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ERFECTi0N1lE0TTS AUX SYSTEMES DE CONTROLE DES MOTEURS 3LBC+KQUES, NOTAMMENT POUR APPARELLS DE LEVAGE-
La présente invention vise des perfectionnements aux systèmes de contrôle des moteurs électriques, notanment pour appareils de levage, tels que les grues, les excavateurs, etc...
Les appareils de levage à commande électrique, de la catégorie
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envisaéeoomportent généralement des moteurs séparés pour réaliser chaque mou- vement, indépendant, et il n'y a d'exception à cette règle que lorsqu' il s'agit .d'appareils de petites dimensions*.
Les, appareils ,de très petites dimensions sont généralement munis
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d!'tui;j81vâ .".vitëBBe constante, et les mouvements séparés sont Obtenus . ".. ' :r,:'=::.: =.' ïc . 4': z' < - f" .. aUiat8n#e, les mouvemmta séparés aont obtus
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depuis ce moteur avec interposition d'embrayages à friction-
Les moteurs peuvent être, soit des moteurs à courant alternatif, soit des moteurs à courant continu;
les moteurs à courant alternatif sont avan- tageusement des moteurs du type à cage d'écureuil, ou du type à rotor bobiné et contrôlé par la mise en circuit et hors circuit d'une résistance dans le circuit du rotor* Les moteurs doivent être utilisés avec une tension assez faible, et il est donc nécessaire de prévoir un transformateur, lorsque la tension d'alimenta- tion disponible est élevée* Les moteurs à courant continu sont généralement con- trôlés au moyen de résistances montées ou connectées dans le circuit du moteur- Ce système de contrôle rhéostatique entraîne des pertes d'énergie élevées dans les résistances, lors du démarrage-
D'autre part, le couple maximum exercé par le moteur est générale- ment limité par des relais, et cela entraîne des délais et des retards résultant de l'inertie des organes,
et dans le cas où une charge est appliquée soudainement, cela peut amener le couple à s'élever jusqu'à une valeur momentanée très élevée, avant que lerelais ait terminé son opération.
Avec ce système de contrôle, la caractéristique obtenue est une caractéristique série, ou une caractéristique shunt, ou bien une combinaison de ces deux caractéristiques*
Certains des inconvénients envisagés peuvent être supprimés en utilisant le système Ward Léonard, dans lequel chaque moteur est alimenté par une génératrice à tension variable.
Suivant ce système, le moteur est mis en route et sa vitesse est contrôlée en faisant varier l'excitation de la génératrice, de sorte que les per- tes rhéostatiques sont réduites à une valeur minima En outre, la génératrice peut recevoir certaines caractéristiques, lorsqu'on dispose des enroulements d'excitation shunt et série permettant de limiter le couple disponible au moteur, à une valeur déterminée, sans interposition de relais ou d'autres organes mobiles- De plus, la vitesse peut être limitée, et la caractéristique couple-vitesse du moteur peut varier entre des limites écartées ou éloignées l'une de l'autre*
Le principal inconvénient de ce système consiste en ce que, lorsque deux ou plusieurs moteurs doivent être contrôlés indépendamment l'une de l'autre, une génératrice séparée doit être prévue pour chaque moteur,
ce qui rend l'équi- pement à la fois très coûteux et très encombrant-
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En vue d'écarter ces divers inconvénients, on a déjà proposé de prévoir une seule génératrice alimentant un ou plusieurs moteurs- Les enroulements de cette génératrice sont agencés et ajustés de façon que le courant fourni par elle ne varie que très faiblement jusqu'à la tension de travail maximum*
Les moteurs destinés à être alimentés par cette génératrice sont tous connectés en sé rie avec la génératrice, et l'un avec l'autre* Chaque moteur reçoit ainsi le courant approximativement constant qui est fourni par la généra- trice*
Si l'inducteur d'un des moteurs n'est pas excité, le moteur ne développe aucun couple et, en conséquence, il demeure fixe- Si ensuite son induc- teur est excité, le moteur développe un couple,
et pourvu que ce couple soit suf- fisant pour surmonter la résistance offerte au mouvement, le moteur se met en route, en tournant-
A une vitesse quelconque, le couple est proportionnel au produit du courant de l'induit du moteur par le flux du moteur* Etant donné que le cou- rant est approximativement constant, le couple est en conséquence approximative- ment proportionnel au flux du moteur*
On peut donc obtenir des caractéristiques couple-vitesse variables, en faisant varier le courant inducteur du moteur, de manière désirée- Si le cou- rant inducteur du moteur est maintenu constant à toutes les vitesses, dans ce cas, le couple moteur est maintenu aussi approximativement constant* En. conséquen- ce, il n'y a pas de limite inhérente ou propre à la vitesse du moteur,
sauf le débit de la génératrice*
Lorsque l'un des inducteurs du moteur est excité, le moteur envi- sagé exerce un couple, mais les autres moteurs du système ne sont pas affectés et n'exercent pas de couple, jusqu'à ce que leurs inducteurs respectifs soient excités- D'autre part, le courant de la génératrice demeure approximativement constant sur sa portée de tension de travail, et cela assure que le souple exercé par un moteur quelconque, pour uneexcitation de champ déterminée, n'est pas af- fecté par le fait qu'un autre moteur quelconque soit excité et marche en même tempe* En conséquence, les moteurs sont pratiquement indépendants les uns des autres, en ce qui concerne les caractéristiques de fonctionnement, bien qu'ils
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Conformément à la présente Invention,
dans un système de contrôle de moteurs électriques, destinés particulièrement à des appareils de levage, tels que des grues et des excavateurs, et comportant plusieurs moteurs connectés en série avec une génératrice unique, des moyens sont prévus pour diminuer le couple du moteur, lorsque sa vitesse augmente*
A cet effet, l'action de la tension d'induit du moteur peut être opposée à la tension d'excitation normale de l'inducteur du moteur, par exemple en disposant un survolteur ou dévolteur, qui est accouplé mécaniquement à l'induit du moteur, et qui est connecté électriquement en série avec l'inducteur du moteur, de faqon à être opposé au passage normal du courant d'excitation qui le traverse-
Suivant une variante,
la totalité ou une portion de la tension de l'induit du moteur peut être utilisée directement pour être opposée à la tension d'excitation normale de l'inducteur, par exemple en connectant un rhéostat du type potentiomètre, en parallèle avec l'induit, et en connectiant le point de pri- se de courant de potentiomètre au circuit inducteur de telle sorte que la totalité, ou une partie du potentiomètre, peut être connectée en série avec l'enroulement inducteur et sa source d'alimentation-
L'invention comprend aussi d'autres particularités importantes, dont il sera question plus loin-
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'invention*
La Fig-1 du dessin est ,un.
schéma des connexions d'un système de contrôle de moteurs pour appareils de levage, conforme à une première réalisa- tion de l'invention*
Les Fig.2 et 3 représentent des caractéristiques vitesse-couple*
Les Fig*4 à 18 sont relatives à des variantes-
Dans le montage représenté, une génératrice unique 1 alimente trois moteurs 2,3 et 4, qui sont connectés en série avec elle, et dont l'ensemble cons- titue un groupe unitaire de commande pour un appareil de levage, tel qu'un exca- vateur* Les moteurs 2, 3 et 4 actionnent respectivement le mécanisme de levage, le mouvement d'avancement et le mouvement de pivotement-
La génératrice 1 est munie de trois enroulement inducteurs dési- gnés respectivement par 5,6 et 71 l'enroulement 5 est connecté en dérivation sur l'induit,
l'enroulement 6 est monté en série avec l'induit et l'enroulement 7 est
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exéité par une source séparée constante, et est bobiné dans le même sens que l'enroulement 5.
Pour le mouvement de levage de l'excavateur, un couple constant est pratiquement inutile, et en conséquence, des moyens sont prévus pour dimi- nuer le couple, lorsque la vitesse du'moteur 2 augmente*
Dans l'exemple représenté, cela est obtenu en accouplant un petit survolteur 8 au moteur de levage 2, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un mécanisme approprie*
L'induit du survolteur est monté en série avec l'inducteur 9 du moteur 2 et avec la source d'excitation séparée- L'inducteur 10 du survolteur est excité par la tension d'induit du moteur 2, et est mnnté dans un sens tel que le survolteur agit en sens inverse de l'alimentation à excitation séparés: en conséquence, lorsque la vitesse augmente, l'excitation du moteur, et par suite son couple, sont réduits.
La caractéristique ainsi obtenue, voir Fig.2) donne de bons ré- sultats pour le mouvement de levage d'un excavateur ou d'une grue, et donne une vitesse de marche stable, pour un eoupla déterminé quelconque, entre les limites de sa portée,- Dans ces conditions, le moteur 2 peut être calé de manière sure, et de cette façon, il peut exercer son couple maximum, sans qu'il se produise d'accidents, ni de dégradations*
Le mouvement d'avancement d'un excavateur doit avoir de préférence une caractéristique couple-vitesse tombante, et on se propose d'obtenir une telle caractéristique en utilisant la tension d'induit du moteur 3, en opposi- tion à la source d'excitation séparée pour l'excitation de l'inducteur 11 du moteur*
S'il n'est pas convenable ou avantageux d'utiliser la totalité de la tension d'induit pour être opposée à l'alimentation,
une partie de cette tension peut être utilisée en disposant un rhéostat 12, du type potentiomètre, qui est monté en dérivation sur l'induit du moteur, et an prenant, par une borne ou une prise mobile, le pourcentage désiré de la tension du moteur* La Fig.3 re- présente la courbe caractéristique obtenue de cette manière*
L'action de pivotement d'un excavateur ou d'une grue comprend es- sentiellement une charge d'inertie, qui doit être accélérée ou retardée, suivant les cas- Pour cette action, on se propose d'utiliser un moteur 4 dont l'excita-
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tion de champ demeure constante sur toute sa portée de vitesse,
c'est-à-dire que le couple du moteur est approximativement constant pour toutes les vitesses-
L'accélération des organes rotatifs de l'excavateur est en consé- quence parfaitement uniforme* Lorsque la vitesse admissible maximun est atteinte, le circuit de l'inducteur 15 du moteur peut être ouvert, ou bien la valeur de l'excitation peut être réduite suffisamment pour laisser la superstructure tour- ner à cette vitesse maximum, pour un angle désiré quelconque*
Si l'excitation du moteur est alors renversée, au moyen du commua tateur inverseur 14, un couple est exercé dans le sens opposé à celui qui avait accéléré primitivement la superstructure,
et l'amplitude de ce couple dépend de l'intensité du champ inverse*
Si le courant d'excitation possède une valeur égale à celle du courant utilisé précédanment pour l'accélération, le couple de retardation exercé est égal au couple d'accélération et demeure constant sur toute la por- tée de vitesse, pourvu que l'excitation du moteur demeure constante*
Des degrés variables de freinage et d'accélération peuvent être obtenus en modifiant le courant d'excitation du moteur* L'énergie de freinage est régénérée dans le circuit électrique et est, soit utilisée pour assister la génératrice dans son service d'alimentation d'une autre charge quelconque à l'instant envisagé, ou bien elle peut être régénérée et récupérée, et fournie aux lignes d'alimentation*
Dans un équipement du type précédemment décrit,
on a supposé que le courant principal s'écoule de manière continue, à travers les induits des moteurs- Cela nécessite des moteurs relativement grands, pour assurer que la chaleur engendrée pendant le repos est dissipé, sans dépasser l'élévation de température admissible*
Une réduction des dimensions des moteurs utilisés peut être réa- lisée en disposant des contacteurs, dont chacun court-circuite un induit de moteur,,lorsque le contrôleur réglant le moteur envisagé est amené dans la po- sition de coupure* Cela a pour effet de dériver le courant par rapport à l'in- duit du moteur et cela empêche tout chauffage inutile*'
Il arrive rarement qu'un équipement soit appelé à travailler con- tinuellement, sans aucune interruption* Il est fréquemment nécessaire d'atten- dre, pour décharger des trucks, et lorsque cela se produit,
il est avantageux
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de couper la courant principal pendant cette période, et de réduire ainsi le chauffage de la génératrice*
Le courant peut être coupé en disposant dans le circuit de champ à excitation séparée de la génératrice, un contacteur, qui fonctionne pour ou- vrir le circuit d'excitation, lorsque tous les contrôleurs de'l'équipement sont amenés dans la position de coupure, c'est-à-dire qu'aucun des moteurs n'est ap- pelé à travailler*
Ce système présente l'inconvénient que, si tous les interrupteurs ou commutateurs de contrôle étaient amenés dans la position de coupure, même momentanément, le contacteur serait ouvert, mais se refermerait de nouveau im- médiatement, si un des contrôleurs était écarté de la position de coupure, en entraînant des arcs inutiles ou dangereux sur le contacteur,
et en produisant un délai ou retard inutile résultnnt des constantes de temps des circuits affectés-
Pour écarter et surmonter cet inconvénient, le contacteur est agen- cé de façon qu'il ne s'ouvre pas tant que tous les contrôleurs n'ont pas été amenés ensemble dans leurs positions de coupure, pendant un temps déterminé, par exemple 5 secondes;
le contacteur ne fonctionne qu'après l'écoulement de cette petite durée- Aucun délai ou retard n'est nécessaire pour refermer le contacteur, car cela constituerait un inconvénient très sensible et très important* La cou- pure ou la mise hors circuit de l'inducteur réduit le courant de la génératrice à une valeur voisine de zéro*
Une protection contre les incidents et les manquements du courant, pendant cette opération, peut être fournie et obtenue en utilisant des freins à solénoïdes et enroulement série pour chaque moteur;
lorsque les contacteurs court-circuitant des induits sont utilisés, les freins peuvent être agencés ou disposés dans le circuit du moteur, et en conséquence seront désexcités, lors- que le moteur est court-circuité, en permettant ainsi au frein de fonctionner* Si le courant fait défaut, pour une cause quelconque, les solénoïdes de frein sont désexcités, et les freins sont appliqués*
Si on utilise une génératrice entraînée soit par un moteur d'in- duction, soit par un moteur à explosion, soit par un moteur à courant continu, dans ce cas, lorsque la charge est appliquée à la génératrice, la vitesse du groupe entier est réduite- Cela entraine une diminution de la tension de l'ex-
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citatrice et une diminution directe ou immédiate des courants des inducteurs individuels des moteurs,
et il en résulte aussi une diminution indirecte du courant principal et une réduction de l'intensité de l'inducteur à excitation séparée de la génératrice* Dans ces conditions, les couples moteurs sont gran- dement réduits.
Cela ne peut pas être compensé au moyen d'un enroulement série sur l'excitatrice, car la charge d'excitatrice elle-même n'affecte pas, de manière appréciable, la vitesse du groupe,et l'excitatrice peut être chargée entièrement, tandis que le groupe marche à sa vitesse la plus élevée-
La compensation doit être proportionnelle à la charge appliquée à la génératrice, et elle peut en conséquence, être réalisée en utilisant un en- roulement monté sur 1'excitatrice et agencé de façon à être excité par la ten- sion de la génératrice, et augmentant l'excitation de l'excitatrice, lorsque la tension de la génératrice s'élève, c'est-à-dire lorsque la charge est appli- quée à la génératrice,
et que la vitesse du groupe diminue- Cela tend à maintenir la tension de l'excitatrice à la valeur primitive-
Dans la description précédente de l'équipement perfectionné, il doit être entendu que le courant d'excitation du moteur, au démarrage, possède une valeur fixe et déterminée- En conséquence, ce système fournit seulement une caractéristique pour le moteur.
Pour obtenir une série de caractéristiques analogues, il est seule- ment nécessaire de connecter, en série avec l'inducteur du moteur, des résistan- ces munies de prises de courant connectées en des points du contrôleur* Ce sys- tème peut être utilisé pour les mouvements de pivotement et d'avancement, et il permet d'obtenir ainsi de petites vitesses de marche, par exemple pour des visi- tes et des essais*
Ce système peut être utilisé aussi pour le mouvement de levage, mais la valeur de la résistance nécessaire pour fournir une faible vitesse de marche, lorsqu'on enroule le câble sur le tambour, et pour des services snslogues, doit être très grande-
Pour cette raison, on recours généralement à un montage avec poten- tiomètre, dans lequel la résistance de potentiomètre est connectée sur la ligne d'excitation,
et la tension nécessaire pour exciter l'inducteur est prise en des points de ce montage.
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Comme on le conçoit, l'équipement précédent n'a été indiqué qu'à titre d'exemple, et on peut établir des équipements comportant des moteurs en nombre quelconque , munis de survolteurs analogues au survolteur 8, ou de poten- tiomètres analogues au potentiomètre 12, lesdits moteurs étant connectés en série avec la génératrice*
Dans le système précédent, le moteur de levage est utilisé, non seulement pour le levage de l'auge au des auges, mais aussi pour le travail de fouille et d'extraction* Les auges sont abaissées en débrayant le moteur et en leur permettant de tomber sous l'effet de la gravité* De préférence, un frein mécanique est appliqué aux auges, en vue de les arrêter*
Dans le cas de machines de dimensions moyennes ou de grandes di- mensions, le freinage des auges, lorsqu'elles sont abaissées, nécessite un frein de grandes dimensions,
et par suite du service pénible et continu auquel cet organe est soumis, cela conduirait à des frais importants d'entretien*
Pour réduire ces frais d'entretien, il est parfois nécessaire, et dans d'autres cas, il est avantageux, de recourir à des moyens électriques pour freiner les auges*
Le freinage électrique peut être obtenu en permettant aux auges de tomber sous l'effet de la gravité, tout en étant embrayées avec les mécanismes et les moteurs, les moteurs étant dépourvus d'excitation-
Pour réaliser le freinage, il est seulement nécessaire d'exciter le'champ du moteur dans le sens de l'élévation, ce qui entraîne le moteur à exercer un couple de freinage, l'énergie étant régénérée ou récupérée sous forme d'énergie électrique,
dans le circuit-
Ce système présente l'inconvénient que les auges accélèrent le moteur et le mécanisme, et que l'inertie de ces divers organes est très élevée par comparaison à l'inertie des auges elles-mêmes*
En conséquence, le temps nécessaire pour la manoeuvre de descente est susceptible d'être prolongé de manière expessive- D'autre part, le couple de freinage exercé par le moteur est égal au couple de levage exercé 1 à la même vitesse, de sorte que, aux vitesses élevées, le couple de freinage est relativement faible*
Ceci posé, la nouvelle réalisation de l'invention a pour obet d'écarter les inconvénients qui viennent d'être indiqués-
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A cet effet, des moyens sont prévus grâce auxquels pendant la des- cente,
le couple de freinage exercé par les moteurs à une vitesse déterminée quelconque, est plus grand que le couple exercé par le moteur pendant le levage, à la même vitesse-
Il est avantageux que le survolteur dévolteur qui agit sur l'exci- tation du moteur, pour limiter le couple de grande vitesse, soit muni d'un enrou- lement d'excitation principal excité par le courant venant de l'induit du moteur, et d'un enroulement auxiliaire, à excitation séparée, qui est agencé de façon à assister l'enroulement principal pendant le levage, tandis que, pendant la des- cente, l'inversion du courant traversant l'induit du moteur a pour effet que l'excitation du survolteur principal est opposée ou prédominante sur l'excitation auxiliaire, avec le résultat que l'effet de limitation de couple du survolteur est diminué-
De préférence,
des moyens sont aussi prévus grâce auxquels le moteur entraîne positivement le mécanisme pendant l'opération ou la manoeuvre de des- cente, par exemple en inversant le courant qui traverse les deux inducteurs du survolteur-
Dans un système précédemment proposé, le moteur de levage est utilisé simplement pour le travail d'extraction et pour le levage des auges, et le survolteur est utilisé pour agir sur l'inducteur du moteur, en vue de fournir la caractéristique couple-vitesse désirée- Ce survolteur est muni d'un enroulement d'excitation qui est excité par l'induit du moteur*
La caractéristique obtenue avec cet équipement est représentée sur la Fig.4 du dessin- Si le moteur tourne dans le sens de descente, mais avec son inducteur connecté pour tourner dans le sens de levage,
c'est-à-dire si le moteur est entraîné par l'auge en cours de descente, la caractéristique de freinage-couple-vitesse ainsi obtenue est identique à la courbe représentée Fig.4, sauf que le sens de rotation est inversé-
La forme de la courbe de tension permet de comprendre que, pour une valeur fixe de la tension maximum admissible, le couple de grande vitesse pourrait être avantageusement très augmenté;
pour la condition de freinage, bien qu'un faible couple à grande vitesse soit nécessaire pour le service de levage-
Il est nécessaire aussi, pour la simplicité de la marche, que
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les connexions utilisées pour le service de levage soient identiques aux con- nexions utilisées pour le service de freinage-
Ces conditions peuvent être satisfaites en munissant le survolteur- dévolteur de deux enroulements, à savoir :
un enroulement principal excité par l'induit du moteur, comme précédemment, et un enroulement auxiliaire excité par une source d'excitation constante,
Pendant le levage, les deux enroulements sont agencés de façon que leurs effets sont additifs* Pendant le freinage, la tension appliquée au moteur est inversée, et de la sorte, l'inducteur principal du survolteur est inversé également, tandis que l'inducteur auxiliaire, à excitation séparée, demeure sans changement*
Ces inducteurs de survolteur agissent ainsi de manière différen- tielle, pendant le freinage, tandis que l'inducteur principal demeure prédominant- Ainsi, l'effet du survolteur est réduite pendant le freinage,et la forme générale de la caractéristique de levage et de freinage obtenue est représentée sur la Fig. 5.
La caractéristique de levage précédemment indiquée pour ètre utilisée pour entraîner les mécanismes et les autres organes dans le sens de la descente, ppr une simple inversion des inducteurs- Etant donné que le couple moteur est tou- jours positif, il n'y a pas de limitation à la vitesse à laquelle les auges, les mécanismes et le moteur peuvent être accélérés*
Pour accélérer les organes envisagés, il est avantageux que le cou- ple du moteur d'entraînement soit effectivement renversé en direction, aux grandes vitesses, et qu'il reçoive une valeur ou une amplitude telle que l'effet de la gravité des auges soit neutralisé.
Dans ces conditions, le système ne s'accélère pas davantage, et il marche simplement à la vitesse maximum admissible. Le couple de freinage exercé par le moteur à cette vitesse agit seulement comme un couple d'entrave, et il n'agit pas pour retarder les auges et les amener au repos-
Une caractéristique de descente avantageuse est représentée sur la Fig.6 Cette caractéristique est obtenue en utilisant un survolteur dont le champ est excité , soit de manière automatique, c'est-à-dire à self-excitation, soit de manière séparée,
Un contrôleur unique à tambour et à inversion peut être utilisé
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pour commander le moteur, en vue de fournir les diverses caractéristiques précédemment indiquées-
Dans le sens de levage ,(qui est aussi le sens de freinage),
l'in- ducteur principal du survolteur est excité par l'induit du moteur, et l'induc- teur auxiliaire du survolteur est excité séparément. Dans le sens de la descen- te, pour le contrôleur, l'inducteur principal du survolteur est connecté soit pour une self-ex@itation, soit pour une excitation séparée'
Si on désire augmenter la "bosse" dans la courbe de descente, l'en- roulement auxiliaire du survolteur doit être excité par l'induit du moteur, de façon à agir différentiellement par rapport à l'enroulement principal du survol- teur, pendant la période de marche en moteur de la courbe-
Si on désire, au contraire, réduire la "bosse" dans la caractéristi- que, l'enroulement auxiliaire peut être excité par l'induit du moteur, de ma- nière à agir additivament avec l'enroulement principal du survolteur,
pendant la période de marche en moteur de la courba* Dans certains cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser l'enroulement auxiliaire pour la descente-
Lorsque le contrbleur est déplacé dans le sens de levage, l'auge est élevée à une vitesse correspondant au couple demandé ou nécessité par le moteur*
Lorsque le contrôleur est amené du coté de la descente, l'auge est abaissée, et le moteur facilite l'accélération des mécanismes et des organes- La vitesse augmente et le moteur exerce éventuellement un couple retardateur* L'accroissement de vitesse continue jusqu'à ce que le couple retardateur du moteur équilibre le couple d'accélération, en raison du poids de l'auge descen- dante'
Cette vitesse est ensuite maintenue pendant le temps désiré:
puis le contrôleur est amené dans le sens de levage et on obtient un freinage élec- trique au repos-
Le système précédent de montage et de connexions pour le moteur de levage, permet d'obtenir le meilleur fonctionnement possible pour la tension disponible, et en conséquence, pour la puissance du moteur* La caractéristique de descente est entièrement indépendante des caractéristiques de levage et de freinage-
La caractéristique de freinage peut être agencée pour donner une retardation constante en puissance, depuis la vitesse complète jusqu'à environ
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40 ou 50 % de la vitesse entière, avec le couple maintenu à la valeur con- venable jusqu'au repos-
La caractéristique de levage peut être variée entre des limites très éloignées les unes des autres,
de façon à se conformer aux conditions du travail de fouille ou d'extraction, sans modifier, de manière appréciable, la caractéristique de freinage qui est ainsi obtenue-
Dans ce système de contrôle, le mécanisme de freinage doit être seulement agencé pour les cas d'incident ou d'urgence, car les auges peuvent être maintenues dans une position quelconque en excitant le champ du moteur, jusqu'à ce qu'on obtienne un couple de celage exercé par le moteur, qui soit juste suffisant pour équilibrer le poids des auges, etc....
Le contrôleur utilisé peut être agencé de façon à avoir un nombre convenable de positions, dont chacune représente un couple de calage fixe pour le moteur*
Un ajustage de précision pour les couples de maintien nécessaires est indispensable, car la friction totale du mécanisme de levage possède une valeur appréciable, et en conséquence, un couple fixe déterminé, sur le mo- teur, présente une grande portée d'efficacité pour maintenir l'auge à mi-che- min en l'air.
La charge que le moteur doit entraîner est presqu'entièrement une charge inerte, et généralement les fatigues admissibles des mécanismes etc---, ne permettent pas un taux d'accélération très élevé. En conséquence, l'opéra- teur n'a généralement pas à craindre que le moteur atteigne une vitesse dé- passant la vitesse maximum de sécurité-
Avec des caractéristiques de ce type, la tension prise par le mo- teur augmente approximativement d'une manière proportionnelle à la vitesse du moteur, et une tension maximum est obtenue à la vitesse maximum-
La caractéristique de retardation du moteur est aussi une caracté- ristique à couple constant, et la tension maximum de récupération se produit pour la vitesse maximum*
Avec ce système, le moteur n'a pas de protection inhérente contre les emballements,
et la sécurité de fonctionnement du moteur dépend entière- ment de l'opérateur* En outre, la tension étant directement proportionnelle à la vitesse, est seulement limitée par l'habileté de l'opérateur*
Ceci posé, la présente réalisation a pour objet principal de ---L'.
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prévoir des moyens grâce auxquels le moteur reçoit une protection inhérente contre les emballements, et grâce auxquels on utilise, dans de meilleures con- ditions, la tension maximum admissible et disponible*
Le moteur de pivotement est généralement contrôlé par un contrôleur à tambour et à inversion, de sorte que, si le moteur est freiné électriquement, en marchant par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre,
les connexions doivent être telles que le moteur soit arrêté et mis en route dans le sens in- verse des aiguilles d'une montre, avec la même caractéristique vitesse-couple que pour la rotation dans le sens des aiguilles d'une montée, et avec les mêmes, connexions que pour la condition de freinage dans le sens des aiguilles d'une montre*
Cette condition impose une limite aux systèmes pouvant être adoptés, car un système déterminé peut limiter la vitesse et la tension du moteur, lors- qu'il est accéléré dans l'un ou l'autre sens, mais en cas de freinage, la ten- sion de récupération peut dépasser la valeur maximum admissible*
Conformément à la présenteréalisation de l'invention, des moyens sont prévus pour limiter automatiquement la vitesse maximun du moteur, de préférence en limitant automatiquement le courant inducteur du moteur,
pendant l'accélération dans l'un ou l'autre sens,
A cet effet, on peut prévoir un survolteur-dévolteur accouplé méca- niquement au moteur, agencé pour fournir du courant en opposition au courant inducteur du moteur, le montage étant tel que le courant inducteur du moteur réduit est annulé, lorsque la vitesse maximun admissible est atteinte.
Le cas échéant, des moyens peuvent être aussi prévus pour limiter la tension de récupération obtenue pendant le freinage-
Les Fig- 7 à 15 se rapportent à cette réalisation de l'invention*
Les Fig. 7, 9, 12, 14 et 15 sont des schémas de montage*
Les Fig. 8,10, 11 et 13 sont des diagrammes de caractéristiques couple-vitesse et tension-@itesse-
La Fig.7est un schéma des connexions d'un équipement conforma à l'invention et permettant de limiter la vitesse du moteur- Suivant ce montage, un dévolteur 21 est entraîné par le moteur 22, soit directement, soit par l'in- tsrmédiaire d'un mécanisme, et l'induit du dévolteur est connecté dans le air- cuit de l'inducteur principal 23 du moteur*
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Le dévolteur est une machine shunt, à auto-excitation,
et est agencé pour que, au cours de l'accélération dans l'un ou dans l'autre sens, l'effet du dévolteur soit de réduire le courant de l'inducteur principal du moteur*
Le dévolteur 21 est agencé de manière que, :par un réglage ou un ajustage de son circuit inducteur 24, il commence à débiter de manière très lente, et ensuite débite de manière très rapide, et réduit à zéro le courant de l'inducteur principal du moteur, à la vitesse admissible maximum du moteur*
En conséquence, à cette vitesse, le moteur n'exerce aucun couple et ne peut pas être accéléré jusqu'à une vitesse supérieure* Comme représenté sur la Fig*B, la tension maximum nécessitée par le moteur est ainsi limitée de manière définie,
pendant la période d'accélération*
En vue de démarrer le moteur dans l'un ou l'autre sens, il est nécessaire qu'un interrupteur-inverseur soit incopporé dans le contrôleur 25, en vue d'inverser à la main l'inducteur du moteur et l'inducteur du dévolteur' En conséquence, lorsque le moteur est freiné, les connexions de l'inducteur du moteur et de l'inducteur du dévolteur sont inverses de celles qui sont utilisées pendant l'accélération dans le même sens-
Dans ces conditions, le dévolteur est muni d'un système de connexions automatiques, assurant en quelque sorte son désamorçage, et de ceci, il résulte que le champ du moteur possède une valeur constante, pendant toute la période de freinage* En conséquence, la caractéristique couple de freinage-vitesse est une ligne à couple constant,
et la valeur du couple constant dépend de l'inten- sité du courant inducteur du moteur-
Ce système limite, de manière déterminée, la vitesse maximum du moteur et limite la tension maximum nécessaire pour l'accélération, mais la tension de récupération n'est pas affectée et, à la vitesse maximum, elle pos- sède encore une valeur relativement élevée-
Dans certains cas, il peut être considéré comme avantageux ou pra- tique d'avoir une caractéristique d'accélération à couple constant, mais de limiter la tension de récupération obtenue pendant le freinage :
Cela peut être réalisé en Inversant les connexions d'excitation du dévolteur, de telle sorte que celui-ci soit muni d'un système de connexions automatiques, pendant l'accé- lération dans les deux sans, mais débite de plus en plus pour réduire le cou- rant d'excitation du moteur, lorsqu'il est retardé dans les deux sens-
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Dans certaine cas, il est désirable, non seulement de disposer un système de protection inhérent contre les vitesses excessives du moteur, mais aussi de limiter la tension de récupération- Cela peut être obtenu en utilisant un dévolteur entraîné comme précédemment:
mais muni de deux enroulements induc- teurs, dont l'un est à auto-excitation, et l'autre est excité par l'induit du moteur- Ce système est représenté sur la Fig.9-
Pendant l'accélération dans les deux sens, les inducteurs 24 et 26 du dévolteur agissent additivement l'un par rapport à l'autre, et le dévolteur est opposé à la tension d'excitation de l'inducteur principal du moteur* La caractéristique d'accélération est légèrement différente de celle qui est obte- nue en utilisant un dévolteur à aut-oexcitation ordinaire, et la nouvelle carac- téristique ainsi obtenue est représentée sur la Fig.-10. Comme on le voit, la vitesse maximum et la tension maximum du moteur sont, l'une et l'autre, limitées de manière définie ou déterminée.
Pour que le moteur puisse démarrer dans l'un et l'autre sens, avec la même caractéristique, il est nécessaire d'avoir un interrupteur qui renverse le champ à auto-excitation du dévolteur et aussi le champ du moteur* Le champ de dévolteur excité par l'induit du moteur, n'est pas inversé-
Au cours du freinage, on voit, en se reportant à la Fig*9, que les deux inducteurs du dévolteur agissent différentiellement l'un par rapport à l'autre, l'inducteur excité par l'induit du moteur étant nécessairement celui qui est prédominant*
En conséquence, le dévolteur s'oppose encore à la tension d'excita- tion principale de l'inducteur du moteur, et la caractéristique ainsi obtenue est représentée sur la Fig.10.
On voit que, dans ce cas, la tension de récupé- ration est limitée, de manière déterminée, à une valeur désirable*
Ces résultats désirables peuvent aussi être obtenus en utilisant un dévolteur ordinaire à auto-excitation, qui est connecté de telle sorte qu'il fournit un débit croissant opposé à l'excitation du champ du moteur, pendant l'accélération dans les deux sens, mais que, pendant la retardation dans les deux sens, le champ est connecté de la manière précédemment indiquée pour un désamorçage, et le dévolteur ne fournit pas un débit croissant-
Pendant l'accélération, le circuit d'excitation est aussi agencé de manière que la tension de l'induit du moteur, ou une portion de celle-ci,
soiu
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utilisée pour assister la tension d'excitation de l'inducteur du moteur- Les valeurs relatives de ces devx effets modificateurs sur la tension d'excitation, doivent être ajustées de façon que, à la vitesse maximum admissible, l'effet du dévolteur soit prédominant, avec une valeur telle que le courant d'excita- tion résultant du moteur soit nul.
Pendant la retardation, la tension de l'induit du moteur est ren- versée, et de ceci, il résulte que l'effet ,sur la tension d'excitation de l'inducteur du moteur, est inversé, c'est-à-dire que la tension d'induit est opposée à la tension d'excitation* L'effet du dénolteur, pendant la retardation est négligeable* Les caractéristiques obtenues avec se système sont représentées sur la Fig.11, et les connexions nécessaires sont représentées sur la Fig.12,
Pour un couple-moteur déterminé, le souple d'accélération effectif agissant sur la bague de mécanisme de pivotement est approximativement la moi- tié du couple de retardation effectif, en raison de l'intervention des rende- ments des mécanismes* En conséquence,
il est nécessaire d'agencer la bague de mécanisme et les autres organes intéressés pour le couple maximum obtenu pen- dant la retardation
En conséquence, pendant l'accélération, les mécanismes ne marchent pas avec leur capacité entière* Avec ces systèmes et les équipements précédem- ment décrits, le couple moteur d'accélération maximum est approximativement égal au couple de retardation maximum, et les deux couples se produisent géné- ralement dans des conditions de calage du moteur*
En outre, le couple de calage du moteur pour l'accélération, est généralement approximativement égal au couple de calage du moteur, pour la retardation-
Par suite, en vue d'utiliser les mécanismes dans les meilleures conditions, pendant la période d'accélération,
il est nécessaire d'avoir une caractéristique qui s'élève primitivement, mais qui, en même temps, donne une limitation de vitesse automatique pour le moteur, c'est-à-dire que la carac- téristique doit avoir la forme générale représentée sur la Fig.13.
Comme dans les cas précédents, la tension de récupération doit aussi être limitée* Un montage permettant d'obtenir ce résultat désirable, est re- présenté sur la Fige 14- Ce montage est analogue à celui de la Fig.12, mais il en diffère principalement en ce qu'un enroulement série 27 a été ajouté au dévolteur-
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Sans cet enroulement série, la caractéristique désirée pourrait être obtenue en rendant l'effet de la tension du moteur sur l'inducteur plus prononcé que dans le cas de la Fig.11, mais de petites différences dans les résistances de l'inducteur du dévolteur, etc---, peuvent nuire à la stabilité du système* Dans ces conditions, la tension du moteur peut prendre la charge complète,
jusqu'à ce que la vitesse maximum de sécurité du moteur ait été dé- passée*
L'enroulement série du dévolteur est connecté de manière à avoir un effet additif avec celui de l'enroulement à auto-excitation, pendant lâccé- lération, et en conséquence, un accroissement quelconque, dans le courant in- ducteur du moteur, augmente la tension du dévolteur qui, à son tour, tend à empêcher l'accroissement du courant inducteur du moteur- On obtient ainsi un effet de stabilisation résultant de l'enroulement série du dévolteur-
Pendant la retardation, le devait sur est pratiquement dépourvu d'ef- fet, et la tension d'induit du moteur est opposée à la tension d'excitation de l'inducteur du moteur, et possède ainsi un effet de limitation sur la ten- sion de récupération-
Un autre système de connexions,
fournissant une caractéristique d'accélération à élévation primitive, et fournissant en même temps une pro- tection automatique contre les emballements, est représenté schématiquement sur la Fig.15.
Dans ce cas, la dévolteur est muni de trois enroulements inducteurs! l'enroulement 26 qui est excité par l'induit du moteur, l'enroulement 24 qui est à auto-excitation, et l'enroulement 27 qui est à excitation séparée-
Pendant l'accélération, l'enroulement 27 est agencé de faqon à agir différentiellement par rapport à l'enroulement 26, et l'enroulement 24 est agencé de façon que le dévolteur ne cesse pas de débiter;
à cet effet, l'enrou- lement 24 ne doit pas être connecté suivant le système de désamorçage automati- que précédemment indiqué- L'enroulement 27 doit 'être suffisamment puissant pour donner au dévolteur la polarité correcte, au cours du démarrage-
Au cours du démarrage, l'enroulement d'accélération 27 est prédomi- nant et agit sur l'enroulement 24, pour que celui-ci agisse de manière crois- sante et de manière additive, avec lui, tous deux agissant de manière diffé- rentielle par rapport à l'enroulement 26, l'effet résultant consiste ainsi à
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augmenter le courant d'excitation du champ*
Les inducteurs doivent être agencés de façon que, lorsque la vitesse augmente, l'effet de l'enroulement 26 augmente plus rapidement que l'effet combiné des enroulements 24 et 27- Ainsi,
à une vitesse inférieure à. la vitesse maximum de sécurité du moteur, l'enroulement 26 est prédominant, et a pour effet d'inverser la tension du dévolteur, c'est-à-dire que la ten- sion du dévolteur est alors opposée à la tension d'excitation de l'inducteur du moteur-
Cette inversion de la tension du survolteur-dévolteur agit sur l'enroulement 24, pour que celui-ci débite progressivement, de manière addi- tive avec l'enroulement 26, et de ceci, il résulte que lesurvolteur -dévol- teur débite'progressivement, de manière très rapide, dans un sens opposé à l'excitation de l'inducteur du moteur-
Pour le freinage, l'enroulement inducteur du moteur est inversé, et il en est de même pour 1'enroulement d'excitation automatique du survolteur Dans ces conditions,
les enroulements 26 et 27 agissent encore de manière ad- ditive, mais différentiellement par rapport à l'enroulement 24, et l'effet ré- sultant du survolteur-dévolteur est opposé à l'excitation de champ du moteur*
En se reportant aux montages pour récupération qui ont été décrits plus haut, il convient d'observer que, lorsque la génératrice est entraînée par un moteur électrique à courant alternatif ou à courant continu, l'énergie récupérée provenant des moteurs, au cours du freinage, peut être retournée à la ligne*
Mais lorsque le groupe d'entraînement pour la génératrice, comprend une machine autre qu'un moteur électrique, et par exemple une machine à vapeur ou un moteur à explosion, l'énergie da récupération produite au cours du frei- nage du moteur,
a pour seul effet d'accélérer la vitesse du groupe électrogène, et peut éventuellement l'amener à atteindre une vitesse dangereuse-
Ceci posé, l'objet de la nouvelle réalisation de l'invention est de prévoir des moyens pour absorber cette énergie de récupération, sans pro- duire des vitesses de rotation excessives- On a déjà proposé un système desti- né aux génératrices qui ne sont pas à courant constant, et qui est actionné par un relais agissant pour assurer un courant constant-
L'invention est caractérisée par une variante de ce système, et
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qui permet de l'appliquer aux génératrices spéciales utilisées pour les ma- chines de levage, tels que les excavateurs, les grues,
etc-*
Les Fige 16 à 18 se rapportant à cette réalisation de l'invention*
La Fig.16 est un schéma de montage conforme à cette nouvelle réa- lisation de l'invention*
Les Fige 17 et 18 sont des diagrammes de caractéristiques..
Dama le montage représenté sur la Fig.16, la génératrice G, entrai- née par un moteur de nature quelconque, alimente en courant approximativement constant les moteurs M1 et M2; une résistance BR est montée en dérivation sur son induit, et elle peut être mise en circuit ou hors circuit, au moyen d'un contacteur C.
Le contacteur C est excité par la'ligne d'excitation principale, et il est contrôlé par le relais à rappel R, de manière telle que, lorsque la tension de la génératrice est dirigée dans le sans normal, c'est-à-dire que la machine marche en génératrice, la résistance BR est mise hors circuit, tandis que, lorsque la tension de la génératrice est inversée, c'est-à-dire lorsque de l'énergie est régénérée par les moteurs M1 et M2, le contacteur C est fermé, et la résistance BR est ainsi montée en circuit*
L'enroulement inducteur série S de la génératrice doit être connecté à l'extérieur du circuit de la résistance BR, comme représenté- Ce montage assure que le courant passant dans le circuit des moteurs est maintenu approxi- mativement constant,
sur toute la portée de fonctionnement de tension de moteur continue*
La caractéristique extérieure ainsi obtenueest représentée sur la Fig.17. La partie de marche en génératrice de la caractéristique de la généra- trice, est fixée ou réglée par l'agencement de la machine, mais la partie de marche en récupération de la caractéristique peut être modifiée en changeant la valeur de la résistance BR.
L'énergie récupérée par les moteurs est approximativement propor- tionnelle à la tension appliquée aux bornes de la génératrice, car le courant est approximativement constant* L'énergie absorbée dans la résistance BR est proportionnelle au carré de la tension appliquée aux bornsa de la génératrice-
En se reportant au diagramme de la Fig.18, où la ligne A représente l'énergie récupérée, on observe que ces circonstances permettant d'agencer la
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génératrice de trois manières différentes : 1 ) la génératrice absorbe une certaine proportion de l'énergie de récupération, pendant toute la marche en récupération (courbe X);
2 ) la génératrice absorbe de l'énergie, lorsque l'é- nergie de récupération est Inférieure à une certaine quantité, et produit de l'énergie, lorsque l'énergie de récupération est supérieure à cette quantité (courbe Y); 3 ) la génératrice {fournit de l'énergie pendant tout le temps (courbe Z).