesse constante o). puissance constante d) intensité constante, 3)les dispositifs Poce3soîres d'adjonctions sont extrèLJ1e:nent simples, de petit volume et partant, très stables et de
EMI10.6
dérég19.[;e difficile, de coût peu élevé et d'entretien nul, se bornant au remplacement du tube redresseur après usure, soit normalement 10 ou 20.000 heures.
4) facilité de réglage à distance du moteur, dans l'un ou l' autre cas prévus, 5) le réglage électronique ou électrique ne comporte aucune partie en mouvement et par suite sans usure.
6) l'application du moteur d'un des types précédents à une machine-outil permet la. suppression des boites de vitesses
<Desc/Clms Page number 11>
mécaniques.
7) facilité de changement de marche.
8) suppression des rhéostats de démarrage et d'excitation.
9) facilité de mise en marche.
10) mise en régime extrêmement rapide.
Il) le courant de démarrage, est de par le jeu du fonctionne- ment du système, automatiquement limité, à cause du coeffi- cient de slf induction de l'armature.
12) possibilité d'adapter le système sur n'importe quel moteur à courant continu.
13) possibilité de redresser soit,une, deux ou trois phases d'un réseau triphasé pour l'alimentation du moteur y compris le dispositif d'adjonction.
14) adaptation progressive de la vitesse.
15) très grandes variations de vitesse.
En résumé, il faut considérer comme rentrant dans le cadre du domaine du présent brevet, des dispositifs pour l'ali- mentation de moteur à courant continu en alternatif, oaraoté- risés par ce qui suit:.