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COMMANDE A CONVERTISSEUR ELECTRONIQUE D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU;.
ALIMENTE EN ALTERNATIF.,
Cette invention concerne les méthodes et appareils de commande, destinés à faire fonctionner des moteurs à courant continu, en les alimentant en courant alternatif
Dans les appareils habituels de ce type;, le courant, provenant de la source alternative,., arrive au moteur., en traversant des appareils de dé- charge à arc, manoeuvrables par l'opérateur et fonctionnant comme des redres- seurs. Comme le sens du courant dans l'appareil de décharge ne peut être mo- difié, des systèmes de commande de ce genre ne peuvent réaliser le freinage du moteur avec récupération.
C'est-à-dire que de tels systèmes ne peuvent consommer l'énergie, créée dans l'induit du moteur pendant le freinage, et passant en sens inverse dans le circuit d'alimentation force. Des systèmes habituels à redresseurs électroniques ne sont donc pas très satisfaisants pour arrêter 1-'emballement, du moteur dû à une charge, comme cela se produit par exemple, dans des sys- tèmes de commandes de hissage ou dans des manoeuvres de véhicules.
Les buts de cette invention sont les suivants; -Réaliser un système de commande électronique de moteurs à courant continu, alimentés en alternatif. Cette commande agit avec récupération, c'est- à-dire dans un sens opposé, pendant 11 arrêt de l'emballement du moteur dû à une charge ou pendant le freinage du moteur, provoquant ainsi un freinage avec récupération du moteur.
- Réaliser un système de commande électronique, permettant de faire fonctionner le moteur à une vitesse voulue avec un sens de rotation donné. En même tempscette commande permet un freinage avec récupération, chaque fois que l'on renverse le sens de rotation du moteur. Ce système assure ainsi une inversion rapide du sens de rotation du moteur, tout en conservant continuel- lement une action sur la commande de vitesse et en évitant soit des périodes non contrôlées de marche sur inertie, soit.des périodes de freinage dynamique, pendant le renversement de marchea - Réaliser un système de commande, fonctionnant par récupération,
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comme on l'a exposé ci-dessus, pendant les périodes de récupération ou de renversement de marche du moteur.
Ce système interdit à l'intensité du moteur de dépasser une valeur limite de sécurité, pour l'appareil de décharge élec- tronique.
- Réaliser un système de commande électronique d'un moteur, per- mettant d'imposer au moteur un freinage avec récupération, On peut donner à ce freinage la valeur nécessaire ou désirée, pour s'opposer ou freiner par un couple antagoniste l'emballement du moteur dû à une charge, tout en em- pêchant le moteur de prendre une accélération non demandée dans le sens op- posé.
- En relation avec ce qui précède, réaliser également un systè- me électronique du genre indiqué ci-dessus et destiné spécialement au fonc- tionnement d'un appareil, tel qu'une commande de hissage. Ce système permet de freiner par couple antagoniste l'emballement du moteur dû aux charges de l'appareil de hissageo - Egalement en relation avec les buts précédents, réaliser une commande de machines outiles ou d'autres mécanismes de fabrication, capable d'effectuer des passes inversées fréquente et rapides d'une durée réglable et à la vitesse voulue, par exemple, comme une table alternative d'une rabo- teuse.
Les buts de cette invention,décrits ci-dessus ou non, ainsi que les méthodes et les procédés réalisés par cette invention pour parvenir à ces buts, apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée en référen- ce aux dessins annexés sur lesquels;
La figure 1 est le schéma des circuits d'un système de commande réversible, applicable à la manoeuvre d'appareils de levage ou de traction, ou en général, de manoeuvres sujettes à des emballements dus à des charges.
Les figures 2, 3 et 4 sont des schémas, expliquant le fonctionne- ment des systèmes, représentés aux figures 1 et 7.
Les figures 5 et 6 indiquent des modifications de détails du sys- tème de la figure 1.
La figure 7 est le schéma des circuits d'une autre réalisation, prévue pour inverser rapidement la manoeuvre sous l'action d'un bouton-pous- soir ou d'un contrôleur à bouts de course, par exemple, pour des machines outils.
Les bornes d'alimentation en courant alternatif 1 du système, représenté à la figure 1, sont reliées à un transformateur principal MT,avec enroulements secondaires 2, 3 et 4.
Deux thyratrons 5 et 6 ont chacun leur plaque reliée aux extrémi- tés de l'enroulement secondaire 3, en passant respectivement par les primai- res 7 et 8 d'un transformateur 9, avec un secondaire à prise médiane 10. Le conducteur commun. 11 des filaments des thyratrons 5 et 6 est réuni, au point milieu du secondaire 3 du transformateur, par l'induit A du moteur M. Cette liaison est commandée par les contacteurs FCR et RCR.
Les contacts principaux 12 et 13 du contacteur FOR sont comman- dés par une bobine 14, qui actionne également deux contacts auxiliaires 15 et 16. Les contacts principaux 17 et 18 du contacteur RCR sont commandés par une bobine 19, qui actionne également deux contacts 20 et 21. L'enroulement inducteur F du moteur est alimenté par une source séparée de courant continu à tension pratiquement constante, par exemple un redresseur alimenté par un autre enroulement secondaire (non représenté) du transformateur 2.
Deux résistances 22 et 23 sont montées en série l'une par rapport à l'autre et leur ensemble est en dérivation de l'induit A. Un condensateur de filtrage 24 est en parallèle de la résistance 23.
Les circuits respectifs de commande des thyratrons 5 et 6 partent de chaque grille de commande, traversent les résistances respectives 25 et
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26, pour se terminer aux extrémités de l'enroulement secondaire 27 du trans-. formateur 28.
Le secondaire 4 du transformateur 2 alimente le transformateur 28, par l'intermédiaire d'un circuit déphasé 29 et d'un transformateur de dépha- sage approprié 31. Le transformateur 28 applique aux circuits de commande des thyratrons une composante alternative de tension, déphasée de façon à retar- der la phase de la tension plaque du tbyratron correspondant. Comme il est d'usage de donner à la composante alternative de tension grille un retard de déphasage de 90 par rapport à la tension plaque, il est essentiel, pour cette invention, de calculer les éléments de déphasage 29 et 31, pour outils provoquent un retard de déphasage d'environ 120 .
A partir de la prise 32 du secondaire 27, les circuits de com- mande des deux thyratrons ont une partie commune, traversant une partie du rhéostat 33, soumis à une tension constante, provenant d'une source continue appropriée, représentée schématiquement en 34.
De la prise du rhéostat 33,la partie commune des circuits de com- mande des thyratrons traverse les résistances 35, 36 37, 38 jusqu'à la prise centrale 41 du rhéostat 39 de contrôle de vitesse, Le curseur 41 de cette ré- sistance est relié au conducteur 11 du filament des thyratrons, par un con- ducteur 42 et une résistance 23.
La partie en dehors de la prise du rhéostat 33 applique aux gril- les des thyratrons 5 et 6 une tension continue négative, dont la valeur a été réglée et reste constante pendant le fonctionnement du système.
Une source appropriée de courant continu de tension ,constante, re- présentée en 45, est montée en dérivation des résistances 36, 37= du rhéostat 38 et du rhéostat potentiomètre 39; la source 45 applique ainsi une tension pratiquement constante aux résistances 36, 37, 38 et au rhéostat 39, la som- me algébrique destensions dans la partie active du rhéostat 33 et dans les résistances 36, 37 et 38 est pratiquement constante pendant le fonctionnement du système et représente un voltage continu, positif et constant, de polari- sation de grille des thyratrons 5 et 60 Ce voltage se superpose au voltage alternatif constant, fourni par le transformateur de grille 28.
La résistance 35 applique une troisième composante de tension grille aux circuits de commande des thyratrons. Cette résistance est montée en série dans le circuit plaque d'un tube de commande principal 51. Cette lampe est une amplificatrice à vide poussé, par exemple une pentode.
La tension plaque du tube 51 provient de la source 45, elle est prise aux bornes des résistances 36 et 37.
La chute de tension continue dans la résistance 35 forme la com- posante variable négative de la tension grille du thyratron. Cette composante varie avec la conductivité du tube 51 et détermine l'angle d'allumage des thyratrons. La valeur de la tension redressée, appliquée à l'induit A du mo- teur, dépend donc de la valeur de la tension du circuit de la grille de com- mande du tube 51.
Le circuit de la grille de contrôle du tube 51 comprend les éléments successifs suivantsla grille 52, une résistance 53, un rhéo- stat potentiomètre 54,un rhéostat 55 et une résistance 56 jusqu'au conduc- teur 11 du filament des thyratrons, puis la résistance 23 et le conducteur 42, jusqu'au curseur 41 d'un. rhéostat potentiomètre 39. Du rhéostat 39, le circuit grille traverse le rhéostat 38 et aboutit au filament du tube de commande principal 51.
Le circuit grille du tube 51, qui vient d'être décrit comprend deux sources principales de tension grille. L'une d'elles est constituée par la partie réglable du potentiomètre 39 (Rhéostat de contrôle de vitesse). La tension continue, fournie par le potentiomètre 39, entre sa prise centrale et le curseur, quand ce dernier est déplacé dans un sens ou dans l'autre à partir de la prise centrale, tend à rendre la grille de contrôle 52 du tube 51 négative, par rapport au filament du tube.
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La tension réglable ci-dessus, fournie par le potentiomètre 39, représente la tension de référence du système. Sa valeur détermine la vites- se à laquelle le moteur M est supposé tourner.
La deuxième source principale de tension grille est obtenue aux bornes de la résistance 23. La tension aux bornes de cette résistance est proportionnelle à la tension aux bornes de l'induit et donc approximative- ment proportionnelle à la vitesse du moteur. La tension continue aux bornes de la résistance 23 est opposée à la tension de contrôle de la vitesse four- nie par le rhéostat 39, c'est-à-dire qu'elle tend à rendre la grille 52 du tube 51 positive par rapport au filament.
De plus, le circuit grille du tube principal, mentionné ci-des- sus, comprend une partie réglable du rhéostat potentiomètre 54.
Ce rhéostat sert à appliquer à la grille de contrôle du tube de commande principal, 51, une tension grille négative et corrective, destinée à compenser les variations de vitesses, dues à des changements de l'effet
Joule ("chute RI") dans le circuit d'induit.
Le rhéostat potentiomètre 54 est monté en série avec un tube amplificateur à vide 61, tel qu'une pentode, l'ensemble étant pris en déri- vation d'une source appropriée de courant continu à voltage constant, repré- sentée schématiquement en 60.
Par conséquent, la valeur de la composante de tension grille négative et corrective, appliquée à la grille du tube 51, dépend de la con- ductibilité du tube 61, qui est déterminée à son tour par la tension grille appliquée au tube 61.
Le circuit grille du tube 61 part de la grille de contrôle 62 et traverse une résistance 63 et la partie réglable d'un rhéostat potentio- mètre 64, auquel est appliquée une tension constante, provenant d'une source appropriée de courant continu, représentée en 65.
Puis, le circuit grille traverse un conducteur 66, une partie réglable d'un rhéostat potentiomètre 67, le rhéostat 55 et aboutit au fila- ment du tube 61.
Une polarisation de grille constante et négative est appliquée au circuit de grille, aux bornes de la partie réglable du rhéostat 64. Elle s'oppose à la composante variable et positive de tension grille, qui apparaît aux bornes de la partie active du rhéostat potentiomètre 67. Elle est propor-, tionnelle à l'intensité du circuit d'induit du moteur.
Cette proportionnalité est assurée de la façon suivante: Un cir- cuit redresseur 70 est réuni au secondaire 10 d'un transformateur 9. Comme le primaire du transformateur 9 est alimenté par l'intensité d'induit, le voltage du secondaire et le voltage de sortie du redresseur 70 sont propor- tionnels à l'intensité.
La tension de sortie redressée est appliquée aux bornes du rhéo- stat potentiomètre 67, par l'intermédiaire d'une résistance 69.
Il existe un troisième tube à vide amplificateur 71, destiné à limiter l'intensité d'induit du moteur, spécialement pendant les périodes d'accélération. Le tube 71 est une pentode, à mise hors-circuit rapide. Son alimentation est commune avec celle du tube de commande principal 51. C'est- à-dire que le circuit plaque du tube 71 est alimenté par la source 45 et traverse le rhéostat 39, le conducteur 42, la résistance 23, le conducteur du filament 11, la résistance 56 et se termine au filament du tube 71.
Le circuit grille du tube 71 part de la grille de commande 72, traverse une résistance 73, le curseur 74 d'un rhéostat potentiométrique 75, une partie de ce potentiomètre, une partie du potentiomètre 67 et se termine au filament du tube 71.
Par conséquent, le voltage aux bornes de la partie active du po- tentiomètre 67, qui, comme on l'a expliqué, mesure l'intensité d'induit,
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agit également dans le circuit grille du tube limiteur d'intensité 71. Il constitue une composante de tension grille positive ét variable.
Une autre composante de tension grille du tube 71 apparaît aux bornes de la partie active du potentiomètre 75. Cette tension provient de la source 65; elle est modifiée par un condensateur 76, qui, en période de fonctionnement;, se trouve en dérivation du potentiomètre 75.
Les relais ICR et 2CR contrôlent le branchement du potentiomètre 75 avec la source 65 et avec le condensateur 76. Les contacts principaux 77 et 78 du relais ICR sont commandés par la bobine 79, qui actionne également deux contacts de verrouillage 81 et 82.
Les contacts principaux 83 et 84 du relais 2CR sont commandés par la bobine 85, qui actionne également les contacts de verrouillage 86, 87.
Le curseur 41 du potentiomètre 39 de contrôle de vitesse est réuni mécaniquement au curseur 89 d'un appareil de commutation SI.
Cette liaison est représentée schématiquement par un trait discon- tinu 90. Quand on déplace le curseur 41 du rhéostat 39, de la position vi- tesse zéro représentée sur le schéma, le curseur 89 se déplace simultanément et vient s'appuyer sur la barrette de contact 91 ou 92, suivant le sens du déplacement du curseur du potentiomètre 39.
Le curseur 89 est relié à la bobine 93 du relais 3CR, dont le contacteur 94 se trouve en dérivation d'un contact'de démarrage 95, normalement ouvert. Le contact 95 est du type bouton-poussoir de sécurité. Ce con- tact 95 est monté en série avec un contact de stoppage à bouton-poussoir de sécurité 96.
Le fonctionnement du système est le suivant: quand le curseur 41 du rhéostat de commande de vitesse 39 est dans la position de repos, re- présentée sur le schéma, la fermeture du contacteur de démarrrage 95 provo- que l'alimentation du relais 3CR par l'enroulement 2 du transformateur MT.
Le relais 3CR se maintient lui-même fermé, grâce au contact 94, quand par la suite,. l'opérateur lâche le contacteur de démarrage 95. Le système est alors en position de fonctionnement, jusqu'à ce qu'on appuie momentanément sur le contacteur de stoppage 96.
Aussi longtemps que les curseurs 41 et 89 restent dans la posi- tion de repos, le moteur M ne démarrera pas ; le contact 89 du commutateur SI ne s'appuie sur aucune des barrettes de contact 91 et 92 et les circuits des bobines des relais ICR, 2CR, FCR et RCR restent non alimentés.
Quand l'opérateur déplace le curseur 41 vers la droite, le con- tact 89 s'appuie sur la barrette 92 et alimente la bobine 79 du relais ICR.
Le contact 78 ouvre alors le circuit de décharge du condensateur 76, norma- lement fermé. Le contact 77 met le condensateur en dérivation du rhéostat 75.
Peu après, le contacteur FCR s'élève car sa bobine 14 est alors alimentée par l'enroulement, 2 du transformateur MT, en passant par le con- tact 81 du relais ICR. Les contacts 12 et 13 du contacteur FCR ferment le circuit d'induit du .moteur M. Le moteur accélère, jusqu'à ce qu'il ait at- teint la vitesse déterminée par le réglage choisi du curseur 41 du rhéostat de commande de vitesses 39.
Quand on déplace le curseur 41 de la position d'arrêt dans le sens opposé (vers la gauche)le relais 2CR et le contacteur RCR s'élèvent, au lieu du relais ICR et du contacteur FCR et le moteur démarre dans le sens inverse, à la vitesse déterminée par le réglage du curseur 41.
On comprendra mieux les résultats obtenus par ce système, après une explication du réglage de la vitesse, effectué pendant la marche nonnale du moteur.
Quand le moteur marche à une vitesse choisie, et tourne par exem- ple vers la droite, et si l'on néglige momentanément 7.' effet de compensation de 1-'effet Joule du tube 61, la tension dans la partie active du rhéostat de
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commande de vitesse 39 (c'est-à-dire entre le curseur 41,et la prise .centra- le 10) et la tension opposée dans la résistance 23 du circuit de grille du tube de commande principal 51, se compensent approximativement. La valeur de cette compensation est telle qu'une'tension résultante négative de quel- ques volts est appliquée à la grille de commande du tube principal 51.
Cette tension de grille résultante correspond à un voltage amplifié déterminé aux bornes de la résistance 35 dans le circuit plaque du tube 51, donc à un angle déterminé d'allumage des thyratrons 5 et 6.
Si l'on déplace le curseur 41 plus loin, à partir de la posi- tion d'arrêt, cet équilibre est momentanément détruit. La grille de commande du tube principal 51 devient plus négative et la tension aux bornes de la résistance 35 diminue, ce qui avance le point d'allumage des thyratrons.
D'où une augmentation du voltage d'induit et de la vitesse.
Cette augmentation provoque un accroissement correspondant de la tension aux bornes de la résistance 23. La valeur de cet accroissement est telle qu'un nouvel équilibre du système s'établit pour une tension grille résultante du tube principal 51, un peu plus négative.
Inversement, la vitesse du moteur diminue, quand on rapproche le curseur 41 de la position d'arrêt (position neutre).
En résuméela vitesse du moteur tend à conserver une valeur, dépendant de la position qui a été choisie pour le curseur 41.
Cependant, comme le voltage d'induit du moteur M, mesuré aux bornes de la résistance 23, n'est pas une indication précise de la vitesse du moteur (il augmente plus que proportionnellement à la vitesse, quand le couple-moteur, et donc l'effet Joule (chute RT) dans le circuit d'induit, croit), il est donc nécessaire d'avoir une commande supplémentaire du cir- cuit grille du tube principal 51, servant de correctif, pour obtenir un ré- glage précis du curseur 41, déterminant la vitesse actuelle du moteur, quel- les que soient les variations de charge du moteur.
Ce correctif est réalisé par la chute variable de tension, qui a lieu dans la partie du rhéostat 54, comprise dans le circuit grille du tu- be 51. Comme on l'a indiqué, la tension appliquée aux bornes du rhéostat 54 est contrôlée par le tube 61, dont le circuit grille comprend le rhéostat 64, faisant fonction de source de tension grille négative et constante,, et le rhéostat 67, agissant comme une source de tension positive, variant propor- tionnellement à la chute de voltage RI dans le circuit d'induit.
Quand l'effet Joule RI augmente, par exemple sous l'effet d'un accroissement de charge du moteur, le tube 61 devient progressivement conduc- teur et applique au rhéostat 54 une tension amplifiée croissante, qui, dans le circuit grille du tube principal 51, s'ajoute à la tension 'du rhéostat 39.
De cette façon, la tension de grille résultante du tube prin- cipal 51 est corrigée, pour compenser les variations de vitesse du moteur dues aux variations d'effet Joule.
D'après ce qui précède, on comprendra que le moteur M tournera en avant ou en arrière,, suivant le sens du déplacement simultané, par rapport à la position neutre, des curseurs 41 et 88. D'autre part., la vitesse est dé- terminée par la position que l'on aura choisie pour le curseur 41 du rhéostat de commande de vitesse 39.
Le système réglera cette vitesse et la maintiendra constante, quelles que soient les variations de charge du moteur, dans les limites du courant nominal.
Si nous considérons maintenant les résultats du système pendant les périodes de démarrage et d'accélération, nous voyons qu'une résistance est montée dans le circuit plaque du tube d'accélération 71. Par conséquent, une autre tensionpositive, provenant du courant plaque du tube 71, et dé- pendant de la valeur de la tension du circuit grille du tube 71, peut venir
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s'appliquer sur la grille du tube de commande principal 51.
Le circuit grille du tube 71, comme on l'a indiqué plus haut, comprend le rhéostat 67 indicateur du courant de chargé et le rhéostat de polarisation 75, alimenté par la source 65.
Un examen du circuit plaque du tube 71 révèle que l'action du' tube 71 est exactement opposée à celle de la lampe 61 de compensation d'effet Joule.
En général, une augmentation de l'intensité d'induit, mesurée par la tension dans le rhéostat 67, tend à rendre moins négative la grille de commande du tube d'accélération 71, sous l'influence de la chute de ten- sion dans le rhéostat 67; ce phénomène provoque une augmentation du courant plaque du tube 71.
Ceci a pour résultat d'accroître la chute de tension dans la résistance 56: la grille de commande du tube principal 51 devient moins né- gative, ce qui fait croître le courant plaque de ce tube. Par conséquent, l'angle d'allumage des thyratrons 5 et 6 subit un retard correspondant.
Le circuit grille du tube 71 est tracé de telle façon que, dans les limites normales de variation du courant d'induit, disons de zéro à l'intensité nominale maximum, le tube 71 est non conducteur. Ceci signifie qu'il ne laisse passer aucun courant,'parce qu'il est polarisé par une ten- sion grille négative suffisamment élevée, provenant du rhéostat 75. Donc, dans ces limites, le courant d'induit n'intéresse que le tube 61 compensa- teur d'effet Joule, comme on l'a expliqué précédemment.
Si, cependant, l'intensité d'induit croit jusqu' à une valeur limite fixée, le tube 71 devient conducteur, On peut régler cette valeur li- mite de l'intensité au moyen du rhéostat 75 et, en pratique, dans la plupart des cas, on la prend entre les limites de 1,8 à 2,5 fois l'intensité nomina- le d'induit du moteur.
La caractéristique du tube et la constante du circuit sont tel- les que l'effet amplificateur du tube 71 est très supérieur à celui du tube 61,
Par conséquent, dès que le tube 71 commence à devenir conduc- teur, sous l'effet d'une intensité excessive du circuit d'induit, le tube 71 provoque un retard très important de l'angle d'allumage des thyratrons 5 et 6. Ce retard s'oppose à la tendance à une augmentation d'intensité. Le couple d'intensité augmente encore.mais le moteur s'arrêtera quand le courant d' in- duit -atteindra son maximum, déterminé par le réglage du curseur 74 du rhéo- stat 75.
Pendant la période de démarrage du moteur, commençant au moment où par exemple le contacteur FCR s'élève, l'intensité croit et atteint la limite d'intensité,déterminée par la situation de la grille du tube 71 li- miteur d'intensité, c'est-à-dire par le réglage du rhéostat 75. De cette fa- gon, on limite également le couple de démarrage du moteur; celui-ci démarre doucement et sans à-coups.
Le circuit limiteur d'intensité ne fonctionne réellement, qu'a- près que l'intensité moyenne a atteint une valeur fixée. C'est-à-dire que, si cela ne se produisait pas pour le circuit de commande à temps à capacité expliqué plus loin, le tube 71 n'agirait pas sur l'angle d'allumage, où a lieu le premier décrochage de thyratrons, immédiatement après la fermeture des contacteurs d'induit FRC et RCR.
Le premier décrochage aurait lieu, pour un angle d'allumage qui n'est pas retardé par l'action du tube 71 et qui est uniquement détermi- né par le réglage du rhéostat 39. Dans ces conditions, la première impulsion de l'intensité d'induit atteindra une valeur considérable, n'étant seulement limitée que par la résistance et l'inductance de l'enroulement d'induit.
En fait, si le rhéostat de commande de vitesse 39 est réglé pour une vitesse élevée, la première pointe instantanée d'intensité sera
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habituellement bien supérieure à celle que pourraient,tolérer les lampes re- dresseuses d'induit.
Cependant, dans le système représenté, ce danger est supprimé, grâce à une action retardatrice, qui se produit pendant les périodes de dé- marrage du moteur: en fait, une limitation déterminée de l'intensité se com- bine avec une accélération, correctement espacée dans le temps.
L'action retardatrice est produite par un circuit, comprenant le condensateur 76, le rhéostat 88 et les contacts 15, 20, 77, 73, 78, 83, 84.
Quand les relais auxiliaires ICR et 2CR et les contacteurs d'induit FCR et RCR sont ouverts, la tension aux bornes du condensateur 76, aussi bien que celle aux bornes de la résistance 75, est nulle.
La tension de polarisation négative de grille du tube 71 est nulle et ce tube laisse passer tout le courant provenant de la chute impor- tante de voltage dans la résistance 56. Dans ces conditions, le tube de com- mande principal 51 laisse passer tout le courant, quel que soit le réglage du. rhéostat, de commande, de -vitesse 39; on empêche ainsi les .thyratrons 5 et 6 d'être conducteurs.
Au moment de la fermeture du contaet d'induit FCR ou RCR (après la fermeture du relais ICR ou 2CR), le voltage dans la résistance 75 est en- core nul et les thyratrons ne peuvent pas laisser passer le courant. Cepen- dant, la tension dans la résistance limiteur d'intensité 75 augmente graduel- lement, en suivant la charge du condensateur 76 par l'intermédiaire de la résistance 88. De cette façon, le tube 71 est dépolarisé progressivement et l'angle d'allumage des thyratrons avance graduellement: la valeur des premiè- res impulsions de courant est limitée, même avant que le tube 71 réagisse à la réaction, provenant de la résistance 67 indicateur d'intensité d'induit.
Le retard provoqué par le condensateur 76 et le rhéostat 88 est faible, ne correspondant qu'à trois ou quatre périodes. Le tube 71 réduit l'accélération suivant la réaction de la résistance 67, comme on l'a décrit ci-dessus.
L'invention est surtout caractérisée par le fonctionnement du système, pendant les périodes de renversement de marche, de ralentissement et d'emballement du moteur. On empliquera les phénomènes, qui se produisent dans ces cas, en se référant aux courbes caractéristiques du voltage en fonc- tion du temps, représentées à la figure 2.
Les conditions, représentées à la figure 2, sont caractéristi- ques du fonctionnement du moteur avec récupération ou avec inversion de mar- che. Elles peuvent se produire par exemple de la façon suivante.
Supposons que le curseur 41 du potentiomètre de commande de vi- tesse 39 (figure 1) soit placé à l'extrême droites le moteur tourne donc à toute vitesse dans le sens t'en avant". Si la commande manuelle commune des curseurs 41 et 89 est déplacée brusquement vers l'autre extrémité de sa cour- se, pour obtenir la vitesse maximum en sens inverse, la bobine 79 du relais ICR n'est plus alimentée, aussitôt que les curseurs 41 et 89 passent par la position d'arrêt.
Le relais 2GR s'élève ensuite, le contacteur FCR tombe et le contacteur RCR s'élève. La polarité des connexions réunissant l'induit avec le circuit du thyratron est inversée et le thyratron et le circuit- de induit du système passent de la position "moteur"., représentée schématiquement à la figure 3, à la position récupération, représentée à la figure 4.
Sur la figure 4, le voltage Eg, créé dans l'induit du moteur A, produit une intensité I qui, par le redresseur inversé, alimente le transfor- mateur MT et la ligne de courant alternatif, pendant que l'on freine le moteur jusqu'à le stopper. Puis le moteur accélère,en tournant en sens inverse, et atteint la vitesse, correspondant au réglage du rhéostat de commande de vi- tesse 39.
Pendant la période de récupération, les composantes alternati- ve et continue de tension grille, appliquées aux thyratrons, prennent les va-
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leurs successives représentées à la figure 2.
Sur cette figure,, la courbe sinusoïdale du voltage du transfor- mateur a la représentation graphique appelée Aa.
Les courbes Agl, Ag2, Ag3, etc., représentent la composante alternative de tension grille de l'un des thyratrons ,à différents moments de la période de renversement de marche.
Les droites Ecl, EC2, Ec3, etc.., représentent la comppsante continue de tension grille du même thyratron, aux mêmes instants correspon- dants de la période de renversement de marche.
Les droites Egl EG2, Eg3, etc. représentent les voltages continus (forces électromotrices), créées dans l'induit du moteur.
Supposons que le moteur tourne à toute vitesse et à plein champ dans un sens donné puis que les contacteurs principaux RCR et FCR soient in- versés de façon que la force électromotrice Eg, créée dans le moteur., change de polarité par rapport au système, passant de cale indiquée à la figure 3 à celle représentée à la figure 4.
Supposons de plus qu'à l'instant de la fermeture du contacteur, renversant le sens de marche (instant I), la composante continue de tension grille soit EcI, la tension grille alternative soit AGl, et la force électro- motrice créée par le moteur, Egl (figure 2).
Comme on l'a établie la composante alternative de tension gril- le des thyratrons est déphasée d'environ 120 au lieu de 90 , comme d'habi- tude.. Pour simplifier, supposons également que la tension grille critique du tube redresseur soit zéro, c'est-à-dire coïncide avec le potentiel du fi- lament. Dans ces conditions, les tubes redresseurs ne s'allumeront pas à l'instant de la fermeture du contacteur du renversement de marche (instant I), et aucun courant ne passe dans le circuit d'induit.
A un instant plus tard 2, la force électromotrice créée par le mateur devient Eg2, la tension grille continue Ec2, la composante alternati- ve de tension grille Ag2 et les tubes s'allument au point X2.
Comme on le voit sur la figure 2, le point X2 correspond à un angle de la période (angle d'allumage) d'environ 195 .'
A chacun des instants suivantsles forces électromotrices se- ront Eg3, Eg4, Eg5, Eg6 et Eg7; les tensions grille continues Ec3, Ec4, Ec5, Ec6 et Ec7; les tensions grille alternatives Ag3, Ag4, Ag5, Ag6 et Ag7; et les points d'allumage X3, X4, X5, X6 et X7.
Par exemple, au quatrième instant choisi pour l'observation, le courant commence à passer au point X4 et cesse de passer au point S4 (le retard d'extinction est dû à l'inductance de l'induit du moteur). Ce courant crée une chute moyenne de potentiel., proportionnelle à la somme algébrique des deux surfaces ombrées X$MQ(+) et QS4T(-). Cette chute de potentiel est toujours positive. La tension moyenne de 'sortie aux bornes du système trans- formateur-redresseur,, est cependant proportionnelle à la somme algébrique des surfaces NMP (+) et PRT (-)Ici, évidemment, la surface PRT est supé- rieure à la surface NMP, et la tension moyenne de sortie de l'inverseur est négative, c'est-à-dire qu'elle s'oppose au passage du courant.
Le fait que le courant., produit par la force électromotrice du moteur, passe en sens inverse du voltage du transformatuer, signifie que, pendant la période où le tube redresseur est conducteur, la puissance four- nie par le redresseur est négative, c'est-à-dire que le transformateur de- vient un récepteur de 1'énergie, fournie par le moteur fonctionnant en géné- ratrice.
Puis on fait agir un couple de freinage sur le moteur. Ce cou- ple effectue le renversement de marche ou s'oppose à l'emballement. Dans les deux cas., l'énergie mécanique du système se transforme en énergie électrique dans le moteur et est récupérée dans la ligne de courant alternatif, par
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l'intermédiaire du système inverseur.
A un certain instant déterminé, la tension moyenne de sortie de l'inverseur devient nulle et le phénomène de la récupération cesse. Avec une commande appropriée de l'angle d'allumage (sous l'effet de la limitation du courant), ceci a lieu quand la vitesse du moteur diminue vers une valeur proche de zéro. A partir de ce point, le transport de l'énergie a lieu de nouveau du transformateur vers le moteur,le système cesse d'être un inver- seur et devient un redresseur. Si le réglage du potentiomètre 29 de comman- de de vitesse n'est pas modifié , le moteur accélère jusqu' à atteindre sa vitesse appropriée dans le sens opposé.
On devrait reconnaître que cette invention réalise non seule- ment un fonctionnement avec régénération, mais que, grâce aux circuits de la lampe limiteur d'intensité décrite ci-dessus, elle permet également de maintenir l'intensité d'induit constante pendant le renversement de marche.
On évite ainsi des intensités excessivement élevées et l'on crée un couple constant de renversement de marche ou de freinage.
D'autre part, à l'instant où la vitesse du moteur est proche de zéro, l'intensité a encore sa valeur maximum, obtenue par la commande de l'appareil; on peut donc forcer le moteur à stopper très rapidement. Ceci représente l'avantage indubitable du renversement de marche par freinage avec récupération, sur le renversement de marche avec freinage dynamique.
Il reste à expliquer comment les phénomènes de renversement de marche,indiqués ci-dessus, entrent en jeu, quand le moteur, dans un système conforme à celui de la figure 1, subit brusquement un renversement de marche, quand on déplace le curseur 41 du rhéostat 39 de réglage de la vitesse, d'une position correspondant à une vitesse dans un sens (par exemple vers l'avant), vers une position, correspondant une vitesse donnée ou à la vitesse maximum, dans le sens opposé.
Au moment où les curseurs 41 et 89 passent par la position d'arrêt (en se déplaçant vers la gauche), le relais ICR n'est plus alimenté, car le circuit de sa bobine d'excitation est interrompu par le curseur 89.
Le relais 2CR est alors capable de s'élever; mais à cause du contact de verrouillage 82 du relais ICR, le relais 2CR ne peut s'élever, avant que le relais ICR soit complètement tombé à sa position d'ouverture.
Par conséquent, il existe un intervalle de temps suffisant pour que le condensateur 76 se décharge à travers les contacts 78 et 84 des relais ICR et 2CR. D'autre part, la tension aux bornes du rhéostat 75 tombe immédiatement à zéro, dès que le contact 77 du relais ICR commence à s' ouvrir.
Donc d'âpres les considérations précédentes, présentées en s'ai- dant de la figure , la répartition du courant dans le tube d'accélération 71 et le tube de commande principal 51 est telle,qu'à l'instant de la ferme- ture du contacteur RCR, ces deux tubes laissent passer le courant maximum, et aucun courant ne traverse les thyratrons 5 et 6, car la situation de leur tension grille est alors identiqu à celle représentée par les courbes Egl, EcI et AgI de la figure 2.
Au moment de la fermeture du relais 2CR, la résistance 75 est mise en dérivation du condensateur 76 et le contacteur RCR inverse les con- nexions du moteur. Dès que le contacteur RCR se ferme, la source 65 commence à charger le condensateur 76 à un régime déterminé par le réglage choisi pour le rhéostat 86. La résistance 75 présente donc une augmentation de ten- sion, jusqu'à ce que cette tension atteigne bientôt sa valeur finale.
A partir de ce point, le réseau de réaction (potentiomètre 67) du courant d'induit commande la conductivité des tubes 71 et 51, effectuant la ,limitation de courant, décrite précédemment, jusqu'à ce que le renverse- ment de marche ou le freinage soit terminé.
D'après le fonctionnement du circuit retardateur, décrit plus - haut et composé du condensateur 76 et des résistances 75, 88 et grâce à l'ef- fet de limiteur d'intensité du tube 71, l'intensité d'induit du moteur at-
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teint rapidement sa valeur limite et le système à thyratron passe par les situations intermédiaires, représentées à la figure 2 et expliquées plus haut.
Il en résulte que le moteur diminue rapidement de vitesse sous l'effet d'un freinage avec récupération. Et si on laisse la commande manuel- le dans sa position correspondant à une vitesse dans le sens opposé, le mo- teur stoppe rapidement et accélère jusqu'à atteindre la vitesse commandée dans le sens opposé. Toutefois, l'opérateur peut empêcher le moteur de chan- ger de sens de marche et l'arrête, en amenant simplement la commande ma- nuelle à la position d'arrêt, quand la vitesse du moteur tend vers zéro.
Naturellement, on obtient un freinage identique, en déplaçant doucement la commande dans le sens opposé au delà de la position d'arrêt, juste assez pour permettre le renversement des contacteurs principaux RCR, FCR, jusqu'à une position où la vitesse du moteur marchant en sens inverse est presque nulle.
Pour faciliter une manoeuvre de ce genre, on peut utiliser un verrou mécanique ou un mécanisme limiteur, mobile entre les positions-lien avant" et "renversement de marchait.
Dans chacune des deux positions du mécanisme, la commande ma- nuelle principale des curseurs 41 et 89 du contrôle de vitesse peut se dé- placer, à partir de sa position milieu, sur toute sa course dans un sens et,sur une faible longueur, dans l'autre sens. Ce dernier déplacement est juste suffisant pour permettre le renversement des contacteurs principaux, ce qui provoque le freinage avec récupération, destiné à stopper rapidement le moteur ou à avoir un contrôle complet de la vitesse en cas d'emballement.
Pour maîtriser l'emballement de façon appropriée, il faut na- turellement que le couple de freinage, créé dans le moteur, soit toujours supérieur au couple d'emballement. L'opérateur contrôle pratiquement tés,dès ballement, en mettant de temps en temps la commande manuelle,, sur les posi- tions de renversement de marche et d'arrêt, suivant ce que lui dicte la vi- tesse d'emballement.
La valeur du couple de freinage, qui doit toujours être supé- rieure à celle du couple d'emballement, est proportionnelle à la limite d'in- tensité; on peut la régler entre certaines limites au moyen du curseur 74 du potentiomètre 75, comme on l'a décrit antérieurement.
La figure 5 représente schématiquement un exemple du mécanis- me du genre que l'on vient d'indiquer. Le curseur 41 du rhéostat d'un systè- mai semblable à celui de la figure est monté sur un support 97 qu'on peut déplacer à la main,le long d'une tige guide 98, afin de mettre le curseur 41 au point, correspondant à la vitesse choisie, le moteur tournant en avant ou en arrière. Une pièce d'appui 99 est coincée par un ressort à bascule CH, soit dans la position représentée en traits pleins, soit dans celle repré- sentée.en traits discontinus.
La pièce 99 est actionnée par une poignée à que l'opérateur doit placer dans l'une des deux positions précédentes.
Quand la pièce 99 se trouve dans la position de "renversement de marche"indiquée en traits pleins, le support 97 du curseur 41 permet de mettre ce dernier à chaque point de la tige 98 correspondant à une vitesse du moteur fonctionnant en sens inverse. Mais le support 97 s'appuie sur la pièce 99, quand on place le curseur en un point donné de la tige 98, corres- pondant à une faible vitesse en marche avant.
Quand la pièce 99 est mise dans la position' "marche avant", on peut déplacer le support 97 dans toute l'étendue du réglage de la vitesse en marche avant, mais on ne peut lui donner qu'un déplacement limité, corres- pondant à des réglages de faible vitesse en sens inverse.
Naturellement,le curseur 41 est couplé moteur, avec le curseur 89 (non représenté sur la figure-5), qui effectue le fonctionnement
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"marche avant" ou "marche arrière" des relais ICR et 2CR et des contacteurs FCR et RCR, comme l'indique la figure 1.
Une autre solution, pour éviter au moteur de tourner en sens inverse,après une période de freinage avec récupération, consiste à munir le système de commande fonctionnant d'après la vitesse, et coupant l'alimen- tation du moteur quand sa vitesse diminue jusqu'à être nulle ou presque nul- le, à la fin de la période de freinage avec récupération.
Une façon simple de réaliser une commande de ce genre, fonction- nant d'après la vitesse et répondant à plusieurs buts, consiste à coupler avec l'arbre du moteur un disjoncteur à vitesse nulle du type courant. Ce disjoncteur peut être monté en série avec le curseur 89. Il ferme le circuit du contact 89, uniquement quand le moteur tourne à une vitesse donnée dans un sens déterminé.
Par conséquent, les contacteurs principaux ne sont plus alimen- tés,dès que la vitesse du moteùr devient nulle, et l'on pourrait donc tour- ner complètement la commande manuelle de vitesse dans la direction opposée, sans que le renversement de marche du moteur soit possible.
La figure 6 ne représente qu'une partie modifiée d'un système, qui est par ailleurs conçu de façon semblable à celui de la figure 1.
Le dessin de la figure 6 est pratiquement limité aux éléments de circuit, qui sont reliés au secondaire 2 du transformateur. Cette figure représente également un disjoncteur à vitesse nulle S, couplé avec l'induit du moteur A. Seules, les parties inférieures des contacteurs FCR, RCR et des relais ICR, 2CR sont représentées à la figure 6.
D'après la figure 6, le disjoncteur à vitesse nulle S'peut se composer d'un disjoncteur centrifuge habituel, qui ferme son contact 80, nor- malement ouvert, quand la vitesse du moteur descend en dessous d'une valeur donnée, proche de zéro.
Quand on déplace le levier de commande CH, de la position repré- sentée sur la figure, vers la droite, on déplace ainsi l'assemblage du cur- seur 41 et du contact 89 de la position d'arrêt , vers un point correspon- dant à une certaine vitesse, dans le sens marche avant ou hissage, le relais ICR s'élève et provoque à son tour la levée du contacteur FCR. Le système fonctionne alors de la façon décrite précédemment.
Le contact 80 se ferme,quand la vitesse du moteur dépasse une faible valeur. Cependant, si l'on inverse le montage du moteur, en déplaçant l'assemblage curseur et contact d'un point, - correspondant à une vitesse en marche avant et situé après la position d'arrêt - vers un point de ren- versement de marche ou de freinage à la descente, le relais ICR et le con-
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taeteur FCR tombent pend.nt ;qlue. le ¯x'ea3s 2@Iµ';et le- contacteur RCR s' enlenchent et inversent le montage du moteur.
Le moteur fonctionne alors avec récupération, comme on l'a décrit précédemment. D'abord le contact 80 reste fermé, Cependant,quand la vitesse du moteur tend vers zéro, le contact 80 s'ouvre et le circuit de la bobine du relais 2CR est interrompu, ce qui provoque la retombée du contac- teur RCR et la suppression de,-l'alimentation du moteur.
Le système, représenté à la figure 7, est spécialement conçu pour faire fonctionner un moteur réversible avec bouton-poussoir ou avec une commande à contacteur à bout de course.
Le fonctionnement a lieu à une vitesse réglée à l'avance. Le réglage de cette vitesse peut s'effectuer entre deux limites très espacées.
Ce système s'applique donc spécialement aux commandes de machi- nes-outils ou d'autos machines de fabrication, qui nécessitent des renver- sements de marche du moteur, fréquents et rapides.
La majeure partie du système, représenté à la figure 7, est identique au système de la figure 1. Le, principe de fonctionnement de la com- mande est pratiquement semblable à celui qui a été décrit précédemment en se référant aux figures 1 et 2, pour ce qui concerne le réglage de la vites-
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se par contrôle de la tension d'induite la limitation de l'intensité et la marche du moteur en sens inverse avec récupération.
Les éléments de circuit et les autres parties du système re- présenté à la figure 7, qui sont identiques à ceux de la figure 1, portent respectivement les mêmes chiffres. La description antérieure et l'explica- tion de la figure 1 sont donc directement et intégralement applicables à la figure 7,à l'exception des caractéristiques qui ont été modifiées et qui sont décrites ci-dessous.
Le rhéostat de commande de vitesse de la figure 7 est appelé 139 et son contact à curseur 141. On notera que ce rhéostat est monté de façon différente de celle du rhéostat correspondant 39 de la figure 1,. D'au- tre part, dans le système de la figure 7, ce rhéostat n'est pas associé avec un contacteur. Par ailleurs, le renversement de marche du système de la figure 7 est commandé par bouton-poussoir ou contacteur à bouts de course.
Une résistance 101 est montée en dérivation de l'induit A du moteur pour réaliser un freinage dynamique,., quand on a à stopper le moteur.
La mise en circuit de la résistance 101 est commandée par le contact 102 d'un relais de freinage BCR dont la bobine d'excitation 103 actionne égale- ment un contact 104 à auto-verrouillage.
Le circuit de la bobine du relais de freinage BCR est alimenté par le secondaire 2 du transformateur, sous le contrôle de contacts addition- nels 105 et 106, portés respectivement par les relais ICR et 2CR.
Un contacteur à bouton-poussoir ou à bouts de course 107 sert à faire démarrer le moteur dans le sens marche avant,, un contacteur à bouton- poussoir ou à bouts de course 108 remplit le même rôle pour la marche en sens opposé.
Les contacteurs 107 et 108 peuvent être constitués par des con- tacteurs réglables à bouts de course utilisés dans une machine-outil. Le choix des positions de ces contacteurs détermine l'étendue de la course d'une machine à mouvement alternatif,, telle que la table d'une raboteuse.
On peut disposer le montage pour que, par exemple, le contac- teur de renversement de marche 108 soit actionné., quand la table atteint l'ex- trémité de sa course dans le sens marche avant., et que le contacteur 107 soit actionnée quand la table à mouvement alternatif atteint l'autre extrémité de sa course.
Un contact supplémentaire 109 est monté en dérivation du con- tacteur 107 et un contact 110 du relais 2CR est monté en parallèle du con- tacteur 108.
Quand l'ensemble des appareils de contact., comportant les re- lais et les contacteurs du système sont dans les positions respectives, in- diquées par la figure 7, le moteur n'est plus alimenté et stoppe. La résis- tance de freinage 101 agit alors aux'bornes de l'induit A du moteur.
Quand on appuie sur le contacteur marche avant 107, l'enroule- ment 2 du transformateur alimente la bobine 79 et le relais 1CR s'élève. Le relais 1CR se verrouille lui-même au contact 109, et reste alimenté, quand par la suite on lâche le contacteur marche avant 107. Le contacteur FOR s'é- lève,, parce que sa bobine 14 est alimentée par l'intermédiaire du contact 81 du relais 1CR.
Au même intant le relais BCR est alimenté par l'intermédiaire du contact 105 du relais 1CR et est verrouillépar son contact 104. La résis- tance de freinage dynamique 101 est ainsi déconnectée de l'induit et reste dans cette situation, jusqu'à ce qu'on actionne la commande de stoppage 96.
Le circuit d'induit est fermé, le moteur 14 accélère dans le sens marche avant,jusqu'à ce qu'il ait atteint une vitesse,, déterminée par le réglage du curseur 141 du rhéostat 139. Des commandes agissent sur cette vitesse pour la maintenir constante;, conformément à la description qui a été faite pour la figure 1.
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Quand on actionne le contacteur de renversement de marche 108, la bobine 79 n'est plus alimentée et le contacteur FCR tombe. Le relais 2CR s'élève;sa bobine 85 est maintenant alimentée par l'enroulement du transfor- mateur par l'intermédiaire des contacts 82, 108, 107 et 96. Le relais 2CR se verrouille lui-même au contact 110 et provoque la montée du contacteur RCR.
Le moteur (en supposant qu'il ait tourné dans le sens marche avant), est alors freiné avec récupération. Son sens de rotation est inversé, comme on l'a expliqué précédemment en se reportant aux figures 1 et 2.
La vitesse du moteur dans le sens opposé est également déter- minée par le réglage du curseur 141. Il est le même que celui de la marche avant, si le réglage du curseur 141 n'a pas été modifié.
On reconnaîtra, que tandis que dans le système de la figure 1, l'inversion du montage du moteur se produit au moment où le curseur du rhéo- stat de commande de vitesse passe par la position vitesse zéro, - ce qui pro- voque une coupure passagère du circuit des thyratrons - l'inversion de signe du montage du moteur dans le système de la figure 7 a lieu sans déplacement antérieur du curseur du rhéostat de vitesse.
Cependant, dans le système de la figure 1, le tube limiteur d'intensité 71 et le circuit à temps du condensateur 76 et de la résistance 75, agissent immédiatement,, sur la tension grille résultante de thyratron de façon à modifier le,point d'allumage et à rendre le thyratron non conducteur, au moment de l'inversion des contacteurs FCR et RCR.
Par conséquent, dans les deux systèmes, les tbyratrons sont com- plètement hors circuit, pendant l'inversion des contacteurs FCR et RCR. Ils redeviennent coriducteurs sous l'effet de la commande automatique complète de tension grille, fournie par les circuits de retardement et de limitation d'intensité, décrits antérieurement.
L'intensité de l'induit du moteur atteint rapidement sa valeur limite maximum,correspondant au réglage du curseur 74 du potentiomètre 75, mais ne dépasse jamais cette valeur.
Dans les systèmes du type représenté à la figure 7, si l'on veut faire fonctionner le moteur à différentes vitesses dans les sens marche avant et marche arrière, on peut brancher en dérivation du rhéostat potentio- mètrique 139, un deuxième potentiomètre de vitesse, de façon à pouvoir met- tre les curseurs respectifs aux positions correspondant aux diverses vites- ses, dans l'un ou l'autre des sens de marche.
Dans les systèmes conformes à ceux de la figure 7, la bobine 103 du relais de freinage BCR est alimentée par l'intermédiaire des contacts 105 et 106, toutes les fois où l'un des relais 1CR et 2CR s'élève. Le relais se verrouille alors lui-même au contact 104, et retombe suelement après que le contact de stoppage 96 été actionné
La résistance 101 reste donc hors du circuit d'induit A du mo- teur pendant toute la période du renversement de marche dans un sens ou dans l'autre. Elle agit dans le freinage dynamique du moteur, uniquement quand on doit stopper le moteur.
Un système de commande de ce type convient particulièrement bien pour le fonctionnement des machines-outils, par exemple pour les raboteuses, quand de nombreux changements de marche, par exemple 40 par minute sont néces- saires. L'avantage d'un système de ce genre, compare au renversement de mar- che par freinage dynamique, réside dans son efficacité et sa rapidité de chan- gement de marche: dans ce système en effet, on maintient le couple de renver- sement de marche même pour des vitesses très faibles, (figure 2) et l'on force très efficacement le moteur à stopper.
, Pour des spécialistes de cette technique, après l'étude de cette spécification, il sera évident que des changements et des modifications peu- vent être apportés aux systèmes, conformes à cette invention, sur divers points,
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et spécialement sur le tracé et les connexions des circuits des éléments du' - système sans s'éloigner des buts et du principe de l'invention.
REVENDICATIONS.
1) Procédé de freinage avec récupération d'un môteur à courant continu alimente au départ d'une source de courant alternatif par l'intermé- diaire d'un tube à décharge à arc réglable, caractérisé en ce qu'on appli- que au tube pendant la marche normale du moteur une tension de commande va- riable de façon continue d'une valeur de cut-off de tube, par toute une gam- me de tensions correspondant à une gamme d'angles d'allumage de tube qui com- mence après un maximum positif et avant le point zéro suivant et se termine après ce point zéro mais avant le minimum négatif suivant, et on inverse la polarité de la connexion du moteur pour assurer un freinage avec récupération pendant la marche du moteur et à un moment où la tension de commande préci- tée à cette valeur de cut-off.
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CONTROL WITH ELECTRONIC CONVERTER OF A DIRECT CURRENT MOTOR ;.
ALTERNATIVE FEED.,
This invention relates to control methods and apparatus for operating DC motors by supplying them with AC current.
In the usual devices of this type ;, the current, coming from the alternating source,., Arrives at the motor., Passing through arc discharge devices, maneuverable by the operator and functioning as rectifiers. As the direction of the current in the discharge device cannot be changed, such control systems cannot perform regenerative braking of the motor.
That is to say that such systems cannot consume the energy created in the motor armature during braking and passing in the opposite direction in the force supply circuit. Conventional systems with electronic rectifiers are therefore not very satisfactory for stopping the runaway of the engine due to a load, as occurs, for example, in hoisting control systems or in vehicle maneuvers.
The objects of this invention are as follows; -Create an electronic control system for direct current motors, supplied with alternating current. This control acts with regeneration, that is to say in an opposite direction, during stopping of the runaway of the motor due to a load or during the braking of the motor, thus causing braking with regeneration of the motor.
- Create an electronic control system, allowing the motor to operate at a desired speed with a given direction of rotation. At the same time, this control allows regenerative braking whenever the direction of rotation of the motor is reversed. This system thus ensures a rapid reversal of the direction of rotation of the motor, while continuously maintaining an action on the speed control and avoiding either uncontrolled periods of operation on inertia, or periods of dynamic braking, during the drive. market reversal a - Build a control system, operating by recovery,
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as discussed above, during periods of recovery or reversal of the engine.
This system prevents the motor current from exceeding a safety limit value for the electronic discharge device.
- Create an electronic control system for a motor, allowing the motor to be subjected to regenerative braking. This braking can be given the necessary or desired value, to oppose or slow down by an opposing torque the runaway of the motor due to a load, while preventing the motor from taking an unrequested acceleration in the opposite direction.
- In relation to the foregoing, also provide an electronic system of the type indicated above and intended especially for the operation of a device, such as a hoisting control. This system makes it possible to slow down by antagonistic torque the runaway of the engine due to the loads of the hoisting device - Also in relation to the previous aims, to carry out a control of tools or other manufacturing mechanisms, capable of carrying out Frequent and fast reverse passes of adjustable duration and at the desired speed, for example, like a reciprocating table on a planer.
The objects of this invention, described above or not, as well as the methods and methods carried out by this invention to achieve these objects, will become apparent from the following description given with reference to the accompanying drawings in which;
FIG. 1 is the circuit diagram of a reversible control system, applicable to the operation of lifting or traction devices, or in general, of operations subject to runaway due to loads.
Figures 2, 3 and 4 are diagrams explaining the operation of the systems shown in Figures 1 and 7.
Figures 5 and 6 show modifications of details of the system of Figure 1.
FIG. 7 is the circuit diagram of another embodiment, provided for rapidly reversing the maneuver under the action of a push-button or of an end-of-travel controller, for example, for machine tools.
The AC power supply terminals 1 of the system, shown in figure 1, are connected to a main MV transformer, with secondary windings 2, 3 and 4.
Two thyratrons 5 and 6 each have their plate connected to the ends of the secondary winding 3, passing respectively through the primaries 7 and 8 of a transformer 9, with a middle tap secondary 10. The common conductor. 11 of the filaments of thyratrons 5 and 6 is joined, at the midpoint of the secondary 3 of the transformer, by the armature A of the motor M. This connection is controlled by the FCR and RCR contactors.
The main contacts 12 and 13 of the FOR contactor are controlled by a coil 14, which also actuates two auxiliary contacts 15 and 16. The main contacts 17 and 18 of the RCR contactor are controlled by a coil 19, which also actuates two contacts 20. and 21. The inductor winding F of the motor is supplied by a separate source of direct current at practically constant voltage, for example a rectifier supplied by another secondary winding (not shown) of the transformer 2.
Two resistors 22 and 23 are connected in series with respect to one another and their assembly is in derivation of the armature A. A filter capacitor 24 is in parallel with the resistor 23.
The respective control circuits of thyratrons 5 and 6 start from each control gate, pass through the respective resistors 25 and
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26, to end at the ends of the secondary winding 27 of the trans-. trainer 28.
The secondary 4 of the transformer 2 supplies the transformer 28, via a phase shifted circuit 29 and a suitable phase shift transformer 31. The transformer 28 applies to the control circuits of the thyratrons an AC voltage component, phase shifted. so as to delay the phase of the plate voltage of the corresponding tbyratron. Since it is customary to give the AC grid voltage component a phase shift delay of 90 from the plate voltage, it is essential for this invention to calculate the phase shift elements 29 and 31, for tools causing a phase shift delay of about 120.
From the socket 32 of the secondary 27, the control circuits of the two thyratrons have a common part, passing through a part of the rheostat 33, subjected to a constant voltage, coming from an appropriate DC source, shown schematically at 34.
From the socket of the rheostat 33, the common part of the thyratron control circuits passes through the resistors 35, 36 37, 38 to the central socket 41 of the speed control rheostat 39, The cursor 41 of this resistance is connected to the conductor 11 of the thyratron filament, by a conductor 42 and a resistor 23.
The non-tap portion of the rheostat 33 applies a negative DC voltage to the grills of the thyratrons 5 and 6, the value of which has been set and remains constant during operation of the system.
An appropriate source of direct current of constant voltage, shown at 45, is connected bypassing the resistors 36, 37 = of the rheostat 38 and of the rheostat potentiometer 39; the source 45 thus applies a practically constant voltage to the resistors 36, 37, 38 and to the rheostat 39, the algebraic sum of the voltages in the active part of the rheostat 33 and in the resistors 36, 37 and 38 is practically constant during the operation of the system and represents a constant positive DC voltage of gate polarization of thyratrons 5 and 60 This voltage is superimposed on the constant AC voltage supplied by gate transformer 28.
Resistor 35 applies a third gate voltage component to the thyratron control circuits. This resistor is mounted in series in the plate circuit of a main control tube 51. This lamp is a high vacuum amplifier, for example a pentode.
The plate voltage of the tube 51 comes from the source 45, it is taken at the terminals of the resistors 36 and 37.
The DC voltage drop across resistor 35 forms the negative variable component of the thyratron gate voltage. This component varies with the conductivity of tube 51 and determines the ignition angle of the thyratrons. The value of the rectified voltage, applied to the armature A of the motor, therefore depends on the value of the voltage of the circuit of the control grid of the tube 51.
The circuit of the tube control grid 51 comprises the following successive elements: grid 52, a resistor 53, a rheostat potentiometer 54, a rheostat 55 and a resistor 56 up to the conductor 11 of the thyratron filament, then the resistor 23 and conductor 42, to cursor 41 of a. rheostat potentiometer 39. From rheostat 39, the grid circuit passes through rheostat 38 and terminates in the filament of the main control tube 51.
The grid circuit of tube 51, which has just been described, comprises two main sources of grid voltage. One of them is formed by the adjustable part of potentiometer 39 (speed control rheostat). The direct voltage, supplied by the potentiometer 39, between its central tap and the slider, when the latter is moved in one direction or the other from the central tap, tends to make the control grid 52 of the tube 51 negative , relative to the tube filament.
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The above adjustable voltage, supplied by potentiometer 39, represents the system reference voltage. Its value determines the speed at which the motor M is supposed to run.
The second main source of grid voltage is obtained at the terminals of resistor 23. The voltage at the terminals of this resistance is proportional to the voltage at the terminals of the armature and therefore approximately proportional to the speed of the motor. The direct voltage across resistor 23 is opposed to the speed control voltage supplied by rheostat 39, that is to say it tends to make grid 52 of tube 51 positive with respect to the voltage. filament.
In addition, the main tube grid circuit, mentioned above, includes an adjustable portion of the potentiometer rheostat 54.
This rheostat is used to apply to the control grid of the main control tube, 51, a negative and corrective grid voltage, intended to compensate for the variations in speed, due to changes in the effect.
Joule ("RI fall") in the armature circuit.
The potentiometer rheostat 54 is mounted in series with a vacuum amplifier tube 61, such as a pentode, the assembly being taken as a derivative of an appropriate constant voltage direct current source, shown schematically at 60.
Therefore, the value of the negative and corrective grid voltage component, applied to the grid of tube 51, depends on the conductivity of tube 61, which in turn is determined by the grid voltage applied to tube 61.
The grid circuit of the tube 61 starts from the control grid 62 and passes through a resistor 63 and the adjustable part of a potentiometer rheostat 64, to which a constant voltage is applied, from an appropriate source of direct current, shown in 65.
Then, the grid circuit passes through a conductor 66, an adjustable part of a potentiometer rheostat 67, the rheostat 55 and ends in the filament of the tube 61.
A constant and negative gate bias is applied to the gate circuit, across the adjustable part of rheostat 64. It opposes the variable and positive gate voltage component, which appears across the active part of potentiometer rheostat 67 It is proportional to the intensity of the armature circuit of the motor.
This proportionality is ensured as follows: A rectifier circuit 70 is joined to the secondary 10 of a transformer 9. As the primary of transformer 9 is supplied by the armature current, the voltage of the secondary and the voltage of output of the rectifier 70 are proportional to the current.
The rectified output voltage is applied to the terminals of the potentiometer rheostat 67, via a resistor 69.
There is a third amplifier vacuum tube 71, intended to limit the armature current of the motor, especially during periods of acceleration. Tube 71 is a pentode, with rapid switch-off. Its power supply is common with that of the main control tube 51. That is to say that the plate circuit of the tube 71 is powered by the source 45 and passes through the rheostat 39, the conductor 42, the resistor 23, the conductor of the. filament 11, resistor 56 and ends at the filament of tube 71.
The grid circuit of the tube 71 starts from the control grid 72, passes through a resistor 73, the cursor 74 of a potentiometric rheostat 75, a part of this potentiometer, a part of the potentiometer 67 and ends at the filament of the tube 71.
Consequently, the voltage across the active part of the potentiometer 67, which, as explained, measures the armature intensity,
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also acts in the gate circuit of the current limiting tube 71. It constitutes a positive and variable gate voltage component.
Another grid voltage component of tube 71 appears at the terminals of the active part of potentiometer 75. This voltage comes from source 65; it is modified by a capacitor 76, which, during operation ;, is bypassed from potentiometer 75.
The ICR and 2CR relays control the connection of the potentiometer 75 with the source 65 and with the capacitor 76. The main contacts 77 and 78 of the ICR relay are controlled by the coil 79, which also actuates two locking contacts 81 and 82.
The main contacts 83 and 84 of the 2CR relay are controlled by the coil 85, which also actuates the locking contacts 86, 87.
The cursor 41 of the speed control potentiometer 39 is mechanically joined to the cursor 89 of a switching device SI.
This connection is represented diagrammatically by a continuous line 90. When the cursor 41 of the rheostat 39 is moved, from the zero speed position shown in the diagram, the cursor 89 moves simultaneously and comes to rest on the bar of contact 91 or 92, depending on the direction of movement of the cursor of potentiometer 39.
The cursor 89 is connected to the coil 93 of the 3CR relay, the contactor 94 of which is bypassed from a start contact 95, normally open. Contact 95 is of the safety push-button type. This contact 95 is mounted in series with a safety push-button stop contact 96.
The operation of the system is as follows: when the cursor 41 of the speed control rheostat 39 is in the rest position, shown in the diagram, the closing of the starter contactor 95 causes the 3CR relay to be powered by winding 2 of the MV transformer.
The 3CR relay keeps itself closed, thanks to the contact 94, when thereafter ,. the operator releases the starter switch 95. The system is then in the operating position, until the stop switch 96 is momentarily pressed.
As long as the sliders 41 and 89 remain in the rest position, the engine M will not start; the contact 89 of the switch SI does not rely on any of the contact strips 91 and 92 and the circuits of the coils of the relays ICR, 2CR, FCR and RCR remain unpowered.
When the operator moves the cursor 41 to the right, the contact 89 presses on the bar 92 and supplies the coil 79 of the ICR relay.
Contact 78 then opens the discharge circuit of capacitor 76, normally closed. The contact 77 puts the capacitor in bypass of the rheostat 75.
Shortly afterwards, the contactor FCR rises because its coil 14 is then supplied by the winding, 2 of the MV transformer, passing through the contact 81 of the ICR relay. Contacts 12 and 13 of the FCR contactor close the armature circuit of the motor M. The motor accelerates, until it has reached the speed determined by the setting chosen by cursor 41 of the speed control rheostat. 39.
When the cursor 41 is moved from the stop position in the opposite direction (to the left) relay 2CR and the RCR contactor go up, instead of the ICR relay and the FCR contactor and the motor starts in the opposite direction, at the speed determined by the setting of cursor 41.
The results obtained by this system will be better understood after an explanation of the speed adjustment carried out during normal engine operation.
When the motor runs at a chosen speed, and turns for example to the right, and if we momentarily neglect 7. ' compensation effect of 1-Joule effect of tube 61, the voltage in the active part of the rheostat of
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speed control 39 (ie between slider 41, and center tap 10) and the opposing voltage across resistor 23 of the main control tube gate circuit 51 approximately offset each other. The value of this compensation is such that a resulting negative voltage of a few volts is applied to the control grid of the main tube 51.
This resulting gate voltage corresponds to an amplified voltage determined at the terminals of resistor 35 in the plate circuit of tube 51, therefore at a determined angle of ignition of thyratrons 5 and 6.
If the cursor 41 is moved further, from the stop position, this balance is momentarily destroyed. The main tube control grid 51 becomes more negative and the voltage across resistor 35 decreases, which advances the ignition point of the thyratrons.
Hence an increase in armature voltage and speed.
This increase causes a corresponding increase in the voltage across resistor 23. The value of this increase is such that a new equilibrium of the system is established for a gate voltage resulting from the main tube 51, which is a little more negative.
Conversely, the speed of the engine decreases when the cursor 41 is brought closer to the stop position (neutral position).
In summary, the speed of the motor tends to keep a value, depending on the position which has been chosen for the cursor 41.
However, since the armature voltage of the motor M, measured across resistor 23, is not an accurate indication of the speed of the motor (it increases more than proportionally to the speed, when the torque-motor, and therefore the Joule effect (fall RT) in the armature circuit, increases), it is therefore necessary to have an additional control of the grid circuit of the main tube 51, serving as a corrective, to obtain a precise adjustment of the cursor 41, determining the current speed of the motor, regardless of the variations in motor load.
This correction is achieved by the variable voltage drop, which takes place in the part of the rheostat 54, included in the grid circuit of the tube 51. As indicated, the voltage applied to the terminals of the rheostat 54 is controlled by the tube 61, the gate circuit of which comprises the rheostat 64, acting as a negative and constant gate voltage source, and the rheostat 67, acting as a positive voltage source, varying proportionally to the voltage drop RI in the armature circuit.
When the Joule effect RI increases, for example under the effect of an increase in load on the motor, the tube 61 gradually becomes conductive and applies to the rheostat 54 an increasing amplified voltage, which, in the grid circuit of the main tube 51, is added to the voltage 'of the rheostat 39.
In this way, the resulting grid voltage of the main tube 51 is corrected, to compensate for variations in motor speed due to variations in Joule effect.
From the foregoing, it will be understood that the motor M will rotate forward or backward, depending on the direction of simultaneous displacement, with respect to the neutral position, of the sliders 41 and 88. On the other hand., The speed is determined by the position chosen for cursor 41 of speed control rheostat 39.
The system will adjust this speed and keep it constant, regardless of the variations in motor load, within the rated current limits.
If we now consider the results of the system during the start and acceleration periods, we see that a resistor is mounted in the plate circuit of the acceleration tube 71. Therefore, another positive voltage, coming from the plate current of the tube 71, and depending on the value of the voltage of the grid circuit of tube 71, can come
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apply to the grid of the main control tube 51.
The grid circuit of the tube 71, as indicated above, comprises the rheostat 67 indicating the charge current and the bias rheostat 75, supplied by the source 65.
Examination of the plate circuit of tube 71 reveals that the action of tube 71 is exactly the opposite of that of Joule compensation lamp 61.
In general, an increase in the armature current, measured by the voltage in the rheostat 67, tends to make the control grid of the acceleration tube 71 less negative, under the influence of the voltage drop in rheostat 67; this phenomenon causes an increase in the plate current of the tube 71.
The result of this is to increase the voltage drop across resistor 56: the main tube control grid 51 becomes less negative, which increases the plate current of that tube. Therefore, the firing angle of thyratrons 5 and 6 experiences a corresponding delay.
The grid circuit of the tube 71 is drawn in such a way that, within the normal limits of variation of the armature current, say from zero to the maximum nominal current, the tube 71 is non-conductive. This means that it does not let any current flow, because it is biased by a sufficiently high negative gate voltage, coming from the rheostat 75. So, within these limits, the armature current is only of interest to the tube. 61 Joule effect compensator, as explained previously.
If, however, the armature current increases to a fixed limit value, tube 71 becomes conductive. This limit value of the current can be adjusted by means of rheostat 75 and, in practice, in most cases. In some cases, it is taken between the limits of 1.8 to 2.5 times the rated armature current of the motor.
The characteristic of the tube and the constant of the circuit are such that the amplifying effect of tube 71 is much greater than that of tube 61,
Consequently, as soon as the tube 71 begins to become conductive, under the effect of an excessive intensity of the armature circuit, the tube 71 causes a very large delay in the firing angle of thyratrons 5 and 6. This delay is opposed to the tendency to increase in intensity. The current torque increases further, but the motor will stop when the induced current reaches its maximum, determined by the setting of slider 74 of rheostat 75.
During the starting period of the motor, starting when, for example, the FCR contactor rises, the intensity increases and reaches the current limit, determined by the situation of the grid of the tube 71 current limiter, that is to say by adjusting the rheostat 75. In this way, the starting torque of the motor is also limited; it starts slowly and smoothly.
The current limiting circuit does not actually work until the average current has reached a fixed value. That is, if this did not happen for the time-to-capacity control circuit explained later, the tube 71 would not act on the firing angle, where the first stall of thyratrons, immediately after closing the FRC and RCR armature contactors.
The first stall would take place, for an ignition angle which is not delayed by the action of the tube 71 and which is only determined by the adjustment of the rheostat 39. Under these conditions, the first pulse of the intensity armature will reach a considerable value, being limited only by the resistance and inductance of the armature winding.
In fact, if the speed control rheostat 39 is set for high speed, the first instantaneous peak of current will be
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usually much greater than that which armature rectifier lamps could tolerate.
However, in the system represented, this danger is eliminated, thanks to a delaying action, which occurs during the periods of starting of the engine: in fact, a determined limitation of the intensity is combined with an acceleration, correctly. spaced in time.
The delay action is produced by a circuit, comprising the capacitor 76, the rheostat 88 and the contacts 15, 20, 77, 73, 78, 83, 84.
When the ICR and 2CR auxiliary relays and the FCR and RCR armature contactors are open, the voltage across capacitor 76, as well as that across resistor 75, is zero.
The negative grid bias voltage of tube 71 is zero, and this tube passes all of the current from the large voltage drop across resistor 56. Under these conditions, main control tube 51 passes all of the current. current, regardless of the setting of. rheostat, control, -speed 39; this prevents the .thyratrons 5 and 6 from being conductors.
When the FCR or RCR armature contact is closed (after the ICR or 2CR relay closes), the voltage across resistor 75 is still zero and the thyratrons cannot pass current. However, the voltage across current limiting resistor 75 gradually increases, following the charge of capacitor 76 through resistor 88. In this way, tube 71 is gradually depolarized and the angle d. The ignition of the thyratrons progresses gradually: the value of the first current pulses is limited, even before the tube 71 reacts to the reaction, coming from the resistance 67 indicating the armature intensity.
The delay caused by capacitor 76 and rheostat 88 is small, corresponding to only three or four periods. Tube 71 reduces acceleration following the reaction of resistor 67, as described above.
The invention is characterized above all by the operation of the system, during periods of reversal, slowing down and runaway of the engine. The phenomena which occur in these cases will be used with reference to the characteristic curves of voltage as a function of time, shown in figure 2.
The conditions, represented in FIG. 2, are characteristic of the operation of the engine with recovery or with reverse gear. They can occur for example in the following way.
Let us suppose that the cursor 41 of the speed control potentiometer 39 (figure 1) is placed at the extreme right, the motor therefore turns at full speed in the forward direction. "If the common manual control of the cursors 41 and 89 is suddenly moved to the other end of its stroke, to obtain the maximum speed in the reverse direction, the coil 79 of the ICR relay is no longer supplied, as soon as the cursors 41 and 89 pass through the stop position .
The 2GR relay then rises, the FCR contactor falls and the RCR contactor rises. The polarity of the connections joining the armature with the thyratron circuit is reversed and the thyratron and the armature circuit of the system go from the "motor" position, shown schematically in figure 3, to the recovery position, shown in figure 3. figure 4.
In figure 4, the voltage Eg, created in the armature of the motor A, produces an intensity I which, through the inverted rectifier, supplies the MV transformer and the alternating current line, while the motor is braked. until it stopped. Then the motor accelerates, rotating in the opposite direction, and reaches the speed corresponding to the setting of the speed control rheostat 39.
During the recovery period, the AC and DC grid voltage components, applied to the thyratrons, take the
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their successive ones represented in figure 2.
In this figure, the sinusoidal curve of the transformer voltage has the graphical representation called Aa.
The curves Agl, Ag2, Ag3, etc., represent the AC grid voltage component of one of the thyratrons, at different times during the reversal period.
The lines Ecl, EC2, Ec3, etc., represent the continuous grid voltage component of the same thyratron, at the same corresponding instants of the reversal period.
The lines Egl EG2, Eg3, etc. represent the direct voltages (electromotive forces), created in the armature of the motor.
Suppose the motor is running at full speed and full field in a given direction and then the main contactors RCR and FCR are reversed so that the electromotive force Eg, created in the motor, changes polarity with respect to the system, passing from the shim shown in figure 3 to that shown in figure 4.
Let us suppose moreover that at the instant of the closing of the contactor, reversing the direction of operation (instant I), the DC component of grid voltage is EcI, the AC grid voltage is AGl, and the electro-motive force created by the engine, Egl (figure 2).
As has been established the AC grid voltage component of the thyratrons is out of phase by about 120 instead of 90, as usual. For simplicity, also assume that the critical grid voltage of the rectifier tube is zero. , ie coincides with the potential of the filament. Under these conditions, the rectifier tubes will not light up when the reversing contactor closes (instant I), and no current flows through the armature circuit.
At a later instant 2, the electromotive force created by the matrix becomes Eg2, the DC grid voltage Ec2, the AC grid voltage component Ag2 and the tubes ignite at point X2.
As can be seen in Figure 2, point X2 corresponds to an angle of the period (ignition angle) of about 195.
At each of the following instants, the electromotive forces will be Eg3, Eg4, Eg5, Eg6 and Eg7; the DC grid voltages Ec3, Ec4, Ec5, Ec6 and Ec7; the alternating gate voltages Ag3, Ag4, Ag5, Ag6 and Ag7; and the ignition points X3, X4, X5, X6 and X7.
For example, at the fourth instant chosen for the observation, the current begins to flow at point X4 and stops passing at point S4 (the extinction delay is due to the inductance of the motor armature). This current creates an average drop in potential, proportional to the algebraic sum of the two shaded surfaces X $ MQ (+) and QS4T (-). This drop in potential is always positive. The average output voltage at the terminals of the transformer-rectifier system, is however proportional to the algebraic sum of the surfaces NMP (+) and PRT (-) Here, obviously, the surface PRT is greater than the surface NMP , and the average output voltage of the inverter is negative, that is to say it opposes the flow of current.
The fact that the current, produced by the electromotive force of the motor, passes in the opposite direction to the voltage of the transformer, means that, during the period when the rectifier tube is conducting, the power supplied by the rectifier is negative, c ' that is, the transformer becomes a receiver of the energy supplied by the motor operating as a generator.
Then a braking torque is made to act on the motor. This couple performs the reversal or opposes the runaway. In both cases, the mechanical energy of the system is transformed into electrical energy in the motor and is recovered in the alternating current line, by
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through the reversing system.
At a certain determined instant, the average output voltage of the inverter becomes zero and the phenomenon of recovery ceases. With proper control of the firing angle (under the effect of current limiting), this occurs when the engine speed decreases to a value near zero. From this point, the energy transport takes place again from the transformer to the motor, the system ceases to be an inverter and becomes a rectifier. If the setting of the speed control potentiometer 29 is not changed, the motor accelerates to its appropriate speed in the opposite direction.
It should be recognized that this invention not only achieves regenerative operation, but that, by virtue of the circuitry of the current limiting lamp described above, it also allows the armature current to be kept constant during the reversal of the armature. market.
Excessively high currents are thus avoided and a constant reversing or braking torque is created.
On the other hand, at the instant when the speed of the motor is close to zero, the intensity still has its maximum value, obtained by controlling the apparatus; we can therefore force the engine to stop very quickly. This represents the unmistakable advantage of reversing gear by regenerative braking, over reversing with dynamic braking.
It remains to explain how the reversal phenomena, indicated above, come into play, when the motor, in a system conforming to that of FIG. 1, suddenly undergoes a reversal of direction, when the cursor 41 of the rheostat 39 for adjusting the speed, from a position corresponding to a speed in one direction (for example forward), to a position, corresponding to a given speed or to the maximum speed, in the opposite direction.
The moment the cursors 41 and 89 pass through the stop position (while moving to the left), the ICR relay is no longer supplied, because the circuit of its excitation coil is interrupted by the cursor 89.
The 2CR relay is then able to rise; but because of the latch contact 82 of the ICR relay, the 2CR relay cannot raise, before the ICR relay has completely dropped to its open position.
Therefore, there is a sufficient time interval for the capacitor 76 to discharge through the contacts 78 and 84 of the ICR and 2CR relays. On the other hand, the voltage across the rheostat 75 immediately drops to zero, as soon as the contact 77 of the ICR relay begins to open.
So from the foregoing considerations, presented with the aid of the figure, the distribution of the current in the acceleration tube 71 and the main control tube 51 is such that at the instant of closing. ture of the RCR contactor, these two tubes allow the maximum current to pass, and no current passes through thyratrons 5 and 6, because the situation of their grid voltage is then identical to that represented by the curves Egl, EcI and AgI in figure 2 .
When relay 2CR closes, resistor 75 is bypassed from capacitor 76 and the RCR contactor reverses the motor connections. As soon as the RCR contactor closes, the source 65 begins to charge the capacitor 76 at a rate determined by the setting chosen for the rheostat 86. The resistor 75 therefore exhibits an increase in voltage, until this voltage reaches. soon its final value.
From this point, the reaction network (potentiometer 67) of the armature current controls the conductivity of the tubes 71 and 51, effecting the current limitation, described previously, until the reverse operation or braking is complete.
According to the operation of the delay circuit, described above and composed of the capacitor 76 and the resistors 75, 88 and thanks to the current limiter effect of the tube 71, the armature current of the motor at -
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quickly dyes its limit value and the thyratron system goes through the intermediate situations, shown in Figure 2 and explained above.
The result is that the engine rapidly decreases speed under the effect of regenerative braking. And if the manual control is left in its position corresponding to a speed in the opposite direction, the motor stops quickly and accelerates until reaching the speed commanded in the opposite direction. However, the operator can prevent the motor from changing direction and stop it, by simply moving the manual control to the stop position, when the motor speed approaches zero.
Of course, identical braking is obtained by gently moving the control in the opposite direction beyond the stop position, just enough to allow the main contactors RCR, FCR to be reversed, to a position where the engine speed is running. in the opposite direction is almost zero.
To facilitate an operation of this kind, one can use a mechanical lock or a limiting mechanism, movable between the positions-link before "and" reversal of march.
In each of the two positions of the mechanism, the main manual control of the speed control sliders 41 and 89 can move, from its middle position, over its entire stroke in one direction and, over a short length, in the other direction. This last movement is just enough to allow the main contactors to overturn, which causes regenerative braking, intended to quickly stop the engine or to have complete control of the speed in the event of runaway.
To control the runaway properly, it is of course necessary that the braking torque created in the motor is always greater than the runaway torque. The operator practically checks the heads, as soon as they balloon, by putting the manual control from time to time in the reversing on and off positions, as dictated by the runaway speed.
The value of the braking torque, which must always be greater than that of the runaway torque, is proportional to the current limit; it can be adjusted between certain limits by means of the cursor 74 of the potentiometer 75, as has been described previously.
FIG. 5 schematically represents an example of the mechanism of the kind just indicated. The cursor 41 of the rheostat of a system similar to that of the figure is mounted on a support 97 which can be moved by hand, along a guide rod 98, in order to bring the cursor 41 into focus, corresponding to the chosen speed, with the engine running forwards or backwards. A support piece 99 is wedged by a toggle spring CH, either in the position shown in solid lines or in that shown in broken lines.
The part 99 is actuated by a handle which the operator must place in one of the two preceding positions.
When the part 99 is in the "reverse direction" position indicated in solid lines, the support 97 of the cursor 41 allows the latter to be placed at each point of the rod 98 corresponding to a speed of the motor operating in the opposite direction. But the support 97 rests on the part 99, when the cursor is placed at a given point of the rod 98, corresponding to a low forward speed.
When the workpiece 99 is put in the "forward" position, the support 97 can be moved to the full extent of the forward speed adjustment, but it can only be given a limited movement, correspondingly. at low speed settings in reverse.
Naturally, the cursor 41 is motor coupled, with the cursor 89 (not shown in FIG. 5), which performs the operation.
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"forward" or "reverse" of the ICR and 2CR relays and of the FCR and RCR contactors, as shown in figure 1.
Another solution, to prevent the motor from rotating in the opposite direction, after a period of regenerative braking, consists in providing the control system operating according to the speed, and cutting off the power supply to the motor when its speed decreases to. 'to be zero or almost zero, at the end of the regenerative braking period.
A simple way to achieve such a speed-based control serving several purposes is to couple the motor shaft with a standard zero speed circuit breaker. This circuit breaker can be mounted in series with cursor 89. It closes the circuit of contact 89, only when the motor is rotating at a given speed in a determined direction.
Consequently, the main contactors are no longer supplied, as soon as the engine speed drops to zero, and the manual speed control could therefore be turned completely in the opposite direction, without the engine reversing. is possible.
Figure 6 shows only a modified part of a system, which is otherwise designed similar to that of Figure 1.
The drawing of figure 6 is practically limited to the circuit elements, which are connected to the secondary 2 of the transformer. This figure also represents a circuit breaker at zero speed S, coupled with the armature of the motor A. Only the lower parts of the contactors FCR, RCR and of the relays ICR, 2CR are shown in figure 6.
According to figure 6, the zero speed circuit breaker S can consist of a usual centrifugal circuit breaker, which closes its contact 80, normally open, when the motor speed drops below a given value, close to zero.
When the control lever CH is moved from the position shown in the figure to the right, the assembly of the slider 41 and of the contact 89 is thus moved from the stop position to a corresponding point. However, at a certain speed, in forward or hoisting direction, the ICR relay rises and in turn causes the FCR contactor to lift. The system then operates as described above.
Contact 80 closes when the motor speed exceeds a low value. However, if the motor assembly is reversed, by moving the slider and contact assembly from one point, - corresponding to a forward speed and located after the stop position - to a tipping point of on or braking downhill, the ICR relay and the
EMI12.1
FCR taters fall hanging down qlue. the ¯x'ea3s 2 @ Iµ '; and the RCR contactor switch on and reverse the motor assembly.
The engine then operates with recovery, as described above. First, contact 80 remains closed. However, when the motor speed approaches zero, contact 80 opens and the coil circuit of relay 2CR is interrupted, which causes the RCR contact to drop out and shut down. removal of, -power to the engine.
The system, shown in figure 7, is specially designed to operate a reversible motor with push button or with a contactor control at end of stroke.
Operation takes place at a speed set in advance. This speed can be adjusted between two widely spaced limits.
This system therefore applies especially to orders for machine-tools or auto manufacturing machines, which require frequent and rapid reversals of the engine.
The major part of the system, shown in figure 7, is identical to the system of figure 1. The principle of operation of the control is practically similar to that which has been described previously with reference to figures 1 and 2, as regards the speed adjustment-
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by controlling the induced voltage, limiting the current and running the motor in the opposite direction with recovery.
The circuit elements and other parts of the system shown in Figure 7, which are identical to those in Figure 1, have the same numbers respectively. The foregoing description and explanation of FIG. 1 are therefore directly and fully applicable to FIG. 7, with the exception of the characteristics which have been modified and which are described below.
The speed control rheostat of FIG. 7 is called 139 and its slide contact 141. It will be noted that this rheostat is mounted differently from that of the corresponding rheostat 39 of FIG. 1,. On the other hand, in the system of FIG. 7, this rheostat is not associated with a contactor. Furthermore, the reversal of the system of FIG. 7 is controlled by a push-button or a limit switch.
A resistor 101 is mounted bypassing the armature A of the motor in order to achieve dynamic braking,., When the motor has to be stopped.
The switching on of the resistor 101 is controlled by the contact 102 of a BCR braking relay, the excitation coil 103 of which also actuates a self-locking contact 104.
The coil circuit of the BCR braking relay is supplied by the secondary 2 of the transformer, under the control of additional contacts 105 and 106, carried respectively by the ICR and 2CR relays.
A push-button or limit switch 107 serves to start the motor in the forward direction, a push-button or limit switch 108 performs the same function for running in the opposite direction.
Contactors 107 and 108 may be adjustable end-of-stroke contactors used in a machine tool. The choice of the positions of these switches determines the extent of stroke of a reciprocating machine, such as the table of a planer.
The assembly can be arranged so that, for example, the reversing switch 108 is actuated, when the table reaches the end of its travel in the forward direction, and the contactor 107 is actuated. when the reciprocating table reaches the other end of its stroke.
An additional contact 109 is connected bypassing the contactor 107 and a contact 110 of the relay 2CR is connected in parallel with the contactor 108.
When the set of contact devices, comprising the relays and the contactors of the system are in the respective positions, indicated by FIG. 7, the motor is no longer supplied and stops. The braking resistor 101 then acts at the terminals of the armature A of the motor.
When the forward contactor 107 is pressed, winding 2 of the transformer feeds the coil 79 and the relay 1CR goes up. The relay 1CR locks itself on contact 109, and remains energized, when the forward contactor 107 is subsequently released. The FOR contactor rises, because its coil 14 is supplied by the intermediary of the switch. contact 81 of relay 1CR.
At the same time, the BCR relay is supplied via contact 105 of relay 1CR and is locked by its contact 104. The dynamic braking resistor 101 is thus disconnected from the armature and remains in this situation, until that we activate the stop control 96.
The armature circuit is closed, the motor 14 accelerates in the forward direction, until it has reached a speed, determined by the setting of the cursor 141 of the rheostat 139. Controls act on this speed for the keep constant ;, in accordance with the description given for figure 1.
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When the reversing switch 108 is actuated, the coil 79 is no longer supplied and the FCR contactor drops. Relay 2CR rises; its coil 85 is now supplied by the transformer winding via contacts 82, 108, 107 and 96. Relay 2CR locks itself at contact 110 and causes the rise. of the RCR contactor.
The motor (assuming it has turned in the forward direction) is then braked with recovery. Its direction of rotation is reversed, as explained previously with reference to Figures 1 and 2.
The speed of the motor in the opposite direction is also determined by the setting of slider 141. It is the same as that of forward travel, if the setting of slider 141 has not been changed.
It will be recognized, that while in the system of Figure 1, the reversal of the motor mounting occurs when the cursor of the speed control rheostat passes through the zero speed position - which causes a transient shutdown of the thyratron circuit - the sign reversal of the motor assembly in the system of Figure 7 takes place without prior movement of the speed rheostat slider.
However, in the system of figure 1, the current limiting tube 71 and the timing circuit of the capacitor 76 and the resistor 75, act immediately ,, on the resulting grid voltage of thyratron so as to modify the point d. ignition and to make the thyratron non-conductive, when the FCR and RCR contactors are reversed.
Therefore, in both systems, the tbyratrons are completely switched off, during inversion of the FCR and RCR contactors. They become coriducers again under the effect of the complete automatic control of the grid voltage, supplied by the delay and current limiting circuits, described previously.
The current of the motor armature quickly reaches its maximum limit value, corresponding to the setting of cursor 74 of potentiometer 75, but never exceeds this value.
In systems of the type shown in figure 7, if the motor is to be operated at different speeds in the forward and reverse directions, a second speed potentiometer can be connected as a bypass from the potentiometric rheostat 139, so as to be able to set the respective cursors to the positions corresponding to the various speeds, in either direction of travel.
In the systems conforming to those of FIG. 7, the coil 103 of the brake relay BCR is supplied via the contacts 105 and 106, whenever one of the relays 1CR and 2CR rises. The relay then locks itself on contact 104, and then drops out after the stop contact 96 has been actuated.
The resistor 101 therefore remains outside the armature circuit A of the motor throughout the period of the reversal in one direction or the other. It acts in the dynamic braking of the motor, only when the motor has to be stopped.
A control system of this type is particularly suitable for the operation of machine tools, for example for planers, when many changes of rate, for example 40 per minute are required. The advantage of a system of this type, compared to reversing gear by dynamic braking, lies in its efficiency and speed of change of gait: in this system, in fact, the reversing torque is maintained. even at very low speeds, (figure 2) and the motor is very effectively forced to stop.
To those skilled in the art, after studying this specification, it will be apparent that changes and modifications can be made to the systems, according to this invention, in various respects,
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and especially on the layout and connections of the circuits of the elements of the system without departing from the aims and principle of the invention.
CLAIMS.
1) Braking method with regeneration of a direct current motor supplied from an alternating current source via an adjustable arc discharge tube, characterized in that one applies to the tube during normal engine operation a continuously varying control voltage from a tube cut-off value, through a whole range of voltages corresponding to a range of tube firing angles which com - starts after a positive maximum and before the next zero point and ends after this zero point but before the next negative minimum, and the polarity of the motor connection is reversed to ensure regenerative braking while the motor is running and at a when the above control voltage reaches this cut-off value.