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PERFECTIONNE1VlENTS AUX SYSTEMES DE COlVIMAN.DE DE LIOTEURS ELECTRIQUES .-
La présente invention se rapporte aux systèmes de commande et plus particulièrement à ceux destinés à assurer le démarrage et l'arrêt de mo- teurs électriques, et elle a surtout pour objet des simplifications et un abais- sement du prix de revient des équipements correspondants. Plus spécialement, 1' invention se rapporte à des systèmes destinés à commander le freinage par contre courant de moteurs électriques.
Normalement, la force contre-électromotrice d'un moteur s'oppo- se à la tension d'alimentation et .par conséquent limite le courant du moteur à une valeur relativement faible. Mais quand le moteur marche à contre-courant, sa force contre-électromotrice est inversée et s'ajoute à la tension de la ligne.
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Dans ces conditions, et à grande vitesse, la tension résultante c'est-à-dire la somme de la tension de la ligne et de la force contre-électromotrice, peut pro- voquor un courant d'intensité enormale, plusieurs fois supérieure à celle du courant à pleine charge; il faut employer des dispositifs pour limiter ces cou- rants à la valeur de sécurité.
On utilise pour le démarrage et l'accélération une résistance qui peut être réintroduite au moment de la marche à contre courant de manière à limiter l'intensité et le couple à des valeurs admissibles. Toutefois, la valeur de la résistance nécessaire pour démarrer et accélérer est d'ordinaire considérablement moindre que celle nécessaire pour limiter le contre-courant à la valeur de sécurité au moment où le moteur tourne à vitesse relativement élevée. Pour cette raison, on prévoit une section supplémentaire du rhéostat, connectée en série akec la résistance de démarrage habituelle,. la résistance totale étant insérée au moment où le moteur fonctionne à contre courant.
Comme cette section additionnelle du rhéostat se rapportant à cette condition parti- culière se trouve ajoutée à la résistance de démarrage et d'accélération, il y a lieu de la mettre en court-circuit dès que le moteur démarre et l'insérer dans le circuit au moment de la marche à contre courant jusqu'à ce que le mo- teur diminue de vitesse et atteigne une valeur prédéterminée.
La section de la résistance pour la marche à contre courant est généralement commandée par un oontaoteur spécial lui-même commandé par des re- lais prévus à cet effet, Comme la dite section de résistance doit être mise en court-circuit pour une faible vitesse prédéterminée du moteur, au cours de la marche à contre courant et comme la contre-tension de ce dernier est une fonc- tion de sa vitessey il est indiqué de connecter le relais de marche à contre- oourant aux bornes de l'induit pour qu'il soit actionné par la force contre- électromotrice.
Une telle connexion présente toutefois des difficultés, du fait que si le relais est excité par la force contre-électromotrice pour main- tenir la section additionnelle précitée de la résistance en court-circuit pen- dant le démarrage et à vitesse normale, il répondra également à l'action de la force contre-électromotrice et mettra en court-èircuit cette section spéciale de la résistance, lorsque le moteur marche à contre courant à une bonne vitesse; on n'obtiendra donc pas ainsi la protection désirée.
Conformément à l'invention, on peut éviter ces inconvénients grâce à un dispositif perfectionné de commande de la marche de contre-courant.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, un moteur
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électrique est connecté à une source d'alimentation par l'intermédiaire d'un limitateur de courant et, pour commander ce dernier, on a prévu un dispositif électrique agissant sous l'effet de la force contre-électromotrice du moteur.
On a également prévu des dispositifs pour établir les connexions de freinage à contre-courant, ainsi que des dispositifssupplémentaires pour éviter l'inser- tion du limitateur de courant dans le circuit du moteur, au démarrage ou en mar- che normale mais réalisant cette insertion quand le moteur marche à contre-Base courant à une vitesse supérieure à une valeur prédéterminée.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en. se référant à la description suivante et au dessin qui l'accompagne., donné simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lequel on voit en 10 un moteur électrique alimenté par une source appropriée et repré- sentée ici par deux lignes d'alimentation llet 12 auxquelles le moteur peut être connecté par tout dispositif convenable tel que des contacteurs électromagnéti- ques 13 et 14. Bien que le moteur 10 puisse être d'un type quelconquev-on l'a représenté du type série à courant continu et comportant un enroulement de champ 15 et un enroulement de commutation en série 15a.
Quand le contacteur 13 se fer- me, il relie le moteur à la source d'alimentation pour la marche avant, et quand le contacteur 14 se ferme, le moteur marche en sens inverse.
Pour limiter la valeur du courant qui traverse le moteur à la valeur normale de sécurité, on a prévu un dispositif limitateur de courant, constitué par une résistance dont la section 16 est insérée dan:3 le circuit du moteur pour limiter la valeur du courant au cours de la marche à contre-courant, tandis que les sections 17 et 18 sont connectées dans le circula du moteur en- tre la section de résistance pour la marche à contre courant et l'un des pôles de la ligne, de faqon à limiter l'intensité au cours du démarrage et de l'accé- lération.
Des dispositifs appropriés tels que les contacteurs électromagnétiques 19-20-21 permettent l'insertion de ces résistances dans le circuit du moteur et leur mise en court-circuit, de manière à commander respectivement les sections de résistance 16,17 et 18. On désignera par "contacteur de contre-courant", le contacteur 19 qui commande la section 16 de la résistance, tandis qu'on appelle- ra "contacteurs d'éccélération" les contacteurs 20 et 21 qui commandent les sec- tions d'accélération 17 et 18.
Comme on le volt sur le dessin, le contacteur le de contre cou- rant est placé sous la commande d'un contrôleur 22, et du relais 23, dénommé relais de marche à contre-courant. On notera qu'une borne de l'enroulement 23a
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du relais 23 est connectée en un point situé entre la ligne 11 et les contacts principaux des contacteurs'13 et 14, la borne opposée de l'enroulement 23a étant connectée en un point situé entre la ligne opposée de la source d'alimentation et les contacts principaux des contacteurs-inverseurs 13 et 14.
En d'autres ter- mes, la bobine du relais de marche à contre courant est connectée audelà des contacts principaux des inverseurs 13 et 14, aux bornes de l'induit du moteur 10 uniquement de façon à être sensible à la force contro-électromotrice du moteur 10 lorsque l'un ou l'autre des contacteurs inverseurs est fermé.
Le relais 23 est un relais normalement fermé, c'est-à-dire que ses contacts sont fermés, quand la bobine n'est pas alimentée. Les contacts du relais 23 sont connectés au circuit d'excitation de la bobine du contacteur de contre courant 19. Le circuit d'excitation de ce contacteur traverse aussi le contrôleur 22 et passe par les contacts .auxiliaires normalement ouverts des contacteurs-Inverseurs 13 et 14. Pour fermer le contacteur 19, afin de mettre en court-circuit la section 16 de la résistance prévue pour le contre courant, il est nécessaire que le contrôleur 22 soit mis sur l'un de ses crans de marche, que l'un ou l'autre des contacteurs-inverseurs 13 ou 14 soit fermé, et que le relais de marche à contre courant soit désexcité ses contacts étant fermés comme indiqué sur le dessin.
Toutefois, quant l'un ou l'autre des contacteurs-inverseurs 13 ou 14 est fermé, la bobine 23a est connectée aux bornes de l'induit du moteur.
Pour éviter que le relais 23 n'agisse sur l'effet de la force contre-électro- motrice du moteur, dépassant la valeur pouvnnt provoquer 1'ouverture des con- tacts du relais 23, et par conséquent la coupure de l'alimentation du contac- teur 19, ce qui aurait pour effet d'introduire la partie 16 de la résistance dans le circuit du moteur au cours du démarrage ou de la marche normale, on a prévu des moyens qui évitent que le relais 23 ne soit sensible à une force
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cnntrf-olectromotrioe diz moteur pendant le d4mnrrnpm efi in marchn nnrr1rlle. onn moyens sont représentés sous forme d'un redresseur 24 connecté en série avec l'excitation du relais 23.
Bien qu'on puisse utiliser tout type approprié de redresseur, on choisit du préférence le redresseur à oxyde de cuivre. On comprend toutefois que tout autre redresseur puisse être employé. Le fonctionnement du système peut être exposé de la façon suivante. Quand l'alimentation est coupée, on met le moteur 10 en marche avant en mettant le contrôleur 22 dans son premier cran de
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marche avant. Dans cette position du contrôleur, il s'établit un circuit dhexci- tation destiné à alimenter la bobine du contacteur de marche avant 13. Ce circuit comporte le positif 11 de la source d'alimentation, le conducteur 25, les doigts 26 et 27 du contrôleur connectés par le segment 28, le conducteur 29, la bobine du contacteur 13, les conducteurs 30 et 31 et le pôle 12 de la ligne d'alimenta- tion.
Les doigts 32 et 35 du contrôleur 22 sont simultanément reliés par les seg- ments 34 et 35 et il s'établit ainsi un circuit d'alimentation du contacteur 19 par l'intermédiaire .des plots 32 et 33 et des contacts normalement fermés du re- lais 23. Le contacteur 13 de marche avant se ferme alors et connecte l'induit du moteur 10 à la source 11 pour la marche avant.
Dans la position'de fermeture de ce contacteur 13, ses contacts auxiliaires supérieurs ferment un circuit destiné à la bobine du contacteur à contre-courant 19 qui ferme ses contacts et met en court-circuit la section 16 du rhéostat. Cette suite des opérations s'effectue si rapidement qu'il y a prati- quement slmulianéité entre la mise du contrôleur 22 en position de marche et la mise en court-circuit de la section de résistance 16.
A la fermeture des contacts principaux du contacteur de marche avant 13, une chute de tension apparaît aux bornes des sections 16-17-18. La chute de tension aux bornes de la section 16, prévue pour la marche à contre- courant est suffisante pour exciter le relais d'accélération 36 ; de même, la chute de tension aux bornes des sections 16 et 17 est suffisante pour exciter le relais d'accélération 37 ; il en résulte que ces deux relais ouvrent leurs oon- tacts.
La mise en court-circuit de la section 16 permet le passage d'un courant suffisant pour alimenter le circuit d'induit du moteur et permettre l'ac- célération. Quand sa vitesse a suffisamment augmenté, sa force contre-électro- motrice augmente, et s'il nty avait pas de redresseur 24 en série avec le relais 23 ce dernier.agirait pour une valeur prédéterminée de la force contre-électro- motrice et ouvrirait ses contacts de manière à couper l'alimentation du contacteur 19 et réinsérer la section 16 dans le circuit. Mais, le redresseur 24 est connec- té de telle sorte qu'il ne permette pas la passage du courant dans la bobine du relais 23 quand le moteur démarre, et il en résulte que la section 16 de marche à contre-courant reste en court-circuit au cours du démarrage.
Lorsqu'on amène le contrôleur 22 au deuxième plot de marche avant, il ferme le circuit d'alimentation de la bobine du contacteur d'accélémation 20.
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Ce circuit est le même que celui décrit précédemment pour la bobine du contacteur 19, c'est-à-dire qu'il comporté la source d'alimentation jusqu'au doigt 32 et, de ce point, le circuit d'alimentation traverse les hegments 34-35-38, la doigt 39, le conducteur 40 jusqu'aux contacts ouverts du relais d'accélération 36.
Ce der- nier a été maintenu ouvert du fait de la chute de tension aux bornes de la sec- tion 16, mais la mise en court-circuit de cette section par le contacteur 19 a entraîné la disparition de cette chute de tension et, après un intervalle de ternes déterminé par les constantes du relais 36, ce dernier ferme ses contacts, de ma- nière à établir un circuit d'alimentation pour le contacteur d'accélérationh20, par l'intermédiaire de sa bobine de commande et les conducteurs 41 et 31, puis le pôle inférieur 12 de la ligne d'alimentation. Le contacteur 20 ferme alors ses contacts, et met en court-circuit la section 17 de la résistance d'accélération et augmente par conséquent la vitesse du moteur 10.
La mise en court-circuit de la section 17 fait disparaître la chute de tension à ses bornes, et après un intervalle de temps prédéterminé par les constantes du relais 37, ce dernier ferme par ses contacts un circuit d'ali- mentation du contacteur d'accélération 21 par l'intermédiaire de sa bobine et du conducteur 41, puis la ligne d'alimentation inférieure 12. Le contacteur 21 ferme ses contacts et met en court-circuit la dernière section d'accélération 18 ; le moteur 10 tourne àlors à toute vitesse.
La manoeuvre du contrôleur 22, de sa position d'ouverture à sa position de marche à grande vitesse a été décrite comme étant effectuée pas à pas; généralement l'opérateur effectue la dite manoeuvre par le déplacement rapide du contrôleur, de la position d'ouverture à la position de pleine vitesse.
On supposera maintenant que le moteur fonctionne à pleine vitesse et qu'on désire l'amener rapidement à l'arrêt. Cette opération est obtenue en actionnant le contrôleur 22 en sens inverse. L'opérateur effectue généralement cette manoeuvre en une seule fois, en l'amenant rapidement de la position de pleine vitesse en marche avant à la position de pleine vitesse en sens inverse.
Quand le contrôleur passe du deuxième plot de marche avant au premier plot de marche avant, il y a ooupure des circuits d'alimentation des contacteurs d'accé- lération 20 et 21 qui ouvrent alors leurs contacts pour introduire, dans le cir- cuit du moteur, les sections de résistance 17 et 18. De même, quand le contrôleur passe au cran d'arrêt, il y a coupure du circuit d'alimentation du contacteur 19 qui ouvre alors ses oontacts et insère la section de résistance 16 dans le cir-
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-cuit du moteur.
De.la même manière, quand le contrôleur 22 arrive sur cette po- sition de coupure, le circuit d'alimentation du contactteur de marche avant est coupé, et ce contacteur ouvrer ses contacts principaux, déconnectant ainsi le moteur de la ligne d'alimentation et ouvrant ses contacts auxiliaires pour couper le circuit d'alimentation du contacteur 19.
Au premier plot de marche arrière du contrôleur 22, le circuit d'alimentation pour la bobine du contacteur 14 de marche arrière est fermé. Ce circuit comporte le doigt 26, le segment 42, le doigt 43 le conducteur 44, la bobine du contacteur 14, les conducteurs 30 et 31 et le pôle inférieur de la li- gne d'alimentation, Le contacteur 14 se ferme et connecte le moteur 10 à la li- gne pour le fonctionnement en marche arrière. Il est important de noter qu'en se fermant, le contacteur 14 inverse les connexions de la bobine 23a du relais 23 en les reliant aux bornes d'induit du moteur 10. Puisque à cette phase de la manoeuvre, la rotation de l'induit s'effectue dans la même direction et que le courant dans l'enroulement de champ 15 est toujours de même sens, la force contre électromotrice du moteur agit dans le marne sens que préoédemment.
Nais, comme les connexions du circuit d'alimentation du relais 23 sont inversées par rapport aux bornes d'induit du moteur 10, le redresseur 24 permet le passage du courant dans la bobine 23a du relais 23. Si le moteur 10 tourne grande vitesse au moment où l'on applique le contre-courant, comme in- diqué ci-dessus, la force contre-électromotrice du moteur est suffisante pour exciter le relais 23 et provoquer l'ouverture de ses contacts. Il en résulte la coupure du circuit d'alimentation du contacteur 19, par conséquent le contacteur de marche à contre-courant reste ouvert, et la section 16 correspondante de la résistance est insérée dans le circuit d'induit afin de limiter la courant dans l'induit jusqu'à la valeur convenable de sécurité.
De même, comme le circuit d'alimentation des contacteurs d'accélération 20 et 21 traverse les contacts du relais 23, ces contacteurs restent ouvertes et les sections d'accélération 17 et 18 restent également insérées dans le circuit d'induit pour collaborer avec la section 16, ce qui limite le courant dans l'induit à la valeur de sécurité.
On sait que, lorsque le moteur tourne à grande vitesse et que son induit est brusquement connecté à la ligne pour la marche arrière, sa force contre-électromotrice, qui antérieurement était opposée à la tension de la ligne, s'ajoute maintenant à celle de cette ligne; par conséquent, 200 % de la tension sont appliqués aux bornes de la résistance du circuit d'induit. Evidemment, si
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la section 16 était mise en court-circuit à cet instant, le courant prendrait une valeur dangereuse. Même dans le cas où la section de résistance 16 est en circuit, le courant atteint une valeur relativement élevée et produit un couple de freinage important : d'où il résulte que la vitesse du moteur diminue rapide- ment.
Au fur et à mesure que la vitesse et la force contre-électromotri- ce du moteur 'baissent,l'alimentation du relais 23 diminue. Pour une valeur infé- rieure prédéterminée de la force contre-électromotrice et par conséquent pour une faible vitesse prédéterminée du moteur 10, l'alimentation du relais 23 dimi- nue suffisamment pour permettre à ce dernier de fermer ses contacts; il ferme alors un circuit d'alimentation du contacteur 19 de marche à contre-courant.
Ce circuit comporte le conducteur supérieur 11 de la ligne d'alimentation, les doigts 26 et 43 mis en court-circuit par le sèment 42 du contrôleur, le conduc- teur 44, les contacts supérieurs du contacteur-inverseur 14, les contacts norma- lement fermés du relais 23, les doigts 32 et 33 court-circuités par les segments 45 et 46, la bobine du contacteur 19, les conducteurs 47 et 31 et le conducteur inférieur de la ligne d'alimentation. Le contacteur 19 de marche à contre-courant se ferme et met en court-circuit la section 16 pratiquement à l'instant où la vitesse du moteur 10 s'annule.
Comme l'induit du moteur 10 est connecté à la source par l'inter- médiaire du contacteur de marche arrière 14, il commence à tourner immédiatement en sens inverse. Quand le sens de rotation de l'induit s'inverse, la polarité de sa force contre-électromotrice s'inverse également, et le redresseur 24 da cir- cuit d'excitation du relais 23 arrête de nouveau le courant de ce circuit. Par conséquent, lorsque le moteur 10 prend sa vitesse en sens inverse, le circuit d'excitation du contacteur de marche à contre-courant reste fermé, et la section 16 de résistance correspondante est mise en court-circuit. A partir de cette phase de la manoeuvre, l'accélération du moteur en marche arrière est pratique- ment identique à l'accélération en marche avant décrite précédemment.
On voit donc que, lorsque le moteur est freiné par contre-courant et à pleine vitesse, le redresseur 24 laisse passer un courant pour l'alimenta- tion du circuit du relais 23, ce qui provoque l'ouverture des contacts de ce dernier et coupe le circuit d'alimentation du contacteur 19 qui s'ouvre et in- sère la sectionl6 dans le circuit d'induit du moteur, en assurant donc la protec- tion voulue au cours de la marche à contre-courant, On notera qu'au démarrage
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et en marche normale, le redresseur 24 évite le passage du courant dans l'enrou- lement du relais 23, de telle sorte que les contacts normalement fermés de celui- ci ferment un circuit d'alimentation pour le contacteur 19 et par conséquent pro- voquent la mise en court-circuit de la section de résistance 16 à un moment où elle n'est pas nécessaire.
Un autre avantage du système consiste en ce que, au démarrage, le contacteur 19 est alimenté simultanément avec la fermeture de l'un ou l'autre des contacteurs-inverseurs 13 et 14, du fait que les contacts du relais 23 sont normalement fermés* S'il était nécessaire d'attendre la fermeture des contacts du relais 23 de marche à contre-courant pour assurer la fermeture du circuit d'alimentation du contacteur 19, il y aurait une perte de temps supplémentaire.
Dans une application dans laquelle le moteur peut être inversé plusieurs milliers de fois par jour, cette perte de temps supplémentaire, à chaque démarrage, attein drait une valeur importante en quelques mois ou en quelques années. On voit que les dispositifs décrits diminuent cette perte de temps et augmentent donc le rendement du moteur et des appareils qu'il entraîne*
Bien qu'on ait représenté et décrit une seule forme de réalisa- tion de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restric- tif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'inventiono