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DISPOSITIF DE COMMANDE REVERSIBLE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN CONVERTISSEUR
A DECHARGE A VAPEUR DANS UN MONTAGE A UN GODET.
Des commandes réversibles avec moteurs '4 courant continu, alimen- tés par l'intermédiatire de convertisseurs à décharge à vapeur et dont la vi- tesse peut être modifiée à l'aide d'une commande par grille, peuvent, comme on le sait, être basés sur les trois principes essentiels suivants :
a) Dans un montage à deux godets (en croix) un renversement du courant et de la tension est possible, de telle sorte que l'on peut obtenir un retour d'énergie en cas de freinage ainsi qu'un renversement du sens de marche, le sens du champ d'excitation restant le même. b) Dans un montage à un godet on peut réaliser un fonctionnement réversible par renversement du champs, en réglant de façon appropriée la ten- sion du convertisseur dans la modulation du redresseur et du redresseur in- versé. c) Dans un montage à un godet on peut en outre obtenir un fonc- tionnement réversible par renversement de 1?induit à l'aide d'un inverseur de polarité.
La première réalisation est désavantageuse au point de vue éco- nomique, à cause de l'équipement double des godets. La deuxième réalisation ne peut être employée que dans une mesure limitée, à cause de l'inertie relative- ment grande du champ. La troisième réalisation par contre peut avec une com- mande appropriée satisfaire toutes les exigences.
Les difficultés essentiel- les résident ici dans le fait que l'inverseur de polarité doit être commandé à un moment préciso Dans la plupart des cas une automatisation complète est absolument nécessaire, étant donné que le phénomène d'inversion, par exemple dans les laminoirs, ne doit prendre que quelques secondes, l'opérateur ne de- vant manoeuvrer de préférence qu'un seul levier de commande (bâton) pour le
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réglage de la vitesse et du sens de rotation.
Les procédés de commande connus jusqu'à présent, outre qu'ils pré- sentent l'inconvénient constitué par le grand nombre d'éléments de commande, n'ont pas encore apporté de solution satisfaisante pour une inversion précise du circuit de l'induit. On a appliqué essentiellement des principes techniques de commande. La présente invention par contre applique le principe du réglage, de façon telle que le nombre de tours est mesuré et est comparé à une valeur désirée réglable à la main, l'écart étant utilisé pour modifier la tension de convertisseur,le renversement de 1-'inverseur de polarité ayant toujours lieu lorsque la variation de vitesse du moteur ne suit pas la valeur désirée.
Lorsque le sens du courant nécessaire dans l'induit en cas de modification à la main de la vitesse désirée, correspond à celui du godet, la vitesse de rotation devient en pratique immédiatement égale à la valeur dé- sirée. Si par contre la valeur désirée est modifiée pour obtenir une dimi- nution de la vitesse, ce qui exige un freinage par retour d'énergie, il faut au préalable renverser le circuit de l'inducteur et faire fonctionner le re- dresseur comme convertisseur continu-alternatif, pour qu'une accélération dans le sens désiré puisse avoir lieu.
Le fait que la valeur réelle de la vitesse ne correspond pas, en cas d'une diminution, à la valeur désirée, est, suivant l'invention, un critère précis pour la nécessité de renversement du circuit de l'induit, Dans ce cas le régulateur vient occuper une position finale déter- minée, de telle sorte que la constatation de ce critère est relativement aisée et ne peut faire aucun doute.
Les figures 1 à 3 représentent schématiquement des formes de réa- lisation de l'invention, Fig. 1 représente le montage complet, tandis que Fig.
2 et 3 représentent des modifications techniques du montage.
Dans fig. 1 on emploie pour le réglage un ou plusieurs tubes élec- troniques. Le moteur 1 est alimenté par le convertisseur 2 commandé par grille par l'intermédiaire d'un inverseur de polarité 3. En vue d'économiser un ins- trument de mesure du nombre de tours, le réglage a lieu de façon telle que la tension de l'induit est comparée à celle de l'indicateur de la valeur désirée 4 réglable à la main. L'indicateur de valeur désirée est soumis à une tension continue 5 proportionnelle à la tension alternative de l'anode et qui peut donc être puisée dans le réseau sans stabilisation,, Il est muni d'une dériva- tion centrale fixe en vue du renversement du sens de la tension.
La différen- ce entre la valeur désirée et la valeur réelle agit par l'intermédiaire des résistances 6 et 7 sur la grille du tube- électronique 8, qui par 1'interné- diire de la commande 9 influence les grilles du convertisseur 2 de façon telle qu'une diminution de leur courant anodique, grâce à une augmentation de leur tension de grille négative, fait également diminuer la tension continue du convertisseur 2, ou en provoque un renversement en fonctionnement continu-al- ternatif. Au courant iv dans le tube 9 correspond donc une tension de conver- tisseur précise. Pour iv-= zéro on obtient la contretension de convertisseur inversé la plus élevée possible.
Pour cette raison il faut que la gamme de ré- glage de la commande de grille 9 soit suffisamment grande - environ 150 degrés électriques.
La commutation de l'inverseur de polarité 3 doit toujours avoir lieu en l'absence de courante Ceci est généralement assuré lorsque le conver- tisseur remplit dans une mesure suffisante le rôle de convertisseur continu- alternatif et est effectué pour cette raison par le relais à minima 10 raccor- dé aux pôles, dont l'enroulement a est soumis à une tension continue 11 et qui attire l'armature contre le contact Z lorsque le courant iv dans l'enroulement b est inférieur à une certaine valeur minimum. Le dispositif de commutation sans fin 12 est alors avancé d'un cran, ce dispositif pouvant également être remplacé par un dispositif culbuteur à relais, et l'inverseur de polarité 3 est commuté dans la position a ou bo C'est donc chaque fois que le courant iv est inférieur à la valeur minimum critique qu'a lieu une inversion de polarité dans l'induit.
On peut encore prévoir comme garantie supplémentaire un contact
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13 dans le circuit des tubes;, ce contact souvrant pendant un court instant à chaque manoeuvre de l'inverseur de polarité ce qui implique la commutation - du convertisseur. Dans le but de permettre l'opération d'inversion ou une modi- fication de la vitesse dans le temps le plus court possible sans dépasser le courant maximum admissible dans l'induit ou le godet,on a prévu un système de limitation du courant, composé du transformateur d'intensité du courant con- tinu 14 (ou bien d'un transformateur d'intensité du courant alternatif du côté primaire du transformateur du convertisseur) du redresseur 15, de la résistan- ce 16, de la soupape 17 et de la tension désirée 18 du courant (identique à la tension continue auxiliaire 11).
Si la tension dans la résistance 16 - propor- tionnelle au courant de l'induit - dépasse la valeur de la tension 18, la limi- tation est produite dans le sens d'une diminution de la tension du convertis- seuro Le machiniste peut donc déplacer le repère de la vitesse désirée 4 avec une rapidité arbitraire sans crainte de surcharger le convertisseur ou le mo- teur. Il en résulte alors des conditions optima pour l'accélération et par suite des durées d'inversion les plus courtes possibles.
Pour permettre la commutation du relais 10 pour un courant iv très faible et pour protéger son enroulement b contre une surcharge thermique, on a monté en dérivation à la résistance 20 le redresseur 19. Il en résulte égale- ment une limitation de la chute de tension dans cet enroulement.
Pour expliquer plus en détail le fonctionnement, on va traiter quelques exemples de modification de valeur désirée de vitesse :
Si par exemple l'inverseur de polarité 3 occupe la position re- présentée a et la dérivation de l'indicateur de valeur désirée 4 la position neutre, le courant iv a une valeur correspondant à la.tension.de convertisseur zéro, qui se trouve quelque peu en dessous de la moitié de la valeur maximum.
Si à présent le levier de la valeur désirée 4 est déplacé dans la position po- sitive, un excès de potentiel négatif est provoqué dans le circuit de grille.
Le courant iv devient nul, dès que la modification de la valeur désirée a at- teint l'ordre de grandeur de la statique normale (environ 10%), et une com- mutation de l'inverseur de polarité 3 a lieu. Etant donné que simultanément les pôles de la tension différentielle entre la valeur désirée et la valeur réelle sont inversés, c'est le courant iv ou la tension du convertisseur qui augmente.
Le moteur est accéléré dans le sens désiré avec un courant, dont l' intensité est déterminée par la valeur réglée du courant limite 18, jusqu'à ce que finalement la tension de la valeur de vitesse désirée est annulée par la tension aux bornes du moteur et qu'aucune accélération supplémentaire n'a lieuo Si en vue du renversement du sens de rotation du. moteur ou en vue de la diminution de la vitesse de rotation, le levier de commande 4 est déplacé de la position positive vers la position négative, il en résulte tout d'abord, é- tant donné que l'inverseur de polarité occupe encore la position b, un blo- cage du tube de réglage 8, ce qui provoque la commutation. Cette situation est représentée en plus simple par la fig. 2.
Le convertisseur fonctionne comme redresseur inversé et freine le moteur avec le courant limite JA. Dès que la tension réelle Ui devient inférieure à la tension désirée Us, la va- leur de iv diminue, jusqu'à ce que finalement une nouvelle commutation ait lieu et que le moteur soit maintenu à la vitesse de rotation désirée. Si le levier, dépassant le point neutre, a été placé dans la position négative., au- cune commutation n'a lieu. Le convertisseur passe peu à peu de la modulation onduleur à la modulation redresseur, ce qui provoque le renversement du sens de rotation. Si l'on déplace-le levier de la position négative vers la posi- tion positive, la commutation a lieu de la même-manière. Après la commutation on trouve la situation suivant fig. 3, un freinage ayant lieu à nouveau.
Lors d'une première mise en marche ou bien lors de mouvements inhabituels du levier de commande, il se peut que le convertisseur fonctionne déjà complètement comme onduleur et qu'un déplacement supplémentaire du le- vier de commande dans le sens d'une augmentation de la tension de' grille né- gative du tube 8 ait lieu. La vitesse du moteur est alors nulle et n'obéit au déplacement du levier qu'après qu'il ait passé rapidement par la position neu- tre et qu'ainsi une commutation ait eu lieu. Il n'est pas utile dans la prati-
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que de prévoir une touche supplémentaire pour le mécanisme de commutation,,étant donné que l'opération consistant à faire passer le levier de commande par la position neutre ne prend pas plus de temps que la pression sur une touche.
Si le déplacement des impulsions de grille dans la commande 9 a lieu par prémagnétisation de bobines de réactance, la commutation en fonction- nement redresseur inversé peut avoir lieu relativement rapidement en cas de blo- cage du tube 8, et peut être retardée dans le sens opposé grâce à un choix ap- proprié de la valeur de la tension 11. Par 1-'introduction de cette constante de temps déterminée dans le rapport approximatif de 1:10, la contretension du redresseur inversé ne diminue pas subitement après commutation de l'inverseur de polarité, ce qui fait éviter des pointes de surcharge.
Il faut encore faire remarquer que l'emploi de la tension aux bor- nes de l'induit pour la comparaison des nombres de tours est favorable pour des raisons de stabilisation, étant donné que par suite de la chute de potentiel dans la résistance de l'induit un certain retour d'énergie a lieu et que des réglages défectueux peuvent être évités plus facilement.
Une augmentation supplémentaire du nombre de tours pour une ten- sion maximum du convertisseur grâce à une diminution du champ, est facilement réalisable avec l'arrangement décrit. Un affaiblissement du champ par montage d'une résistance dans le circuit excitateur ou par diminution de la tension d' excitation a lieu lorsque l'on déplace le levier de commande au-delà de la po- sition terminale du potentiomètre 4, sans qu'une augmentation supplémentaire de la tension désirée se produise, ce qui est aisément réalisable grâce à l'em- ploi d'un potentiomètre à collecteur.
Si l'on déplace ensuite le levier de com- mande en vue de diminuer le nombre de tours, il se produit également un bloca- ge du tube 8 et ainsi une commutation de l'inverseur de polarité, étant donné qu'aussitôt est produite une augmentation de la tension aux bornes de l'induit.
Il faut assurer par des mesures appropriées que le courant du champ d'excita- tion n'augmente pas plus rapidement que*; ne diminue le nombre de tours pour le courant d'induit de limitation.
Le procédé décrit fonctionne également pour le freinage nécessai- re dans des machines de transport, qui sont accélérées par la charge à trans- porter.
REVENDICATIONS. la Dispositif¯de commande réversible par l'intermédiaire d9un convertisseur à décharge à vapeur dans un montage à un godet avec commutation de l'induit, caractérisé en ce que la commande du nombre de tours est basée sur le principe d'un réglage dans lequel on mesure le nombre de toursqui est comparé à une valeur désirée qui peut être modifiée à la main, 19écart de réglage étant utilisé pour la modification de la tension de convertisseur, la commutation de l'inverseur de polarité dans le circuit de 1-'induit ayant toujours lieu lorsque le nombre de tours du moteur ne suit pas la variation de la valeur désirée.
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REVERSIBLE CONTROL DEVICE THROUGH A CONVERTER
A STEAM DISCHARGE IN A BUCKET MOUNTING.
Reversible drives with 4 direct current motors, supplied by means of steam discharge converters and whose speed can be changed by means of a gate drive, can, as is known, be based on the following three essential principles:
a) In a two-bucket arrangement (crosswise) a reversal of current and voltage is possible, so that energy feedback can be obtained in the event of braking as well as a reversal of the direction of travel , the direction of the field of excitation remaining the same. b) In a one-bucket assembly, reversible operation can be achieved by reversing the field, by appropriately adjusting the voltage of the converter in the modulation of the rectifier and the reverse rectifier. c) In a one-bucket arrangement it is furthermore possible to obtain a reversible operation by reversing the armature by means of a polarity inverter.
The first embodiment is disadvantageous from an economic point of view, because of the double equipment of the buckets. The second embodiment can only be used to a limited extent, because of the relatively large inertia of the field. The third embodiment, on the other hand, can meet all requirements with an appropriate control.
The main difficulties here lie in the fact that the polarity reverser must be controlled at a precise momento In most cases complete automation is absolutely necessary, since the reversal phenomenon, for example in rolling mills, should only take a few seconds, the operator should preferably operate only one control lever (stick) for the
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adjustment of speed and direction of rotation.
The control methods known until now, apart from having the drawback constituted by the large number of control elements, have not yet provided a satisfactory solution for a precise inversion of the armature circuit. . Essentially technical control principles were applied. The present invention, on the other hand, applies the principle of adjustment, such that the number of turns is measured and is compared to a desired value adjustable by hand, the difference being used to modify the converter voltage, the reversal of 1- polarity inverter always taking place when the motor speed variation does not follow the desired value.
When the direction of the current required in the armature in the event of manual modification of the desired speed corresponds to that of the bucket, the rotation speed becomes in practice immediately equal to the desired value. If, on the other hand, the desired value is modified to obtain a reduction in speed, which requires braking by energy feedback, it is first necessary to reverse the inductor circuit and operate the rectifier as a DC converter. -alternative, so that an acceleration in the desired direction can take place.
The fact that the real value of the speed does not correspond, in the event of a decrease, to the desired value, is, according to the invention, a precise criterion for the necessity of reversing the armature circuit, In this case the regulator comes to occupy a determined final position, so that the recognition of this criterion is relatively easy and there can be no doubt.
Figures 1 to 3 show schematically embodiments of the invention, FIG. 1 shows the complete assembly, while Fig.
2 and 3 represent technical modifications of the assembly.
In fig. 1 one or more electronic tubes are used for the adjustment. Motor 1 is supplied by gate-controlled converter 2 via a polarity inverter 3. In order to save an instrument for measuring the number of revolutions, the adjustment is made in such a way that the voltage of the armature is compared with that of the indicator of the desired value 4 adjustable by hand. The desired value indicator is subjected to a direct voltage proportional to the alternating voltage of the anode and which can therefore be drawn from the network without stabilization. It is provided with a fixed central branch for the purpose of reversal. of the sense of tension.
The difference between the desired value and the actual value acts via resistors 6 and 7 on the grid of electron tube 8, which through control 9 influences the gates of converter 2 in such a way. such that a decrease in their anode current, thanks to an increase in their negative gate voltage, also causes the DC voltage of converter 2 to decrease, or causes it to reverse in DC-alternating operation. The current iv in the tube 9 therefore corresponds to a precise converter voltage. For iv- = zero the highest possible reverse converter counter-voltage is obtained.
For this reason the adjustment range of the gate control 9 must be sufficiently large - about 150 electrical degrees.
The switching of the polarity inverter 3 must always take place in the absence of current This is generally ensured when the converter fulfills to a sufficient extent the role of DC-AC converter and is carried out for this reason by the relay to minimum 10 connected to the poles, the winding a of which is subjected to a direct voltage 11 and which attracts the armature against the contact Z when the current iv in the winding b is less than a certain minimum value. The endless switching device 12 is then moved forward one notch, this device also being able to be replaced by a relay rocker device, and the polarity reverser 3 is switched to position a or bo It is therefore each time that the current iv is less than the minimum critical value that a reverse polarity takes place in the armature.
We can still provide as an additional guarantee a contact
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13 in the tube circuit ;, this contact opening for a short time each time the polarity reverser is operated, which implies switching - of the converter. In order to allow the reversal operation or a modification of the speed in the shortest possible time without exceeding the maximum admissible current in the armature or the bucket, a current limitation system has been provided, consisting of the direct current transformer 14 (or alternatively an alternating current transformer on the primary side of the converter transformer), the rectifier 15, the resistor 16, the valve 17 and the desired voltage 18 of the current (identical to the auxiliary direct voltage 11).
If the voltage in the resistor 16 - proportional to the armature current - exceeds the value of the voltage 18, the limitation is produced in the sense of a decrease in the voltage of the converter The machinist can therefore move the mark of the desired speed 4 with an arbitrary speed without fear of overloading the converter or the motor. This then results in optimum conditions for acceleration and consequently in the shortest possible reversal times.
In order to allow the switching of the relay 10 for a very low current iv and to protect its winding b against a thermal overload, the rectifier 19 has been shunted to resistor 20. This also results in a limitation of the voltage drop. in this winding.
To explain the operation in more detail, we will discuss some examples of modification of the desired speed value:
If, for example, the polarity inverter 3 occupies the position shown a and the derivation of the desired value indicator 4 the neutral position, the current iv has a value corresponding to the converter voltage zero, which is found somewhat below half of the maximum value.
If now the lever of the desired value 4 is moved to the positive position, an excess of negative potential is caused in the gate circuit.
The current iv becomes zero, as soon as the modification of the desired value has reached the order of magnitude of the normal statics (about 10%), and a switching of the polarity inverter 3 takes place. Since simultaneously the poles of the differential voltage between the desired value and the actual value are reversed, it is the current iv or the voltage of the converter which increases.
The motor is accelerated in the desired direction with a current, the intensity of which is determined by the set value of the limit current 18, until finally the voltage of the desired speed value is canceled by the voltage at the terminals of the motor. and that no additional acceleration takes place if in order to reverse the direction of rotation of. motor or with a view to reducing the speed of rotation, the control lever 4 is moved from the positive position to the negative position, this results first of all, since the polarity reverser still occupies the position b, a blockage of the adjustment tube 8, which causes switching. This situation is represented in simpler form by FIG. 2.
The converter works as an inverted rectifier and brakes the motor with the limit current JA. As soon as the actual voltage Ui falls below the desired voltage Us, the value of iv decreases, until finally a new commutation takes place and the motor is maintained at the desired speed of rotation. If the lever, having passed the neutral point, has been placed in the negative position, no switching takes place. The converter gradually switches from inverter modulation to rectifier modulation, which causes the direction of rotation to be reversed. If the lever is moved from the negative position to the positive position, the switching takes place in the same way. After switching, we find the situation as shown in fig. 3, braking taking place again.
When switching on for the first time or with unusual movements of the control lever, the converter may already function completely as an inverter and that an additional movement of the control lever in the direction of an increase of the negative grid voltage of tube 8 occurs. The speed of the motor is then zero and does not obey the movement of the lever until it has passed rapidly through the neutral position and thus switching has taken place. It is not useful in practice.
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than to provide an additional button for the switching mechanism, since the operation of moving the control lever through the neutral position does not take more time than pressing a button.
If the displacement of the gate pulses in the control 9 takes place by premagnetization of the reactance coils, the switching to reverse rectifier operation can take place relatively quickly in the event of blockage of the tube 8, and can be delayed in the direction opposite by means of an appropriate choice of the value of the voltage 11. By the introduction of this determined time constant in the approximate ratio of 1:10, the counter-voltage of the reverse rectifier does not suddenly decrease after switching on the voltage. polarity inverter, which avoids overload peaks.
It should also be pointed out that the use of the voltage at the armature terminals for the comparison of the numbers of turns is favorable for reasons of stabilization, given that, as a result of the drop in potential in the resistance of l A certain energy return takes place and faulty settings can be avoided more easily.
A further increase in the number of turns at maximum converter voltage by reducing the field is easily achievable with the arrangement described. A weakening of the field by mounting a resistance in the exciter circuit or by reducing the excitation voltage takes place when the control lever is moved beyond the terminal position of potentiometer 4, without a further increase in the desired voltage occurs, which is easily achieved through the use of a collector potentiometer.
If the control lever is then moved with a view to reducing the number of revolutions, there is also a blockage of the tube 8 and thus a switching of the polarity inverter, since immediately occurs. an increase in the voltage across the armature.
It must be ensured by appropriate measures that the current of the excitation field does not increase more rapidly than *; does not decrease the number of turns for the limiting armature current.
The described method also works for the braking required in transport machines, which are accelerated by the load to be transported.
CLAIMS. Reversible control device by means of a steam discharge converter in a single-cup assembly with switching of the armature, characterized in that the control of the number of revolutions is based on the principle of an adjustment in which the number of turns is measured which is compared to a desired value which can be changed by hand, where the adjustment deviation is used for changing the converter voltage, the switching of the polarity inverter in the 1-armature circuit always taking place when the number of engine revolutions does not follow the variation of the desired value.