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MOTEUR ELECTRONIQUE.
La présente invention'se rapporte aux dispositifs électroniques de commande de mqteur électrique, particulièrement la commande d'un moteur à courant continu alimenté en courant alternatif par l'intermédiaire de disposi- tifs à décharge à gaz.
L'invention a pour but de procurer un appareil servant à la comman- - de d'un moteur en fonction d'une condition de fonctionnement d'un autre moteur, à l'aide d'un appareillage de commande électronique relativement simple que l'on peut régler avec facilité et précision de manière qu'il ne réponde que lorsque la condition de fonctionnement de commande atteint une valeur détermi- née.
L'invention a plus particulièrement pour but de procurer un dispo- sitif électronique servant à la commande d'un moteur d'alimentation d'une ma- chine de fabrication en fonction de la charge appliquée à un moteur associé d'entraînement d'outil ou de fabrication de manière à maintenir la vitesse d'alimentation ou d'avancement de la matière à travailler ou fabriquer dans des limites désirées en ce qui concerne la charge sur le môteur d'entraîne- ment d'outil ou de fabrication.ou à maintenir la charge sur ce dernier moteur en dessous de valeurs limites désirées.
En se reportant par exemple aux conditions de fonctionnement d'en mo- teur de moulin à puple, telque représent au dessin annexé et décrit ci-après, le moteur principal ou de fabrication entraîne une meule, et les rondins à ré- duire en pulpe sont avancés vers la meule par un anneau d'alimentation de rondins entraîné par un moteur d'alimentation. Comme les rondins sont inégaux, le moteur principal est parfois soumis à des charges anormales. Par exemple, quand la pression d'avancement est trop élevée, la charge peut être excessive sur le moteur principal; ou quand la meule rencontre une partie dure dans un rondin, la charge du moteur principal peut monter instantanément à des valeurs de surcharge.
Considérant de. tels moteurs de moulins à pulpe, l'invention a pour but d'assurer une alimentation normale en rondins à la vitesse désirée sans surcharge du moteur principal. Il est entendu cependant que l'invention s'applique aussi à d'autres types de machines et à d'autres conditions de fonc- tionnement
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Un autre but de l'invention est de réaliser la dépendance désirée dû moteur d'alimentation par rapport à une condition de travail ou de charge du moteur principal ou de fabrication au moyen d'un dispositif de commande é- lectronique associé au même circuit de commande des tubes redresseurs du moteur d'alimentation qui fournit aussi une commande de limitation de courant ou d'ac célération du moteur d'alimentation,
réalisant ainsi un dispositif de commande électronique de grande simplicité générale et de grande sûreté.
Diverses formes d'exécution préférées de l'invention sont représen- tées à titre d'exemple au dessin annexé qui représente à la figure. 1 le schéma de principe d'un moteur de broyeur à pulpe, et à la figure 2 une variante d'une partie du même moteur, les figures 3 et 4 étant des graphiques explicatifs.
Afin de donner un exemple complet de moteur construit conformément à l'invention, des types commerciaux de tubes et des valeurs numériques d'élé- ments de circuits sont donnés comme références, étant entendu que ces référen- ces ne sont nullement limitatives mais données à titre d'exemple seulement.
La figure 1 représente schématiquement un moulin à pulpe G ayant une meule 1 entraînée par un moteur principal Ml et un anneau d' alimentation 2 entraîné par un moteur d'alimentation M2 à l'aide un engrenage 3. L'anneau 2, en tournant dans le sens de la flèche, fait avancer les rondins 4 vers la meule 1 en rotation.
Le moteur principal Ml (3.000 CV) est alimenté par une ligne à cou- rant alternatif L. -Le moteur est normalement équipé des dispositifs requis de démarrage et d'arrêt, qui ne sont cependant pas représentés au dessin, n'é- tant pas essentiels à l'invention. Pour comprendre la description, on peut admettre que le moteur Ml tourne à vitesse constante, quand il est alimenté et en marche normale.
L'induit du moteur d'alimentation M2 (7 à 10 CV) porte la référen- ce 5. Le moteur M2 a un inducteur série 6 qui peut consister en un enroulement intermédiaire ou de compensation. L'inducteur principal 7 du moteur est à exci- tation indépendante.
Le circuit d'induit du moteur d'alimentation M2 est alimenté par la ligne L à travers un transformateur d'énergie représenté symboliquement en 10 et comprend trois dispositifs à décharge à gaz 11, 12 13. Ceux-ci sont des thyratrons (type WL-414) quoique pour d'autres applications l'on puisse utiliser d'autres types de tubes de commande, tels des ignitrons pour la com- mande de gros moteurs. Le circuit d'induit comprend aussi les enroulements primaires 14 et 15 d'un transformateur de courant 16 dont le rôle et le fonc- tionnement seront expliqués ultérieurement. Le circuit d'induit est commandé par deux contacteurs inverseurs FCR et RCR qui relient l'induit aux tubes avec les polarités respectives nécessaires pour la marche avant et arrière.
Les contacts principaux 17 et 18 du contacteur FCR sont actionnés par une bobine 19 qui actionne aussi trois contacts auxiliaires 20, 21, 22.
Le contacteur RCR a des contacts principaux 23 et 24 actionnés par une bobine 25 qui actionne aussi des .contacts auxiliaires 26, 27 et 28.
Le circuit de la bobine du contacteur FCR est commandé par un re- lais 1CR dont la bobine 31 actionne deux contacts 32 et 33 et est commandée elle-même par un contact de "marche avant 34 par exemple, du type à bouton poussoir. De même, le circuit de la bobine du contacteur RCR est commandé par un relais 2CR dont la bobine 35 actionne deux contacts 36, 37 et est alimentée par un contact de "marche arrière" 38, de préférence aussi du type à bouton poussoir. Un contact "d'arrêt" 39 normalement fermé est mis en série avec les contacts 34 et 38.
Aux bornes de l'induit 5 du moteur M2 se trouve la bobine 41 d'un relais 4CR en série avec les contacts susmentionnés 20 et 26. Le contact 42 du relais 4CR commande les circuits des bobines des rélais FCR et RCR. Le re- lais 4CR enclenche quand les deux contacteurs FCR et RCR déclenchent et si à ce moment le moteur M2 tourne toujours à une vitesse supérieure à une valeur minimum donnée à laquelle la tension aux bornes de la bobine 41 du relais 4CR dépasse sa valeur d'enclenchement. Par conséquent, le circuit d'induit du mo-
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teur M2 ne peut se fermer que lors.que le moteur M2 est pratiquement au repos.
Si on suppose la ligne d'alimentation L sous tension et le moteur principal Ml en marche,on démarre le moteur d'alimentation M2 en enfonçant temporairement le contact de i'marche avant" 34. Ainsi le relais 1CR enclenche et se verrouille par le contact 32. Le relais 1DR ferme, au contact 33, le circuit de la bobine 19 du contacteur FCR qui ferme en conséquence ses contacts principaux 17 et 18 et complète donc le circuit d'induit du moteur M2 pour la marche avant. Après cela.;, le moteur M2 peut être arrête en enfonçant le contact "d'arrêt" 39. En enfonçant le contact de "marche arrière 38, le relais 2CR et le contacteur RCR enclenchent et ferment le circuit d'induit du moteur M2 quand le moteur doit tourner en marche arrière.
Pendant la marche du moteur d'alimentation M2 son inducteur prin- cipal 7 reçoit une excitation constante de la ligne L par l'intermédiaire d'un transformateur 43 et de deux tubes redresseurs connectés en biplaque 44 et 45 sous la commande des contacts 46 et 47 d'un relais 6CR. La bobine 48 du re- lais 6CR est alimentée par l'enroulement secondaire 49 d'un transformateur 50 de sorte que le relais 6CR enclenche chaque fois que la ligne d'alimentation L est convenablement mise sous tension.
Le transformateur 50 a un autre enrou- lement secondaire 51 pour le chauffage des cathodes des tubes redresseurs d'exci- tation 44 et 45. @
Aux bornes de l'enroulement de transformateur 49 sous la commande du relais 6CR, se trouva la bobine 52 d'un relais à temps TR dont le contact 53, quand il est fermé, alimente les circuits des bobines des relais susmention- nés 1CR, 2CR et des contacteurs FCR, RCR. Comme le contact 53 se ferme un cer- tain temps après la fermeture des contacts de relais 46 et 47 le circuit d'in- duit du moteur d'alimentation M2 ne peut être alimenté qu'après pleine excita- tion de l'induit 7.
Un autre relais à temps (non représenté) est habituellement inséré entre la bobine 48 du relais 6CR et l'enroulement de transformateur 49 de sorte que l'application de la haute tension aux tubes 44 et 45 est retardée jusqu'au moment où les cathodes des tubes ont eu le temps de s'échauffer.
L'intensité du courant d'induit redressé fourni au moteur d'alimen- tation M2 dépend de l'angle d'allumage des tubes redresseurs d'induit 11, 12, 13 c'est-à-dire de la phase des moments d'ignition dans la période de la ten- sion anodique des tubes. L'angle d'allumage est réglé-par les conditions de tension du circuit de commande des redresseurs. La grille de commande 55 du tube Il est reliée par une résistance 56 (220,000 ohms) et un transformateur déphaseur 57 à un conducteur 58. La grille de commande 59 du tube 12 est re- liée par une résistance 60 (220.000 ohms) et un transformateur déphaseur 61 au même conducteur 58. La grille 'de commande 62 du tube 13 est reliée par une résistance 63 (220. 000 ohms) et un transformateur déphaseur 64 aussi au conduc- teur 58.
Les transformateurs déphaseurs 57 61 et 64 appliquent aux'diverses grilles une polarisation alternative ayant un déphasage donné, par exemple un retard d'environ 90 , par rapport aux tensions anodiques respectives des tubes Il., 12 et 13. Il ept entendu que les transformateurs déphaseurs peuvent être combinés avec ou :reliés au transformateur d'énergie principal 10 et que l'on peut, si on le désire,, utiliser d'autres dispositifs déphaseurs pour fournir aux tubes redresseurs d'induit la polarisation de grille déphasée. La cons- truction et la disposition des autres transformateurs sont plus ou moins ar- bitraires et non essentielles à l'invention.
Revenant au circuit de commande des tubes redresseurs d'induit 11, 12 et 13, il faut remarquer que le conducteur commun 58 est relié en série avec la résistance 40 (100. 000 ohms), une résistance 65 (10. 000 ohms),. une résistan- ce 66 (2. 500 ohms), une résistance 67 (1.000 ohms), une partie en dérivation d'un rhéostat potentiométrique 68 (1. 900 ohms de résistance totaleµ et une par- tie en dérivation d'un rhéostat potentiométrique 69 (7.500 ohms de résistance totale) . Le circuit de commande va du curseur 70 du rhéostat 69, par un con- ducteur 71 et une résistance potentiométrique 72 (15,000 ohms de résistance totale) à un conducteur cathodique commun 73 des tubes redresseurs 11, 12 et 13.
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Le circuit de commande des redresseurs d'induit décrit ci-dessus peut être considéré comme contenant deux sources de tension de commande en plus des transformateurs déphaseurs susmentionnés ou source de tension de polarisa- tion alternative déphasée. Une des sources de tension supplémentaires pour le circuit de commande comprend les résistances 66, 67 et les rhéostats 68, 69.
Ces résistances et rhéostats font partie d'un diviseur de tension qui comprend aussi un rhéostat 74 (14.700 ohms de résistance totale) et une résistance 75 (3.000 ohms). Les fils d'extrémité 76 et 77 de ce diviseur de tension sont alimentés par une source de courant continu à tension constante comprenant un tube redresseur double 78 (type 5Y4-G) alimenté par l'enroulement secondaire 51 du transformateur 50. La tension appliquée par la source de tension aux bornes des résistances 66 et 67 et de la partie ajustée du rhéostat 68 est cons- tante. La chute de tension aux bornes de la partie adjacente du rhéostat 69 peut varier parce que le curseur 70 de ce rhéostat doit être déplacé quand on veut régler la vitesse.
Cependant la chute de tension aux bornes du rhéostat 69 est petite comparée à la chute de tension totale aux bornes des résistances 66 et 67 de sorte que ces variations sont négligeables quant au commandement des tubes redresseurs d'induit. Par conséquent, la composante de tension de commande appliquée au circuit de commande des redresseurs par le circuit à ré- sistance potentiométrique prise dans son ensemble est pratiquement constante et se combine avec la tension de polarisation alternative déphasée précitée de manière à former une tension de polarisation périodique synchrone avec la tension anodique des redresseurs.
La seconde source supplémentaire de tension de commande pour le circuit de commande des redresseurs d'induit est représentée par la résistance 65. Cette résistance est insérée comme une charge série dans le circuit plaque d'un maître tube amplificateur de commande 79 (6Y6-G). La plaque du-tube 79 reçoit sa tension du diviseur de tension aux résistances 66 et 67. C'est-à- dire que la source de tension constante comprenant le tube redresseur 78 sert aussi à alimenter la plaque du tube* 79. La quantité de courant circulant dans le circuit anodique du tube 79 et, par conséquent, la tension aux bornes de la résistance de charge 65, dépendent des conditions de tension du circuit de grille du maître-tube.
Ce circuit de grille est multiple. Son circuit principal va de la grille de commande 80 du maître-tube 79 par une résistance 81 (10.000 ohms), un conducteur 82, une partie d'un rhéostat 83 ( 400 ohms de' résistance totale ), une résistance 90 ( 220.000.ohms ), orne. partie du rhéos- tat à prise 72, et le conducteur 71 au curseur 70 du rhéostat de réglage de vitesse 69, puis par le rhéostat 68 pour aboutir au conducteur de cathode 88 du maître-tube.
La tension de polarisation appliquée par cette partie princi- pale du circuit de grille entre la cathode et la grille de commande du maître- tube est essentiellement déterminée par la chute de tension ajustée aux bornes des parties actives des rhéostats 68 et 69 et dépend de la position du curseur de réglage 70. La vitesse de base désirée pour le moteur d'alimentation peut donc être choisie en réglant le curseur 70, les valeurs maxima et minima de la gamme de vitesses de base possibles étant déterminées par la position des prises sur les rhéostats 68 et 74.
Une autre branche du circuit de grille du maître-tube va du conduc- teur 82 par le rhéostat 83, et une partie d'un rhéostat 84 (5.000 ohms de ré- sistance totale) à un conducteur 85. Celui-ci est relié à la cathode d'un tu- be à cathode froide 86 du type régulateur de tension (OD3). La branche du cir- cuit de grille va de l'anode du tube 86 par une résistance 87 (68.000 ohms) au conducteur de cathode 88 du maître-tube 79.
La branche du circuit de grille mentionnée ci-dessus reçoit de la tension continue variable des parties de dérivation des rhéostats 83 et 84 con- nectés en série entre les fils de sortie d'un tube redresseur 89 (6 x 5-GT).
Le circuit du tube 89 est alimenté par le transformateur de courant susmentionné 16. La tension appliquée par les rhéostats 83 et 84 sur le circuit de grille du maître-tube est pratiquement proportionnelle au courant d'induit du moteur d'alimentation M2. Une partie de cette tension agit sur le tube à cathode froide 86. Aussi longtemps que la tension aux bornes du tube 86 reste en des-
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sous de la tension de rupture, aucun courant ne circule dans cette branche du circuit de grille.
Par conséquent, jusqu'à une certaine valeur de courant d'in- duit, choisie par le réglage des rhéostats 83 et 84, cette branche du circuit de grille n'a pas d'effet sur la fonction de commande de vitesse du maître-tube Au contraire, quand le courant d'induit du moteur d'alimentation M2 dépasse une valeur à laquelle le tube 86 devient conducteur, le maître-tube reçoit de la tension de grille de manière à augmenter sa conductance. Une chute de ten- sion plus grande apparaît alors aux bornes de la résistance de charge 65 de sorte que les points d'allumage des tubes redresseurs d'induit 11, 12, 13 sont retardés' ce qui réduit le courant d'induit du moteur d'alimentation.
Les réglages de tension précités du circuit de grille du maitre-tube sont tels que l'effet de limitation du courant ne se produit pas pendant la marche nor- male du moteur d'alimentation, mais seulement 'quand le courant d'induit dépas- se une valeur de surcharge déterminée, ce qui se produit par exemple pendant les périodes de démarrage et d'accélération du moteur d'alimentation. Le mai tre-tube entre alors en jeu pour commander l'accélération du moteur d'alimenta- tion. Le même effet de limitation de courant se produit évidemment aussi si une grande surcharge se présente dans le circuit d'induit due à un couple exces- sif sur le moteur d'alimentation, ce qui peut se produire par un défaut de ma- chine ou par le blocage de l'anneau d'alimentation de rondins.
Une troisième branche du circuit de grille du maître-tube va par un tube à cathode froide 91 du type régulateur de tension (OC3/VR 105). L'anode du tube 91 est reliée à celle du tube 86. La cathode du tube 91 est reliée par une résistance 92 (22.000 ohms) et une résistance 93 (68a000 ohms) à un fil de sortie 94 d'un redressement comprenant un tube redresseur 95 (6 x 5 -GT) alimenté par un transformateur élévateur 96 et un transformateur de courant 97 couplé inductivement au circuit d'alimentation du moteur principal Ml La tension redressée du tube 95 est appliquée à un diviseur de tension composé d'une résistance 98 (4.700 ohms) et d'un rhéostat 99 (7,500 ohms) shunté par un condensateur de filtrage 100 (2 mfd)
. Le fil de sortie susmentionné 94 est relié à une extrémité des résistances du diviseur de tension tandis que l'autre fil de sortie est identique au fil susmentionné 82. Le tube régulateur 102 (OD3/VR 150) est associé au circuit de grille du maitre -tube et au circuit de sortie du redresseur 95. Le tube 102 a une tension de rupture plus élevée (150 volts) que le tube 91 (105 volts) et a pour effet, quand il est conducteur, de polariser le maître-tube de manière à ce qu'il amène les redresseurs d'in- duit plus vers ou entièrement au cut-off De cette fagon, le circuit du tube 102 a'une action de limitation de pointe et empêche de pousser lé moteur prin- cipal à bout.
Avec les valeurs de tension données entre parenthèses, l'effet limiteur du tube 102 est écarté jusqu'à ce que la charge du moteur principal atteint 150 % de .la valeur à laquelle le tube régulateur de courant 91 entre en jeu; et l'amplification par la branche du circuit de grille active quand le tube 102 est conducteur est suffisamment élevée pour provoquer l'interrup- tion complète du courant vers le moteur d'alimentation.
Revenant au tube 91 déjà décrit et aux circuits associés, il est entendu que le retard ou effet amortisseur du condensateur 101 et de la résis- tance 93 n'est nécessaire ou souhaité que dans des conditions spéciales de char- ge ou de combinaisons de dispositifs régulateurs et de charges qui présentent de l'instabilité sans emploi de dispositif à temps. Il y a donc des applica- tions où il ne faut pas de dispositif à temps. En àit, le tube 102 est con- necté de telle façon que le circuit de retard est court-circuité chaque fois que la charge du moteur principal monte brusquement à un niveau excessif auquel le tube 102 devient conducteur.
Il ressort aussi que pour des applications où les variations de charge du moteur principal sont moins sévères que celles supposées dans la forme d'exécution de la figure 1, le tube limiteur de pointes 102 et les circuits associés peuvent être supprimés de sorte que dans ce cas la régulation de vitesse du moteur d'alimentation en fonction de la charge du moteur principal est réalisée au moyen du tube 91 seulement.
La variante représentée à la figure 2 sert à montrer les modifica- tions mentionnées dans le paragraphe précédent. Les éléments représentés à la figure 2 font pratiquement uniquement partie de la partie modifiée du dis- positif, le reste étant supposé semblable aux parties correspondantes de la
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figure 1. Les mêmes éléments des deux figures portent les mêmes références.
Le dispositif modifié diffère de celui de la figure 1 uniquement à peu près par la suppression des éléments de retard 93 et 101 et des tubes 86 et 102.
Donc, dans le dispositif de la figure 2 seul le tube 91 sert à commander la vitesse d'alimentation en réponse à du retour de courant du moteur principal.
La fonction régulatrice d'un dispositif équipé d'un seul tube à commande par feedback (tube 91), par exemple tel que représenté à la figure 2, ressortira plus clairement du graphique représenté à la figure 3.
A la figure 3, le courant d'induit du moteur principal M1 est por- té en abscisses, et la vitesse en tours par minute du moteur d'alimentation M2 est portée-en ordonnées. Jusqu'à une valeur déterminée C1 du moteur prin- cipal, le moteur d'alimentation tourne à la vitesse maximum choi-sie par régla- ge du rhéostat de commande de vitesse 69. Quand le courant du moteur princi- pal dépasse la valeur CI., le tube régulateur 91 devient conducteur et force le maitre-tube 79 à réduire la vitesse. Par conséquent, la courbe de vitesse S du moteur d'alimentation baisse graduellement jusqu'à l' arrêt.
Le courant de charge du moteur principal est ainsi limité à une valeur maximum C2 La gamme de courants entre 0 et C1 pour le moteur principal peut être réglée au moyen du rhéostat 92. C'est pourquoi le rhéostat 99 est de préférence placé près de l'opérateur à côté du rhéostat de commande de vitesse 69. La gamme de réglage entre les valeurs de courant C1 et C2 dans laquelle le feedback du moteur principal intervient pour réduire la vitesse du moteur d'alimentation dépend des paramètres du circuit du tube 91 et peut donc aussi avoir des limi- tes réglables en choisissant convenablement les valeurs de tension et d'impé- dance de ce circuit.
Quand le dispositif a aussi un tube limiteur de pointes, tel que le tube 102 de la figure 1 le fonctionnement est semblable à celui représenté par le graphique de la figure 4. Quand le courant du moteur principal Ml res- te en dessous de la valeur C1 le moteur d'alimentation M2 tourne à la vitesse maximum déterminée par le réglage du rhéostat 69. Quand le courant du moteur principal dépasse la valeur C1 la courbe de vitesse S tombe graduellement de la vitesse maximum conformément au graphique de la figure 3. Si le courant du moteur principal dépasse la valeur C3 la courbe de vitesse S suit la cour- be caractéristique (figure 4) du circuit du tube 102 devenu conducteur et tom- be plus rapidement à zéro.
La commande d'un moteur en réponse à l'entrée d'un autre moteur conformément à l'invention a de nombreuses applications pour les machines-ou- tils et autres machines à moteurs de travail et d'alimentation séparés. Cer- tains ensembles à plusieurs moteurs commandant des transporteurs, rouleaux, etc. successifs peuvent être stabilisés au moyen d'un tel dispositif. Il est évident qu'il suffit d'inverser les polarités pour "renverser" le système décrit de façon que le moteur commandé augmente sa vitesse avec l'augmentation de l'entrée au moteur de commande., ce qui ouvre un autre champ d'applications intéressantes.
REVENDICATIONS.
1) Appareil de commande électronique pour commander un moteur élec- trique en fonction d'une condition de fonctionnement d'un autre moteur, compre- nant un circuit d'alimentation à source de courant alternatif et un redresseur à décharge pour fournir du courant au premier moteur,, le redresseur ayant un circuit de commande avec un dispositif à tension réglable, un dispositif pour régler le courant en concordance avec une vitesse de moteur normale désirée, une source de tension variable répondant à la condition de fonctionnement de l'autre moteur, un tube à cathode froide ayant une tension de rupture donnée avec un circuit relié à la source de tension variable de façon à être conduc- teur quand cette condition dépasse une valeur déterminée,
et un dispositif de circuit couplant le circuit du tube au circuit de commande du redresseur pour faire baisser la vitesse du premier moteur quand le tube est conducteur.