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SYSTEME DE COMMANDE.DE MOTEUR ELECTRIQUE.
Dans de nombreuses applications de moteurs, il est spécialement apprécié de pouvoir utiliser la vitesse constante ou graduellement décroissan- te à mesure que la charge s'accroît, ce qui est caractéristique dans le cas des moteurs en dérivation. Les moteurs de ce genre présentent toutefois l'in- convénient que leurs propriétés de démarrage ne conviennent pas lorsqu'un couple élevé de démarrage est requis. Pour cette raison, il est désirable de trouver une méthode de contrôle de vitesse donnant une caractéristique de charge de vitesse correspondant essentiellement à celle d'un moteur en dériva- tion de même qu'à celle de moteurs d'autres genres, surtout de ceux qui ont des propriétés plus favorables au démarrage ou à charge élevée.
A cette exigence peut répondre un système conforme à la présente invention, qui esttrelatif au contrôle de la vitesse d'un moteur d'un autre type qu'un moteur-en dérivation, si bien que la vitesse peut, dans la plus' grande mesure, être maintenue constante à charge variable. la. caractéris- tique principale réside en ce que le moteur est un moteur commutateur dont le courant d'excitation est pratiquement proportionnel au courant d'induit, le moteur étant alimenté en série au moyen d'un transducteur qui est prévu de telle façon que le moteur ait principalement la caractéristique de déri- vation.
En ordre principal, l'invention a trait au contrôle de la vitesse du moteur dit en série, que l'on se propgse de le commander par courant ccn- tinu ou par courant alternatif monophasé ou triphasé, mais il est également possible d'utiliser des moteurs spéciaux ayant les caractéristiques des mo- teurs en série, tels que les moteurs à répulsion, au nombre desquels on compte certains types, par exemple les moteurs Thomson et Déri. L'expres- sion "moteur en série" désignera ci-après chacun des types mentionnés de mo- teurs.
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L'un des avantages de l'invention est la possibilité d'utiliser la propriété d'un moteur en série pour répondre à une augmentation du couple.
Le couple d'un moteur en dérivation est, comme il est connu, essentielle- ment proportionnel au cours d'induit, tandis que le couple d'un moteur en série est proportionnel au carré du courant d'induit. Pour cette rai- son, un accroissement du couple de charge entraîne un accroissement compara- tivement plus faible en énergie pour le dernier type de moteur mentionné.
Le moteur en série est donc très approprié dans les cas où un couple de dé- marrage élevé est requis.
La tension du moteur pour un moteur en série varie sensiblement suivant une courbe qui, pour une certaine vitesse, est une fonction linéaire croissante du courant du moteur. Toutefois, le fait que la vitesse d'un tel moteur varie selon le changement de la charge constitue souvent un inconvé- nient. Cet inconvénient peut être évité selon l'invention par connexion d'un transducteur en série au moteur en série, selon les propriétés du transducteur qui peuvent suivre ladite courbe. De cette manière, on peut donner au moteur en série une caractéristique de dérivation, sa propriété de capacité de développement d'un couple de démarrage élevé pouvant être uti- lisée en même temps.
Un régulateur simple, robuste et sûr peut être obtenu suivant 1' inventibn et il ne faut recourir à aucun élément devant être souvent rempla- cé, tel que les tubes thermioniques. L'avantage de l'utilisation d'un trans- ducteur réside dans le fait qu'il peut être contrôlé suivant certaines pres- criptions, c'est-à-dire suivant un certain quotient entre la .tension et le courant, une certaine vitesse, etc...
L'invention sera maintenant décrite avec féférence au dessin ci=annexé, dans lequel la figure 1 montre la relation entre le courant et la tension pour un moteur en série, à différentes vitesses. Les figures 2, 3, 4, 5 et 6 représentent schématiquement différentes formes de réalisation du dispositif objet de l'invention.
La figure 1 montre la relation rectiligne existant entre le courant et la tension d'un moteur en série, aux vitesses ni à n4. Un transducteur excité par du courant continu, d'une manière-appropriée, peut être utilisé pour donner ces courbes.
Dans la forme de réalisation visible à la figure 2, 1 désigne: un moteur en série, avec la bobine de champ 2. Le moteur, considéré, dans ce cas, comme un moteur à courant alternatif, est relié en série, avec le transducteur 3 et un pont'* de redresseur 4, à une source de courant alter- natif, en 5 et 6. Le transducteur 3, qui peut avantageusement être à auto- excitation interne, est pourvu d'une bobine d'excitation coopérante 7, ali- mentée par le redresseur 4. Le courant, dans cette bobine, doit être réglé et ceci peut, par exemple, se faire, comme il est montré au dessin, au moyen d'un résistance réglable 9. Le transducteur est, en outre,pourvu d'une bobi- ne de pré-excitation 8, connectée à une source de courant continu en 10 et 11.
Au moyen de la bobine de pré-excitation 8 et de la résistance 9, la consommation de tension du transducteur peut être adaptée de telle façon qu'une vitesse désirée puisse être réglée pour le moteur. Lorsque la charge du moteur change et, par conséquent, le courant du moteur, le transducteur est prévu pour que la modification du courant d'excitation dans la bobine 7, dépendant du courant du moteur, donne automatiquement une telle modifica- tion de la tension à travers le moteur qu'une courbe correspondant à celles qui sont représentées à la figure 1 puisse être suivie; par conséquent, une vitesse réglée au préalable peut être maintenue constante. Toutefois, avec ce système, il y a une limitation, en ce sens que la partie de la courbe caractéristique du transducteur donnant la courbe de vitesse rectiligne dé- sirée a une mesure relativement petite.
C'est pourquoi la méthode décrite pour contrôler le transducteur ne permet l'utilisation que d'une gamme de
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vitesse plutôt limitée.
Selon la forme de réalisation illustrée à la figure 3, il est toutefois, possible d'obtenir une gamme beaucoup plus étendue pour régler lavvitesse. Comme dans le cas représenté à la figure 2, le transducteur est alimenté par un courant d'excitation traversant la bobine 7, dérivé du courant du moteur,et, en outre, par un courant d'excitation fourni, par une source de courant séparée, à la bobine 8. Le transducteur est, par ailleurs, pourvu d'une autre bobine d'excitation 12, dont le nombre d'ampères-tours contre-balance le nombre d'ampères-tours de la bobine d'auto-excitation 7.
La bobine 12 est alimentée à partir d'un pont de redresseur 13, connecté à la tension traversant le moteur en série. Une résistance réglable 14 est connectée pour contrôler le courant d'excitation. Le dessin donne, en va- riante, la connexion dé ladite résistance au côté courant alternatif du re- dresseur 13. Les deux bobines d'excitation 7 et 12, dont chacune est des- tinée 'à donner un grand nombre d'ampères-tour's se compensent mutuellement pour une certaine relation entre le courant et la tension, c'est-à-dire pour une certaine vitesse, qui peut être réglée par la résistance 14. Par cette connexion, l'inclinaison de la courbe du transdücteur sera d'importance moin- dre, une gamme de vitesse plus vaste pouvant être couverte.
Un autre avan- tage est que la précision du contrôle sera plus grande que dans le cas de la forme de réalisation représentée à la figure 2.
On peut évidemment contrôler de la même manière un moteur en série à courant continu, pourvu qu'il soit relié à un redresseur lui-même connecté en série au'transducteur. 'Chacune des formes de réalisation mon- trées au dessin est appropriée à cet effet et la figure 4 représente une connexion qui ressemble notamment à celle qui est montrée à la figure 2.
Un pont de redresseur 15 est connecté en série au transducteur et il alimen- te le moteur à courant continu 16 et sa bobine de champ 17. Le mode de fonctionnement est ici le même que dans le cas décrit avec référence à la figure 2.
La figure 5 représente un autre mode de réalisation de la com- pensation des courants d'excitation du transducteur, dont l'un est propor- tionnel à la tension à travers le moteur et l'autre,au courant du moteur.
Les circuits à courant continu des redresseurs 4 et 13 sont réunis de maniè- re telle qu'un courant différentiel puisse être dérivé pour la bobine 18.
Certaines résistances peuvent, de façon appropriée, être connectées dans les circuits, par exemple les résistances 19 et 20, en série avec chaque redresseur. L'une de ces résistances sera réglable.
On peut prévoir certaines modifications, tout en restant dans le cadre de l'invention; ainsi, le transducteur peut être contrôlé par un courant qui suive directement la vitesse du moteur, obtenue, par exemple, par un générateur tachymètre commandé par le moteur.
En variante encore, le courantd'excitation dépendant de la tension, con- formément à la figure 3, est dérivé de la tension à travers l'induit du mo- teur.
La figure 6 montre la méthode de dérivation du courant d'exci- tation pour le transducteur, d'un générateur tachymètre@21, commandé par le moteur 1. La bobine 7 est reliée aux balais du générateur tachymètre en sé- rie avec une résistance réglable 22.
REVENDICATIONS.
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ELECTRIC MOTOR CONTROL SYSTEM.
In many motor applications it is especially appreciated that the speed can be used constant or gradually decreasing as the load increases, which is characteristic of bypass motors. However, motors of this type have the disadvantage that their starting properties are unsuitable when high starting torque is required. For this reason, it is desirable to find a method of speed control which gives a speed load characteristic corresponding essentially to that of a derivative motor as well as that of motors of other kinds, especially those. which have more favorable properties at start-up or at high load.
This requirement can be met by a system according to the present invention, which is related to controlling the speed of an engine other than a bypass motor, so that the speed can, to the greatest extent, be met. , be kept constant at variable load. the. main feature is that the motor is a commutator motor, the excitation current of which is practically proportional to the armature current, the motor being supplied in series by means of a transducer which is provided in such a way that the motor mainly has the bypass characteristic.
In principal order, the invention relates to the control of the speed of the motor known as in series, that it is propgg to control it by direct current or by single-phase or three-phase alternating current, but it is also possible to use special motors having the characteristics of series motors, such as repulsion motors, including certain types, for example Thomson and Déri motors. The term "series engine" will hereafter denote each of the mentioned types of engines.
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One of the advantages of the invention is the possibility of using the property of a series motor to respond to an increase in torque.
The torque of a shunt motor is, as is known, essentially proportional to the armature course, while the torque of a series motor is proportional to the square of the armature current. For this reason, an increase in load torque results in a comparatively smaller increase in energy for the latter type of motor mentioned.
The series motor is therefore very suitable in cases where a high starting torque is required.
The motor voltage for a series motor varies substantially along a curve which, for a certain speed, is an increasing linear function of the motor current. However, the fact that the speed of such a motor varies with the change in load is often a disadvantage. This drawback can be avoided according to the invention by connecting a transducer in series to the motor in series, according to the properties of the transducer which can follow said curve. In this way, the series motor can be given a bypass characteristic, its property of capacity to develop a high starting torque can be used at the same time.
A simple, robust and safe regulator can be obtained according to the invention and no part which needs to be replaced often, such as thermion tubes, need be resorted to. The advantage of using a transducer lies in the fact that it can be controlled according to certain specifications, that is to say according to a certain quotient between voltage and current, a certain quotient between voltage and current. speed, etc ...
The invention will now be described with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the relationship between current and voltage for a series motor, at different speeds. Figures 2, 3, 4, 5 and 6 schematically represent different embodiments of the device of the invention.
Figure 1 shows the rectilinear relationship existing between the current and the voltage of a motor in series, at speeds n1 at n4. A transducer excited by direct current, in a suitable manner, can be used to give these curves.
In the embodiment visible in FIG. 2, 1 designates: a motor in series, with the field coil 2. The motor, considered, in this case, as an AC motor, is connected in series with the transducer 3 and a rectifier bridge 4, to an alternating current source, at 5 and 6. The transducer 3, which can advantageously be internally self-excited, is provided with a cooperating excitation coil 7, supplied by rectifier 4. The current in this coil must be regulated and this can, for example, be done, as shown in the drawing, by means of an adjustable resistor 9. The transducer is also , provided with a pre-excitation coil 8, connected to a direct current source at 10 and 11.
By means of the pre-excitation coil 8 and resistor 9, the voltage consumption of the transducer can be adjusted such that a desired speed can be set for the motor. When the load of the motor changes and, consequently, the current of the motor, the transducer is provided so that the modification of the excitation current in the coil 7, depending on the current of the motor, automatically gives such a modification of the voltage. through the engine that a curve corresponding to those shown in Figure 1 can be followed; therefore, a pre-set speed can be kept constant. However, with this system there is a limitation, in that the portion of the transducer characteristic curve giving the desired straight velocity curve has a relatively small measurement.
Therefore, the method described for controlling the transducer only allows the use of a range of
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rather limited speed.
According to the embodiment illustrated in Figure 3, however, it is possible to obtain a much wider range for adjusting the speed. As in the case shown in Figure 2, the transducer is supplied by an excitation current flowing through the coil 7, derived from the motor current, and, further, by an excitation current supplied, by a separate current source , to coil 8. The transducer is, moreover, provided with another excitation coil 12, the number of ampere-turns of which counterbalances the number of ampere-turns of the self-exciting coil 7.
The coil 12 is supplied from a rectifier bridge 13, connected to the voltage crossing the motor in series. An adjustable resistor 14 is connected to control the excitation current. The drawing shows, in a variant, the connection of said resistor to the alternating current side of rectifier 13. The two excitation coils 7 and 12, each of which is intended to give a large number of amps. turns compensate each other for a certain relation between current and voltage, i.e. for a certain speed, which can be regulated by resistor 14. By this connection, the inclination of the transducer curve will be d Of less importance, a wider speed range can be covered.
Another advantage is that the control precision will be greater than in the case of the embodiment shown in FIG. 2.
A direct current series motor can obviously be controlled in the same way, provided that it is connected to a rectifier itself connected in series to the transducer. Each of the embodiments shown in the drawing is suitable for this purpose and Figure 4 shows a connection which notably resembles that shown in Figure 2.
A rectifier bridge 15 is connected in series to the transducer and it supplies the direct current motor 16 and its field coil 17. The operating mode is here the same as in the case described with reference to FIG. 2.
Fig. 5 shows another embodiment of the compensation of the excitation currents of the transducer, one of which is proportional to the voltage across the motor and the other to the motor current.
The direct current circuits of rectifiers 4 and 13 are joined in such a way that a differential current can be derived for coil 18.
Some resistors may suitably be connected in the circuits, for example resistors 19 and 20, in series with each rectifier. One of these resistors will be adjustable.
Certain modifications can be provided, while remaining within the scope of the invention; thus, the transducer can be controlled by a current which directly follows the speed of the motor, obtained, for example, by a tachometer generator controlled by the motor.
As a further alternative, the voltage dependent excitation current, according to Figure 3, is derived from the voltage across the armature of the motor.
Figure 6 shows the method of bypassing the excitation current for the transducer, from a tachometer generator @ 21, driven by motor 1. Coil 7 is connected to the tachometer generator brushes in series with a resistor. adjustable 22.
CLAIMS.
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