Procédé pour la limitation de l'accélération d'un moteur alimenté en Ward-Léonard. On sait que dans un équipement. Ward- Léonard, la vitesse du moteur de travail varie avec la tension clé la génératrice qui l'ali mente, cette tension étant contrôlée par ses ampères-tours d'excitation.
Dans le cas où l'on commande, manuelle ment ou automatiquement, de façon trop ra pide, l'intensité d'excitation de ladite généra trice, on risque de provoquer intempestive ment une variation trop brutale de la vitesse du moteur, variation qui peut être préjudi ciable au bon fonctionnement de l'équipement électrique et de la machine entraînée.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir la limitation de l'accélération d'un moteur de travail d'un équipement Ward-Léonard, sans faire inter venir un appareil de contrôle qui traduise la. vitesse ou l'accélération dudit moteur en une grandeur électrique.
Elle s'applique au cas où l'excitation de la génératrice qui alimente le moteur est fournie par une excitatrice à autoexcitation série dont. les ampères-tours d'autoexcitation produisent une force électromotrice qui compense rigou reusement la chute de tension ohmique dans le circuit d'excitation de ladite génératrice.
Une telle excitatrice est réalisée comme représenté à la fig. 1, où E est l'induit de l'excitatrice, entraîné à vitesse constante, et qui débite dans l'inducteur g de la génératrice G qui alimente le moteur M d'un groupe Léonard. En série avec l'enroulement induc teur g de la génératrice est connecté l'enroule- ment inducteur e d'autoexcitation de l'excita- trice E.
La résistance totale du circuit de l'induit de l'excitatrice étant désignée par R (ce circuit peut d'ailleurs comporter ou non une ou plusieurs résistances additionnelles en série avec les inducteurs e et g), le courant débité dans ce circuit étant I, la chute de ten sion ohmique de l'ensemble du circuit est RI. Si l'excitatrice E fonctionne sur la. partie rec tiligne de sa caractéristique, elle produit une force électromotrice proportionnelle à ses ampères-tours d'excitation.
Les ampères-tours d'autoexcitation pro duits par l'inducteur sont égaux<I>à</I> nI, <I>n</I> étant le nombre de spires de l'enroulement e.
L'excitatrice E comportera donc, par exemple, en plus de son enroulement d'auto- excitation e, un enroulement inducteur sup plémentaire e, comme représenté fig. 2, ou une combinaison d'enroulements supplémen taires e'i, e",, e"',, etc., comme représenté fig. 3, cet enroulement ou cette combinaison d'enroulements dits de contrôle étant destinés à produire des ampères-tours additifs ou sous tractifs à ceux de l'enroulement d'auto- excitation e.
Avec les ampères-tours<I>ni</I> ii, en plus des ampères-tours d'autoexcitation série, on a l'équation:
EMI0001.0030
Par définition, on a: IÏ,# iz,I, - IR Il s'ensuit.:
EMI0002.0001
où KI n1 <I>il</I> est la force électromotrice u1 qui est produite par l'enroulement- d'excitation supplémentaire.
On a donc
EMI0002.0005
ou
EMI0002.0006
En limitant les ampères-tours iblii pro duits par l'enroulement d'excitation supplé mentaire, on limite également la force électro motrice u1 produite par ledit enroulement seul, et, par conséquent, la dérivée par rap port au temps du flux inducteur de la géné ratrice.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention et qui permet d'assurer la limitation de l'accé lération ou de la décélération du moteur, est basé sur cette propriété. Il se caractérise en ce qu'on limite à une valeur prédéterminée la résultante des ampères-tours produits par ledit enroulement inducteur supplémentaire de façon que la force électromotrice que cet enroulement produit à lui seul soit elle-même limitée à une valeur déterminée en accord avec l'accélération maximum que l'on s'est imposée, la limitation de ces ampères-tours limitant la dérivée par rapport au temps du flux inducteur de la génératrice.
Suivant un premier mode de mise en #uvre de ce procédé, applicable au cas où l'excitatrice ne comporte qu'un enroulement de contrôle, la limitation de l'accélération est obtenue en contrôlant les ampères-tours de cet enroulement par un équipement comportant une source de référence en courant continu et une combinaison de redresseurs et de résis tances qui limite, à partir d'une certaine va leur, l'accroissement de l'intensité dans l'en roulement de contrôle, en fonction de la ten sion appliquée aux bornes du circuit de cet enroulement.
Suivant un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé applicable tout ensemble au cas où l'excitatrice ne comporte qu'un enroule ment de contrôle et à celui où elle comporte une combinaison de plusieurs enroulements de contrôle, la limitation de l'accélération est obtenue par l'adjonction d'un enroulement inducteur supplémentaire dit de limitation de l'accélération, qui oppose aux ampères-tours de l'enroulement ou des enroulements de con trôle, des ampères-tours égaux à l'excès de ceux-ci sur la valeur limite des ampères-tours que l'on s'est fixée.
La fig. 4 est un schéma représentant, à titre d'exemple, l'application du premier mode de mise en aeuvre du procédé selon l'in vention à un équipement dans lequel l'enroule ment de contrôle de l'excitatrice à autoexci- tation est alimenté par la différence entre la force électromotrice d'une dynamo tachymé- trique à flux constant entraînée par le moteur de la commande Léonard et la tension aux bornes d'un potentiomètre commandé par le machiniste.
Dans ce schéma, E désigne l'induit de l'excitatrice, e son enroulement inducteur d'autoexcitation, el son enroulement inducteur de contrôle, g l'inducteur de la génératrice G du groupe Léonard, T la dynamo tachymé- trique et P le potentiomètre.
Si, dans un tel équipement, la vitesse du moteur 111 est différente de celle commandée par le machiniste, l'enroulement de contrôle el est le siège d'ampères-tours qui font varier la tension de l'excitatrice E et, par suite, de la génératrice G, dans le sens nécessaire à. l'éta blissement de la vitesse correcte.
Toutefois, en cas de manoeuvre trop ra pide du potentiomètre P, les ampères-tours de l'enroulement el pourraient atteindre une valeur telle que l'accélération du moteur M soit trop grande.
Pour limiter, dans un tel équipement, les ampères-tours de l'enroulement el, on con necte les deux extrémités de cet enroulement aux deux sommets A et B d'un pont de re dresseurs dont les deux autres sommets C et D sont connectés au circuit d'une source de tension de référence en courant continu F, qui peut être une batterie d'accumulateurs ou une tension alternative redressée.
Soient r1 la résistance de l'enroulement inducteur<I>el, r3</I> la résistance en série avec cet enroulement dans le circuit de la tachy mé trique T et du potentiomètre P, b la tension de la source de référence F, <I>r2</I> la résistance du circuit de cette source, V la différence de tension entre le potentiomètre et la tachymé- trique, v la tension aux bornes de l'enroule ment el.
Tant que V est inférieur à
EMI0003.0008
v est égal à
EMI0003.0009
Quand V est supérieur à
EMI0003.0010
v est égal à
EMI0003.0012
Pour V inférieur à
EMI0003.0013
la dérivée de v par rapport à V est égale à
EMI0003.0015
alors que pour V supérieur à
EMI0003.0016
la dérivée de v par rapport à V est égale à
EMI0003.0017
Pour une valeur donnée de la première dérivée, on peut obtenir une valeur très faible de la seconde si le terme est très grand par rapport à 1, donc si r2
EMI0003.0019
est très petit par rapport à r3.
Dans ce dernier cas, on obtient un accroissement très faible de v au-dessus de la valeur b quand V dépasse d'une valeur finie la valeur
EMI0003.0023
Il en résulte que, dans les conditions nor males de fonctionnement de l'équipement, les ampères-tours de l'enroulement el sont pra tiquement limités aux ampères-tours produits par cet enroulement quand on lui applique une tension de valeur égale à b.
La fig. 5 représente, à titre d'exemple, une installation dans laquelle on introduit un enroulement inducteur supplémentaire dit de limitation de l'accélération et désigné par e2.
Cet enroulement e,, est alimenté en déri vation aux bornes de l'enroulement el par l'intermédiaire d'un pont de redresseurs ABCD, qui oppose à la tension aux bornes de l'enroulement el la tension b d'une source de référence en courant continu F, qui peut être une batterie d'accumulateurs ou une ten sion alternative redressée.
Pour limiter la somme des ampères-tours des enroulements el et e2 à la valeur
EMI0003.0030
où % est le nombre de spires de l'enroule ment el, on donnera à l'enroulement e2 un nombre de spires n2 et à la résistance de son circuit une valeur r2 telle que
EMI0003.0032
Si les ampères-tours de l'enroulement dépassent la valeur
EMI0003.0033
l'enroulement produira des ampères-tours égaux à
EMI0003.0034
où ii est le courant.
qui circule dans l'enroule ment el, et les_ ampères-tours résultant des deux enroulements ei et e2 seront limités à la valeur
EMI0004.0002
Une première variante de ce deuxième mode de mise en aeuv re est représentée sur la fig. 7 dans son application à un équipement connu, dans lequel l'excitatrice comporte trois enroulements de contrôle e'i, e",, e"'1, ali mentés comme représenté fig. 6.
L'enroulement e', est alimenté par le po tentiomètre P commandé par le machiniste. L'enroulement e", est alimenté par la tension aux bornes de l'induit du moteur Q11. L'en roulement est alimenté par la tension aux bornes d'un shunt dans le circuit Léonard. Les enroulements e", et e<B>',</B> sont combinés de faon à produire des ampères-tours résul tants proportionnels à la force électromotrice du moteur U, donc à la vitesse du moteur, lequel fonctionne à champ constant.
Si la vitesse du moteur est différente de la vitesse commandée par le machiniste, l'en semble des enroulements de contrôle e'i, e"1 et e"', produit des ampères-tours résultants qui font varier la tension de l'excitatrice et de la génératrice jusqu'à établissement de la. vitesse correcte.
Toutefois, en cas de manoeuvre trop ra pide du potentiomètre, la résultante des am pères-tours des trois enroulements e'i, e",, e."'1 pourrait atteindre une valeur telle que l'accé lération du moteur soit trop élevée.
Conformément à cette première variante, pour limiter l'accélération, l'enroulement e2 est alimenté par l'induit d'une dynamo L selon le schéma de ladite fig. 7. L'induit L de cette dynamo est un induit normal, en traîné à vitesse constante, et qui débite dans l'enroulement e2 par l'intermédiaire d'une résistance R.
L'inducteur de la dynamo L comporte une combinaison de shunts magnétiques satu- rables (non représentés) et des enroulements inducteurs 1', 1", 1"', respectivement montés en série avec chacun des enroulements e',, e",, e"', de l'excitatrice E. La résultante des ampères-tours des en roulements<I>1', l"</I> et 1"' est proportionnelle à la résultante des ampères-tours des enroule ments e'i, e",, e#..1.
Les caractéristiques de la dynamo limita tr ice L sont telles que la courbe caractéristi que de la tension aux balais de son induit en fonction de ses ampères-tours totaux d'excita tion soit une courbe de la forme C<B><I>\</I></B><I> C" C' C,</I> représentée fig. 8, symétrique par rapport à l'origine 0 des axes, les ampères-tours pro duits par les enroulements x', 1", 1"' étant por tés en abscisses.
En cours de fonctionnement, si les am pères-tours d'excitation de la limitatrice L ont une valeur comprise entre<I>OC"</I> et<I>OC',</I> la ten sion aux balais de cette machine est nulle. Si les ampères-tours en question sont supérieurs à la valeur absolue <B>OC'<I>=</I></B><I> OC",</I> une tension apparaît aux bornes de l'induit, dans un sens ou dans l'autre selon le sens de l'excitation, et pour tout accroissement ultérieur des am pères-tours d'excitation, cette tension est une fonction linéaire de ces ampères-tours.
Il en résulte que les ampères-tours pro duits par la limitatriee L clans l'enroulement de limitation e2 de l'excitatrice seront fonction des ampères-tours résultant de l'ensemble des enroulements de contrôle e'i, e",, e"'i de cette excitatrice, et cette fonction peut être repré sentée, comme on le voit sur la fig. 9, par une courbe caractéristique telle que<I>D<B>"</B> D" D' D,</I> où lesdits ampères-tours résultant des enroule ments e'i, e",, e', sont. portés en abscisses et les ampères-tours résultant de l'enroulement e2 en ordonnées.
Si l'on désigne par 1 la valeur maximum de la somme des ampères-tours des enroule ments de contrôle e'i, e",, e"', et de limita tion e2 à admettre sur l'excitatrice E, cette caractéristique présente les particularités sui vantes: <I>a)</I> les ampères-tours de<I>e2</I> sont. nuls tant que la résultante des ampères-tours de e'i, e",, e"', est inférieure en valeur absolue à la va leur 1;
b) à partir de la valeur 1., les ampères- tours de e. varient, linéair ement avec la résul- tante des ampères-tours de et,, e"1, e"'1 et l'angle de la droite caractéristique avec l'axe des ampères-tours résultant des enroulements e'1, e"1, e"'1 est déterminé de façon à.
être égal à
EMI0005.0007
Ainsi, si la résultante des ampères-tours de contrôle de l'excitatrice E est supérieure de m, <I>à</I> la valeur<I>1,</I> la limitatrice <I>L</I> donne naissance, dans l'enroulement e2, à des am pères-tours dont la valeur est égale<I>à</I> -m, les ampères-tours de l'enroulement e2 annu lant l'excès L des ampères-tours de contrôle, en sorte que la résultante des ampères-tours des enroulements e1', e"1, e"'1 de contrôle et e2 de limitation a la valeur 1.
La somme des ampères-tours des enroule ments de contrôle et de limitation est donc limitée à la valeur 1, quelle que soit la valeur de la résultante des ampères-tours des enrou lements de contrôle de l'excitatrice E.
La valeur limite de cette résultante peut d'ailleurs être modifiée en faisant varier le rapport des ampères-tours des enroulements et,, e"1, e\1, d'une part, et. des enroulements l', <I>l",</I> 1"', d'autre part, et en modifiant en même temps les caractéristiques du circuit de l'enroulement e2 de façon à maintenir l'angle n/4 que fait avec l'axe des ampères-tours de contrôle la caractéristique représentée fig. 9.
Une autre application de l'invention à l'équipement selon la fig. 6 est, représentée par le schéma. de la fig. 10.
Conformément à cette variante, pour limi ter l'accélération, l'enroulement de limitation e2 est alimenté par l'induit d'une dynamo limitatrice D.
Cette dynamo D est une dynamo normale, entraînée à vitesse constante et excitée par des enroulements d', <I>d",</I> d"', dont. la résultante des ampères-tours est proportionnelle à la ré sultante des ampères-tours des enroulements et,, e"1, e"'1 de l'excitatrice.
Pour obtenir la caractéristique convenable de débit de la génératrice E, l'enroulement. e2 est alimenté par l'induit D par l'intermédiaire d'une résistance R, et dans le circuit de l'en roulement e., on intercale un pont. de redres- seurs X, qui oppose à la tension de la limita- trice D la tension d'une source de référence à courant continu F, telle qu'une batterie (Fac- cumulateurs ou une tension alternative re dressée.
Cette variante fournit la même caractéris tique que celle représentée fig. 9 et elle per met de modifier le réglage de la valeur limite de la résultante des ampères-tours de contrôle et de limitation par la seule variation de la tension de la source F.
Une troisième variante du deuxième mode de mise en pauvre peut également. s'appliquer à un équipement dans lequel l'excitatrice com porte trois enroulements, comme représenté fig. 6. Cette application est représentée par le schéma de la fig. 11.
Conformément à cette variante, pour limi ter l'accélération, l'enroulement de limitation e@, est alimenté en courant alternatif redressé par l'intermédiaire d'un équipement. compor tant deux transformateurs saturables Tl et T2, des ponts de redresseurs Xl, X2, X3 et des résistances convenablement agencées.
L'enroulement e2, avec sa résistance Ri en série, forme la branche BC d'un pont ABCD dont les trois autres branches AB,<I>CD</I> et D A sont. constituées chacune par une résis tance et une self, respectivement de même valeur que la résistance et la self du circuit BC. Les transformateurs T 1 et T2 ont leurs Enroulements primaires Pl et P2 alimentés en série par une source de tension alterna tive S de valeur efficace constante.
Le secondaire<B>SI</B> du transformateur T1 débite, par l'intermédiaire d'un pont de re dresseurs Xl, dans le susdit pont ABCD, aux sommets <I>B</I> et<I>D</I> duquel il est connecté de façon à produire dans la branche<I>BC</I> un courant dans le sens de la flèche 1.
Le secondaire S2 du transformateur T2 débite, par l'intermédiaire d'un pont de re dresseurs<I>X2,</I> dans le pont ABCD, aux som mets A et C duquel il est connecté de façon à produire dans la branche<I>BC</I> un courant dans le sens de la flèche 2.
Les deux transformateurs Tl et T2 ayant les mêmes caractéristiques, les deux courants débités par leurs secondaires s'annuleraient constamment dans la branche BC du pont ABCD et aucun courant ne circulerait dans l'enroulement de limitation e2. Pour provo quer dans e2 un courant approprié à la limi tation désirée, chacun des transformateurs Tl et T2 comporte des enroulements dits de satu ration , alimentés en courant continu et bo binés sur des noyaux Al et A2 dont.
les cir cuits magnétiques se ferment sur le circuit magnétique principal de chacun des transfor mateurs par l'intermédiaire d'entrefers régla bles Gl et G2. C'est ainsi que chaque noyau .11 et A2 comporte, le premier des enroule ments tel, t"1, t11'1, le second des enroulements <I>t'2, t112,</I> t11'2, connectés en série, respective ment avec les enroulements t'1, t111, t11'1.
D'autre part, l'ensemble t'1 et t'2 est con necté en série avec l'enroulement e'1 de l'excitatrice E, et l'ensemble t"1, t112 est con necté en série avec l'enroulement de contrôle e"1, tandis que l'ensemble t11'1, t11'2 est con necté en série avec l'enroulement de con trôle e11'1.
En outre, les deux noyaux A1 et A2 por tent chacun un enroulement dit de polarisa tion respectivement Cl et C2, alimentés tous deux en courant continu par l'intermédiaire d'un pont. de redresseurs X3, d'une résistance R2, par la source de courant alternatif S.
La résultante des anipères-tours de tel, t"1, t11'1 est proportionnelle à la résultante des ampères-tours de e'1, e111, e11'1.
De même, la résultante des ampères-tours de t'2, t112, t11'2 est proportionnelle à la résul tante des ampères-tours de e'1, e111, e11'1.
Les enroulements Cl et C2 sont tels que, lorsque les ampères-tours de Cl sont de même sens que la résultante des ampères-tours de <I>tel,</I> t"1, t11'1, sur le noyau Al du transfor mateur Tl, les ampères-tours de .C2 sont de sens opposé à la résultante des ampères-tours de t'2, <I>t112,</I> t11'2 sur le noyau A. du transfor mateur T2.
Tant que la somme des ampères-tours sur les noyaux A1 et A2 est inférieure à la quan tité nécessaire à. la saturation de leurs cir cuits magnétiques, le courant dans l'enroule- ment e2 reste nul, parce que les courants dans celui-ci s'annulent mutuellement.
Si la résultante des ampères-tours de C1 et de<I>tel,</I> t"1, t11'1 sature le transformateur Tl, la résultante des ampères-tours de C2 et, de t'2, t112, t11'2 sera insuffisante pour saturer le trans formateur T2 puisque, alors que sur le noyau _11 l'action de Cl s'ajoute à celle de l'ensemble tel, t111, 111'l, au contraire, sur le noyau A2,
l'action de C. se retranche de celle de l'en semble t'2, t112, 1e..2.
Inversement, quand l'action des ampères- tours de C2 s'ajoute à. celle de L'ensemble t'2, t112, t11'2 sur le noyau Q12, l'action de Cl se retranche de celle (le l'ensemble tel, t111, t11'1 sur le noyau A1.
A partir d'une certaine valeur absolue de la résultante des ampères-tours de e'1, e111, e11'1, si cette résultante est dans un sens, il y a donc saturation du transformateur Pl, et si elle est. de sens opposé, saturation du trans formateur T@.
Quand le transformateur Tl sera saturé, d'une part, la tension aux bornes de son pri maire Pl deviendra inférieure à la tension aux bornes du primaire P2 du transformateur T.., du fait, de la diminution de l'impédance de Pl par rapport à celle de P2; d'autre part, le rapport entre la tension secondaire et la ten sion primaire du transformateur Tl dimi nuera, du fait. de la saturation de son circuit magnétique; le courant débité par Sl dans le pont, ABCD diminuera, alors que le courant.
débité par S2 dans ce même pont augmentera. Il en résultera, clans la branche B-e2-C, un courant dans le sens de la flèche 2.
La saturation du transformateur T2 pro duira le phénomène inverse, qui donnera nais- sanee dans la branche B-e.-C à un courant dans le sens de la flèche 1.r L'ensemble de l'équipement de limitation précité permet, ainsi d'obtenir en fonction de la résultante des ampères-tours des enroule ncents de contrôle de l'excitatriee, une earae- téristique des ampères-tours de l'enroulement e2 qui est identique à, celle représentée fig. 9, d'où il résulte une limitation à,
la valeur l de la résultante des ampères-tours des enroule ments e'1, e"1, e"', et e2.
Au total, l'invention telle qu'elle a été dé crite avec référence aux schémas annexés pro cure les avantages suivants: Elle ne fait pas intervenir une mesure de la vitesse moteur ou de sa dérivée; elle lie corrige donc pas une accélération ou une dé célération trop importante qui aurait pu se produire, mais elle en supprime la cause. Elle permet donc une manoeuvre rapide de l'or gane de contrôle de la vitesse, sans risque d'une accélération ou d'une décélération trop brutale. Elle permet de simplifier un équipe ment de commande automatique usuel, attendu que, dans un tel équipement, il est nécessaire de commander progressivement l'augmentation ou la diminution clé la vitesse pour réaliser le cycle imposé.