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"Perfectionnement aux régulateurs automatiquea de vitesse pour -moteurs électriques à courant continu, à contacts multiples ac- tionnés par force centrifuge, avec insertion de résistances cor- rectives ".
L'invention a pour objet un perfectionnement aux régu- lateurs automatiques de vitesse pour moteurs électriques à cou- rant continu, à contacts multiples actionnés par force centrifu- ge, avec insertion de résistances correctives.
La nécessité de maintenir rigidement constante la vi- tesse des moteurs à courant continu dans les différentes appli- cations spéciales qui le demandent, a primitivement porté les constructeurs à créer des systèmes spéciaux d'excitation et de conformation du circuit magnétique dans les moteurs mêmes,afin de réaliser des conditions autocompensatrices propres à annuler les effets des variations de charge et de tension, qui peuvent faire augmenter ou diminuer la vitesse.
Ces mesures constructives, d'un caractère statique,se montrent pourtant toujours imparfaites ou insuffisantes, spécia- lement à cause d'un autre fait perturbateur, représenté par les variations de température des circuits électriques qui, ainsi qu'il est bien connu,modifient sensiblement la valeur de la ré- sistance.
Par la suite, on a étudié et proposé des régulateurs au- tomatiques fondés sur la force centrifuge,tels que les régula- teurs d'Helmholts,de Liebe,de Dornig,et autres qui ont donné suc- cessivement des résultats toujours plus parfaits jusqu'à arriver
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aux types les plus modernes,qui fonctionnent tous selon le même principe,savoir:à une vitesse déterminée un ou plusieurs con- tacts convenablement isolés et reliés à des ressorts,viennent buter,par effet de la force centrifuge qui les sollicite, con- tre des contacts correspondants isolés, fixés à la partie tour- nante: cela a pour effet de mettre en court-circuit des résis- tances correctives disposées en série avec l'enroulement du champ du moteur.
Lorsque la vitesse diminue en conséquence,les contacta s' ouvrent, les résistances s'insèrent à nouveau et alors la vites- se augmente à nouveau,en provoquant à un moment déterminé la fermeture des circuits,avec l'effet précédemment déorit.De cette façon l'insertion et la mise en court-circuit successives des résistances de correction, annule instantanément toutes varia- tions de vitesse en plus ou en moins, quelle que soit la cause qui les provoque.
La sensibilité nécessaire de ces appareils est en rapport avec l'intervalle très court qui intervient entre chaque contact mobile et le contact fixe correspondant :pourtant,l'ouverture et la fermeture de ceux-ci se suivent avec une très haute fré- quence en provoquant,naturellement,à chaque ouverture du cir- cuit, la formation d'une étincelle qui, tout en étant d'une pe- tite durée, tend à maintenir en court-circuit la résistance mê- me avec les contacts ouverts, ce qui a pour effet de retarder ultérieurement la vitesse qui de la.sorte.est assujettie à une différence sensiblement inférieure à celle déterminée normale- ment par la fonction des contacts.
Afin d'obvier à cet inconvénient, on a prévu récemment aux régulateurs centrifuges des dispositifs supportant la forma- tion de court-circuits de superposition à haute fréquence,capa- bles de supprimer les étincelles aux contacts en tout moment et dans quelque position que ce soit.
Ces dispositifs ont pourtant le désavantage d'exiger des organes d'une construction complexe et difficile, sujets à une usure très grande qui endommage même les contacts.
Un autre inconvénient qui se rapporte à l'emploi des ré- gulateurs en question est représenté'par le fait que tout appa-
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reil,étant expressément conditionné pour la vitesse pour la- quelle il est fabriqué, présente une structure et des dimensions spéciales,tandis que le réglage des contacts mobiles, déjà long et difficile par lui-même,ne peut admettre que des différences de vitesse comprises entre des limites très rapprochées.
Dans ces conditions,il est indispensable d'employer un régulateur approprié à la vitesse que l'on veut obtenir sous, une forme rigidement constante pour un même moteur,ainsi que ce- la arrive dans les laboratoires,la mise au point d'instruments électriques,les applications technologiques spéciales,et dans les convertisseurs pour transmissions électroacoustiques, dans lesquels en doit faire correspondre la fréquence à la tonalité de résonnance maxima des transmetteurs,
Un autre inconvénient appréciable présenté par les ré- gulateurs en usage, dépend du fait qu'ils sont disposés sur l' arbre horizontal du moteur, de sorte que le disque qui porte les contacts fixes et mobiles,tournant dans un plan vertical, est influencé par l'action de la gravité qui influence les con- tacts mobiles,et qui s'ajoute à,
ou vient en déduction de l'ac- tion de sollicitation de la force centrifuge, selon leur posi- tion plus basse ou plus élevée.
L'objet de l'invention consiste en un perfectionnement dans les régulateurs centrifuges précités,permettant d'abolir les inconvénients précités ,ce perfectionnement résidant :
1 ) dans une plus grande simplicité de construction du dispositif de suppression des étincelles aux contacts, ce dispositif étant représenté par un collecteur ordinaire à la- mes avec emploi de deux balais seulement, qui amènent aux con- tacts un courant alternatif avec périodicité n'/60 x 1/2, dans la- quelle n' représente le nombre des tours à la minute et 1 le nombre des lamelles, avec l'effet de réaliser conséquemment aux contacts une inversion de polarité avec une très haute fréquen- ce et une alternance de courts-circuits égale à n'x1/60
Avec une telle disposition on obtient que l'ouverture de chaque court-circuit au collecteur s'effectue simultanément sur les deux balais,
l'étincelle qui se produit inévitablement à cause de l'extra-courant d'ouverture étant, de la sorte, ré
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duite de moitié, avec l'avantage d'une usure moins grande du collecteur et des balaia, spécialement lorsque la valeur de la résistance insérée est grande, tandis que la valeur de la réais- tance insérée dans le court-circuit est partagée sur les deux balais qui s'échauffent moins.
L'emploi des deux balais uniques représente un avanta- ge considérable au point de vue du frottement, qui influence sensiblement le rendement, spécialement lorsqu'il s'agit de moteurs d'une faible puissance.
L'inversion de la polarité aux contacts entraîne une remarquable diminution de l'effet destructeur dû à l'extra-cou- rant d'ouverture en tenant compte de ce que la coïncidence né-. cessaire entre l'ouverture du contact et le court-circuit de superposition de celui-ci vient à manquer lorsque la fréquence est suffisamment grande.
2) dans l'application aux régulateurs d'un changement de vitesse dont la variation peut être réglée, du type ordinai- re à friction, de sorte qu'un même régulateur centrifuge, mis au point préalablement pour une vitesse déterminée, peut être employé pour obtenir différentes vitesses pour un même moteur ou convertisseur à haute fréquence, ces variations pouvant être comprises dans des limites assez grandes.
L'emploi du changement de vitesse susdit permet ,en outre,de placer le régulateur dans un plan horizontal, avec 1 avantage d'annuler les effets nuisibles dus à la gravité.
Une forme d'exécution de l'invention dans son ensemble est, à titre d'exemple seulement, illustrée par le dessin sché- matique annexé, dans lequel
La Fig.l montre le dispositif d'alimentation alternée à haute fréquence et de mise en court-circuit, prévu pour une seule couple de contacts ; la Fig.2 représente le régulateur combiné avec un chan- gement de vitesse réglable à friction.
Dans ledit dessin, 1 est une résistance de correction qui est insérée dans le circuit du moteur (Fig.l) et qui est reliée aux balais 2 et 3 qui amènent le'courant à un collecteur
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commun 4 composé d'un nombre pair quelconque de lamelles reliées alternativement entr'elles, de façon à constituer deux groupe- ments distincts isolés entr'eux, qui sont reliés indifféremment au contact fixe 5 et au contact mobile.6 actionnés par la force centrifuge.
Les balais 2 et 3,nécessairement plus larges que l'iso- lement interposé entre les lamelles,sont orientés de façon à réa- liser l'ouverture simultanée du court-circuit établi par eux entre deux groupes de lamelles, quel. que soit le sens de la ro- tation du moteur, ainsi qu'il résulte évidemment de la fig.l.
Les lamelles et les contacts changent alternativement leur pola- rité.
Dans la Fig.2,le châssis 7,pouvant être adapté au mo- teur 8, comprend un disque conducteur 9 solidaire de l'arbre du moteur, un disque commandé 10 calé sur l'arbre 11 sur lequel est monté le régulateur centrifuge 12,et un disque de poussée 13 pou- vant tourner librement, de.façon à ce que le déplacement axial du disque 10 puisse s'accomplir de n'importe quelle façon et mê- me par commande à distance.
R E V E N D I C A T 1 0 N S.
1) Régulateur automatique centrifuge de vitesse, pourvu de contacts multiples actionnés par la force centrifuge, pour 1' ihsertion de résistances de correction, pouvant être appliqué aux moteurs à courant continu et à des convertisseurs à haute fréquence, caractérisé en ce que l'emploi de collecteurs com- muns,formés d'un nombre pair quelconque de lamelles,convenable- ment reliées de façon alternative de manière à obtenir deux groupes distincts isolés entr'eux,rend possible l'alimentation avec courant alterné à haute fréquence (avec courbe de forme rec- tangulaire) et la mise en court circuit conséquente des couples individuels de contacts (fixe et mobile) d'une façon prédétermi- née et indépandemment de leur position, respectivement avec les.
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valeurs suitantes : Périodes = 6ôx2 ;mises en court-circuit= 60 x 1.
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"Improvement in automatic speed regulators for direct current electric motors, with multiple contacts actuated by centrifugal force, with insertion of corrective resistors".
The object of the invention is an improvement in automatic speed regulators for direct current electric motors, with multiple contacts actuated by centrifugal force, with the insertion of corrective resistors.
The need to keep the speed of direct current motors rigidly constant in the various special applications which require it, initially led manufacturers to create special systems for excitation and conformation of the magnetic circuit in the motors themselves, in order to achieve self-compensating conditions suitable for canceling the effects of variations in load and voltage, which may increase or decrease the speed.
These constructive measures, of a static character, however always show themselves to be imperfect or insufficient, especially because of another disturbing fact, represented by the temperature variations of the electric circuits which, as is well known, modify appreciably the value of the resistance.
Subsequently, automatic regulators based on centrifugal force have been studied and proposed, such as the regulators of Helmholts, Liebe, Dornig, and others which have given successively ever more perfect results up to 'to arrive
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to the most modern types, which all operate according to the same principle, namely: at a determined speed one or more con- tacts suitably isolated and connected to springs, come into abutment, by the effect of the centrifugal force which solicits them, against corresponding isolated contacts, fixed to the rotating part: this has the effect of short-circuiting the corrective resistors arranged in series with the motor field winding.
When the speed decreases accordingly, the contacts open, the resistors are inserted again and then the speed increases again, causing at a determined moment the closing of the circuits, with the previously deorit effect. In this way, the successive insertion and short-circuiting of the correction resistors instantly cancels any more or less speed variations, whatever the cause which causes them.
The necessary sensitivity of these devices is related to the very short interval which occurs between each moving contact and the corresponding fixed contact: however, the opening and closing of these follow each other with a very high frequency, causing , naturally, with each opening of the circuit, the formation of a spark which, while being of short duration, tends to keep the resistance short-circuited even with the contacts open, which has the effect of subsequently retarding the speed which of the output is subject to a difference appreciably less than that normally determined by the function of the contacts.
In order to overcome this drawback, centrifugal regulators have recently been provided with devices which tolerate the formation of high frequency superposition short circuits, capable of suppressing sparks at the contacts at any time and in any position. is.
However, these devices have the disadvantage of requiring members of a complex and difficult construction, subject to very great wear which even damages the contacts.
Another disadvantage which relates to the use of the regulators in question is represented by the fact that all apparatus
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reil, being expressly conditioned for the speed for which it is manufactured, has a special structure and dimensions, while the adjustment of the movable contacts, already long and difficult in itself, can only admit speed differences included between very close limits.
Under these conditions, it is essential to use a regulator appropriate to the speed which one wishes to obtain in a rigidly constant form for the same engine, as happens in laboratories, the development of instruments electrical, special technological applications, and in converters for electroacoustic transmissions, in which the frequency must be matched to the maximum resonance tone of the transmitters,
Another appreciable disadvantage presented by the regulators in use, depends on the fact that they are arranged on the horizontal shaft of the motor, so that the disc which carries the fixed and movable contacts, rotating in a vertical plane, is influenced. by the action of gravity which influences mobile contacts, and which is added to,
or is deducted from the action of stressing the centrifugal force, depending on their lower or higher position.
The object of the invention consists of an improvement in the aforementioned centrifugal regulators, making it possible to eliminate the aforementioned drawbacks, this improvement being:
1) in a greater simplicity of construction of the device for suppressing sparks at the contacts, this device being represented by an ordinary collector with the use of two brushes only, which bring to the contacts an alternating current with periodicity n ' / 60 x 1/2, in which n 'represents the number of revolutions per minute and 1 the number of lamellae, with the effect of consequently achieving on the contacts a polarity inversion with a very high frequency and a alternation of short circuits equal to n'x1 / 60
With such an arrangement it is obtained that the opening of each short-circuit to the collector takes place simultaneously on the two brushes,
the spark which inevitably occurs because of the opening extra-current being, in this way, re
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pick by half, with the advantage of less wear of the collector and balaia, especially when the value of the resistance inserted is large, while the value of the re-resistance inserted in the short-circuit is shared on the two brushes that heat up less.
The use of the two single brushes represents a considerable advantage from the point of view of friction, which significantly influences the efficiency, especially in the case of low power motors.
Reversing the polarity at the contacts results in a remarkable reduction in the destructive effect due to the extra opening current, taking into account that the coincidence ne-. necessary between the opening of the contact and the superposition short-circuit of the latter is missing when the frequency is sufficiently high.
2) in the application to regulators of a speed change the variation of which can be regulated, of the ordinary friction type, so that the same centrifugal regulator, previously developed for a determined speed, can be used to obtain different speeds for the same motor or high frequency converter, these variations being able to be included within fairly large limits.
The use of the aforementioned gear change also makes it possible to place the regulator in a horizontal plane, with the advantage of canceling out the harmful effects due to gravity.
One embodiment of the invention as a whole is, by way of example only, illustrated by the accompanying schematic drawing, in which
Fig.l shows the high frequency alternating power supply and short-circuiting device, provided for a single pair of contacts; Fig. 2 shows the combined governor with adjustable friction speed change.
In said drawing, 1 is a correction resistor which is inserted in the motor circuit (Fig.l) and which is connected to brushes 2 and 3 which bring the current to a collector
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common 4 composed of any even number of lamellae connected alternately to each other, so as to constitute two distinct groups isolated from each other, which are connected indifferently to the fixed contact 5 and to the movable contact. 6 actuated by centrifugal force .
The brushes 2 and 3, necessarily wider than the insulation interposed between the blades, are oriented so as to achieve the simultaneous opening of the short-circuit established by them between two groups of blades, which. regardless of the direction of rotation of the motor, as is evident from fig.l.
The blades and the contacts alternately change their polarity.
In FIG. 2, the frame 7, which can be adapted to the motor 8, comprises a conductive disc 9 integral with the motor shaft, a controlled disc 10 wedged on the shaft 11 on which the centrifugal governor 12 is mounted. , and a freely rotatable thrust disc 13, so that the axial displacement of the disc 10 can be accomplished in any way and even by remote control.
R E V E N D I C A T 1 0 N S.
1) Centrifugal automatic speed regulator, provided with multiple contacts actuated by centrifugal force, for the insertion of correction resistors, applicable to direct current motors and high frequency converters, characterized in that the use of common collectors, formed of any even number of lamellae, suitably connected alternately so as to obtain two distinct groups isolated from each other, makes it possible to supply with alternating current at high frequency (with rectangular shape) and the consequent short-circuiting of the individual pairs of contacts (fixed and mobile) in a predetermined manner and independently of their position, respectively with the.
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following values: Periods = 6ôx2; short-circuits = 60 x 1.