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@ PERFECTIONNEMENTS AU FREINAGE PHEOSTATIQUE"
Les installations fixes ou mobiles comportant des mo- teurs à courant continu du type série sont parfois prévues avec un équipement qui permet d'assurer un freinage rhéostatique au cours duquel les moteurs, excités séparément au moyen d'une excitatrice à vitesse sensiblement constante, sont utilisés en génératrices débitant sur dos résistances variables.
La valeur du couple de freinage est dans ces équipements définie par la position d'un manipulateur, mais aux vitesses élevée) ce couple de freinage doit souvent être limité en deçà de cette valeur car les machines électriques ne sont pas capables de fonc- tionner dans cotte zone de vitesse avec le maximum du courant d'induit et du flux d'excitation.
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Par ailleurs, pour une question de poids, d'encombrement ou de prix, il est naturellement avantageux de prévoir dans ces équipements une excitatrice de puissance'limitéeet do l'utiliser au mieux, de manière à ne pas réduire 1'efficacité du freinages
La présente invention, due à M. HEIDMANN. et applicable.
particulièrement, mais non exclusivement aux moteurs de traction, a pour but de réaliser un équipement de freinage rhéostatique de faible encombrement et permettant par un procédé spécial de régu- lation, de tirer le meilleur parti des machines, sans jamais dépas- ser'leurs possibilités et de les faire fonctionner avec le maximum d'efficacité et de sécurité. l'invention a donc pour objet essentiel un procédé de réglage et des dispositifs permettant d'obtenir un effort de fret ' nage constant défini par la position du manipulateur de freinage si cet effort peut être réalisé sans dépasser les possibilités de moteurs (courant et tension) sinon,
les dispositifs de régulation suivant l'invention ont pour rôle d'utiliser ces possibilités au maximum en réglant l'intensité, la tension se trouvant définie par- la valeur du rhéostat. Enfin, si ces objectifs ne peuvent être atteints sans dépasser le courant inducteur maximal compatible avec le dimensionnement de l'excitatrice,
le rôle des dispositifs de réglage est de maintenir ce courant à sa dite valeur maximale
Un autre objet de l'invention est de réaliser progressif vement les variations d'effort de freinage commandées éventuelle* ment par le Manipulateurs
L'invention a en outre pour objet la combinaison des dis- positifs de régulation ci-dessus avec un dispositif de régulation complémentaire au moyen duquel la vitesse de l'excitatrice, dans le cas où elle est entraînée par un moteur à courant contint cet maintenue à une valeur sensiblement indépendante de la charges
Pour atteindre ces résultats, l'équipement suivant l'in- vent ion agit en réglant l'excitation de l'excitatrice, au moyen de trois relais de mesure dont les contacts,
branchés en série dans le circuit d'excitation, le ferment lorsque le courant d'ex-
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citation 1 des machinée principales, leur couple de freinage 0 et leur courant d'induit 1 sont inférieurs à des valeurs assignée et l'ouvrent lorsqu'une quelconque de ces grandeurs devient excès-
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eive<,
Par ailleurs,conformément à un aspect de l'invention, la stabilité de vitesse de l'excitatrice est assurée,quelle que soit sa charge en compensant la chute ohmique et éventuellement l'action des enroulements compound du moteur auxiliaire qui en- traîne cette excitatrice,
au moyen d'un enroulement complémentaire
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acustraotït d'excitation parcouru par le courant d'induit i de l'excitatrice ou excite par la tension de l'excitatrice.
Le mode de fonctionnement de l'équipement et le, procède de réglage seront exposés maintenant d'une manière plus explicite en se reportant au dessin annexa sur lequel,
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la fige 1 est un schéma de principe des circuits électriques réalisés en vue d'une opération de freinage, la fig. 2, est un diagramme explicatif, la fige 3, un diagramme relatif au procédé de réglage auto- matique
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Afin de simplifier le dessin, la fig, 1 a été établie pour le cas d'une seule machine principale, mais, comme on le verra, le fonctionnement de l'équipement ne serait pas modifié en dans son principe s'il/comportait plusieurs.
Sur cette figure, on voit un moteur 1 dont l'induit'
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est branché par un contact IA pour débiter un courant 1,,souo une tension B sur un rhéostat de freinage R qui est relié en mdrte avec une résistance fixe 2. Les inducteurs 10 du moteur sont reliés à une excitatrice 3 qui fournit un courant i.
Les diverses sections du rhéostat R peuvent être successivement éliminées d'une façon connue par un graduateur ayant un arbre à cames Ca qui est notion-
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nd par un moteur auxiliaire %0 En pratique, ce rhéostat et ses oontactouro servent également pour le démarrage* L'exoïtatrioa > qui comporte un enroulement inducteur 3A est entraînée à une vitesse approximativement constante par un
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moteur oompound 5 pourvu d'un enroulement Série 5A, d'un enroule. ment shunt 5B et d'un enroulement démagnétisant additionnel 50 qui
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est parcouru par le courant i débite par l'excitatrice * Cet en- roulement additionnel sana nuire.
l'efficacité do l'enroulement cOmPOu2d SA lors des variations de la tension d'alimentation, ,.\1.' mine les chutes de vitesse provoquées par la charge variable, o' est- à-dire le courant i.
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L'enroulement 3A est alimenté par un amplificateur  fui peut être constitue par plusieurs étages de transiotronco La. ten- oion d'entrée du dit amplificateur est fournie par un condensateur ! 7 qui out chargé par une source S à travers une résistance Op pour autant que des contacts mobiles 10> 11. et 12 en série dansa circuit de charge, noient en leurs positions hautes vers lesquelles ils sont sollicites par exemple au moyen de' ressorte 10A, 11A et 1 U. Chacun de ces contacts mobiles peut d'autre part être amené dans sa position basée par l'un des relais de commande &# RI et Ru s le premier de ces relais est sensible au courant d'excitation i, le deuxième au courant d'induit 1 et le troisième au couple 0 de freinage.
Lorsque l'un quelconque de ces contacts mobiles 10 à 12 est mis en position basse par l'augmentation excessive de i, de I
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ou de 0, la charge du condensateur 7 est interrompue et il est de"'' chargé à travers une résistance limitatrioe 9. Il est à noter que ' les contacts mécaniques 10 à 12, à deux positions peuvent être rem- places par des dispositifs connus purement statiques, télé que les
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montages appropriés à tran'1istrons pouvant jouer le .rôle de comme- tateurs.
Le premier relais Ri,commande par un courant qui est pro- portionnel au courant d'excitation i, est alimenté par la chute de
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tension de i dans une réïatance 4* Son contact mobile 10 reste en haut aussi longtemps que le courant i est égal ou inférieur à son maximum, Dans le cas contraire, le contact 10 passe à sa position
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basse et décharge Io condensateur 76 0* relais comporta, d'autre part, un contact mobile 13 qui, en position basse, commande le mo-
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leur auxiliaire M dans le sens de la diminution,de la valeur ohmique, du rhéostat de freinage R.
Le deuxième relais RI est commandé par une fraction du courant d'induit I, prélevée sur la résistance fixe 2 et limitée par une résistance variable Ri dont la valeur est également fonction de
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la position de l'arbre à cames aa déjà mentionnée Lorsque 1 ddpaeae le oeuïl de fonctionnement de R, défini par la position de cet 1 arbre 4 cames Ca,le contact mobile 11 est mis dans sa position basse par le relais RI et le oondenuateur 7 est mis à la décharge, île troisième relaie Rc est commande par une tension "e" qui est fournie par un appareil basé sur l'effet Hall bien connu.
Cet appareil est constitua par un circuit magnétique 1! aimanté par une bobine p qui est parcourue par le courant déjà mentionné pro-
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portionnel à le Dans un entrefer de 1! est disposée, une plaquette d Hall H qui est donc soumise à un flux 2* sensiblement proportionnel au flux du moteur 19 Cette plaquette est parcourue dans un sens par un courant x proportionnel .1, qui est prélevé sur la. résistance fixe 2. On sait que dans ces conditions; il apparaît sur les cotes de la plaquette qui sont perpendiculaires à ceux par lesquels le courant x est amené, une tension "e" qui est proportionnelle au
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produit de$ par I, o'eat-a-dire a peu près au couple 0 du moteur 1.
Il en résulte qu'aussi longtemps que ce couple 0 est inférieur à une valeur maximale , le contact mobile 12 est maintenu dans sa po-
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ttition "haute".
Le circuit d'excitation intervieut dans le fonctionnement de la régulation automatique du freinage de la façon suivante.
Lorsque les 3 contacts mobiles 10 à 12 sont au repos dans
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leura positions "hautes", la tension "u" qui apparaît aux bornue du condensateur 7 croit suivant une courbe exponentielle "m" (fig.2) avec une constante de temps appropriée* Si l'un des paramètres C, I ou 1 dépasse sa valeur maximale, l'un des contacts mobiles tombe et décharge le condensateur 7 suivant une courbe "n" ;cela réduit la tension "u", donc le courant de sortie de l'amplificateur A ainsi
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. que le courant d'excitation i.
Il en résulte une baisse correspondante des trois para'- mètres, de aorte qu'au bout d'un certain temps, les trois contact* 10 à 12 sont de nouveau dans leurs positions hautes, la charge du condensateur 7 recommence et sa tension remonte suivant une courbe O. De cette façon, la tension u, et par conséquent la valeur du courant i, effectuent des battements autour de valeurs moyennes qui correspondent aux conditions de fonctionnement désirées. Afin d'éviter des variations brusques du couple de freinage, on réalise les divers circuits de réglage avec des constantes de temps suffis samment longues, de l'ordre de 2 sec. par ex.
L'équipement suivant la fig. 1 est spécialement agence* pour réaliser le procède do la présente invention qui permet d'et- fectuer le freinage rhéostatique en plusieurs étapes adaptées aux divers régimes ou zones de vitesse de façon à assurer le maximum , d'efficacité, de souplesse et de sécurité*
On décrira ce procédé en se reportant à la fig. 3, et en supposant le cas le plus général de son application :
celui où le freinage débute 4 une vitesse V1 trop élevée pour qu'on puisse pro- duire dès le début le couple retardateur désiré Cd sans dépasser les possibilités du moteur, et où le courant d'excitation i atteint sa valeur limite avant que le couple de freinage désiré ne soit obtenue
Sur cette figure 3, les courbes ont été tracées, pour pite de clarté, en supposant qu'au cours du processus de régulation les résistances R et 11 varient sans solution de continuité On décrira cependant la réaction de la régulation à des variations de résistan- ce cran par cran, comme cela se fait pratiquement*
Pendant la première sont de vitesse désignée par "a" sur la fies 3,
le couple de freinage Od demande dépasse les possibilités de la machine 1 ; onutilise au mieux cette machine en la faisant fonctionner à puissance constante* Les contacta 10 et 12 sont dans leurs positions hautes, car le courant d'excitation i et le couple de freinage 0 sont inférieurs à leurs valeurs maximales 1 les résis- tances R et R1 sont maintenues constantes* Dans ces conditions, la
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. régulation consiste à maintenir constant le courant I, en faisant croître le courant i au fur et à mesure que la vitesse décroît.
Ce résultat est obtenu par le jeu du contact 11 'dont les battements, sous l'influence du relais RI sensible au courant 1 imposé, produi- sent le courant d'excitation moyen qui convient * Le couple de frei- nage croit dans ces conditions suivant une loi hyperbolique.
La deuxième zone de vitesse désignée par "b" débute à la vitesse V2 à laquelle le courant d'excitation i atteint sa valeur maximale. Le couple de freinage est encore inférieur à la .valeur assi- guée Cd. En raison de ce dernier fait, le contact 12 reste en haut et la régulation consiste à limiter le courant i à sa valeur maximale ainsi qu'à poursuivre le fonctionnement à puissance constante en imposant un courant 1 croissant en raison inverse de la vitesse ou de la racine carrée de la valeur de la résistance R puisque, en l'occurrence, la tension E diminue proportionnellement à la vitesse,
La valeur moyenne du couple continue à croître en fonction de la vitesse suivant une loi hyperbolique.
Le processus de fonctionnement de la régulation dans la zone de vitesse "b" est exposé ci-après.
Dès que le courant i atteint sa valeur maximale, le contact haut de 10 s'ouvre et simultanément le contact 13 ee ferme* Le mo- teur M fait avancer d'un cran l'arbre à cames %et une partie de la résistance R est éliminée tandis que la résistance R1 est.majorée.
Le courant 1 augmente instantanément, mais la régulation le ramène aussitôt par une baisse d'excitation à la valeur correspondant à la nouvelle valeur de R.. Ensuite, le processus de la phase de fonc- tionnement "a" se reproduit, mais sur une valeur de résistance R plus faible et de courant I plus élevé ;autrement dit, le courant i croît pour maintenir le courant I à cette nouvelle valeur.
Lorsque ce courant "i" atteint de nouveau sa valeur limite, une nouvelle tranche de la résistance R est éliminée et ainsi de suite, chaque progression de l'arbre à came Ca étant déclenchée par le courant i lorsqu'il atteint cette dite valeur limite*
Lorsque le couple retardateur a atteint la valeur assignée
Cd, on entre dans la zone de vitesse "c" ou la régulation a pour
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rôle de maintenir le couple à cette valeur et le courant d'excitation i à sa valeur maximale ;ce résultat cet obtenu du fait que le relaie Rc agit alors en lieu et place du relais RI; à cotte différence près, la régulation fonctionne comme dans la zone précédente ;
le courant moyen I est maintenu constant, l'élimination du rhéostat s'effectuant toujours par le contact 13 du relais Ri. Dans cette zone de vitesse "c", la tension E continue à décroître et les autres paramètres du graphique de la figure 3 restent constante*
Lorsque la résistance R est totalement éliminée (zone de vitesse "d") il ne subsiste plus dans le circuit principal que la résistance fixe 2, celle du câblage et celle de l'induit du moteur 1 = avec ses pôles auxiliaires.
Le courant I et le couple décroissent proportionnellement à la vitesse, les contacts "haut" des relais RI et Rc sont en permanence fermés et la régulation n'a plus alors pour rôle que de maintenir le courant i à sa valeur maximale, résultat qui est obtenu par le relais Ri.
Il va de soi que pour des valeurs de couple de freinage plus faibles que celle envisagée ci-dessus, le dispositif pourra fonctionner uniquement dans les conditions de régulation correspon- dant aux zones a, o et d ou b, c et d ou c et d.
Pour des vitesses maximales plus faible., il pourra égale. ment fonctionner uniquement dans les zones b, o et d ou c et d ou d.
L'exemple de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit peut être modifié ou simplifié de diverses façons* O'est ainsi que, sans sortir du cadre de l'invention, l'enroulement d'excitation négative 50 du moteur du groupe auxiliaire peut être branché aux bornes de l'excitatrice (ce qui est tout à fait différent en cas de péripde transitoire et en particulier s'oppose efficacement aux oscil- lations du courant du moteur principal, aussi bien qu'aux oscilla- tions de la vitesse du groupe)
De même, la capacité 7 peut être supprimée si les cons- tantes de temps des autres circuits sont suffisamment élevées.
Be même; aussi, on peut se dispenser de régler directement . le couple au moyen du relais Rcet se contenter de régler l'inten-
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site 1 par le relais RI. Le maintien du couple à une valeur constant est alors obtenu en éliminant progressivement le rhéostat R chaque fois que le courant d'excitation i atteint sa valeur maximale. Ce processus, plus simple que le processus complet, permet sensiblement les mômes performances de freinage, mais exiga un rhéostat plue im- portant et, dans les régimes à freinage réduit, un courant efficace plus important pour les moteurs.