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" DISPOSITIFS POUR L'ALIMENTATION DE MOTEUR A COURANT CONTINU EN ALTERNATIF AVEC CARACTERISTIQUES VARIABLES ET REGULATION DE
VITESSE AUTOMATIQUE OU MANUELLE".
Le présent brevet a pour objet des dispositifs pour l'ali- mentation de moteur à courant oontinu en alternatif avec carac- téristiques variables et régulation de vitesse automatique ou manuelle et 4 cet effet, l'invention prévoit l'alimentation d'un moteur à courant continu 4 l'aide de courant alternatif redressé par tubes électroniques à vide ou à gaz et la mise à profit de la présence d'une ou plusieurs électrodes de commande dans le ou les tubes redresseurs, pour modifier à volonté les caractéris- tiques du moteur, et sans aucune modification au circuit princi- pal, obtenir la régulation électronique, électrique ou manuelle par l'adjonction de dispositifs accessoires, interchangeables et indépendants de la puissance et du type du moteur.
Le principe du fonctionnement de l'alimentation du moteur à courant continu alimenté dans de telles conditions repose sur les considérations suivantes. ,.
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La tube redresseur étant par exemple un thyratron (vapeur de mercure) ou autre redresseur équivalent, lorsque le potentiel d'anode atteint une valeur déterminée pour un potentiel de grille donné, l'arc S'allume et le courant passe; la grille, quel que soit son potentiel, ne peut éteindre l'aro, une fois amorce.
L'extinction ne peut avoir lieu qu'au moment ou l'intensité du courant d'arc est nulle, pour un potentiel convenable de la grille. En agissant sur le potentiel de grille, on modifie à volonté l'instant d'amorçage ta de l'arc qui s'éteint de lui- même, à l'instant te qui est dépendant des diverses constantes électriques du circuit.
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En considérant le circuit représenté achématiqueaent à la. fig.I,ce dernier comporte les éléments suivants.
A B sont les bornes terminales d'un réseau alternatif à la. ten- sion de V volts. M est l'armature d'un moteur à courant continu,
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dont Itexcitation est indépendante; est une résistance de petite valeur (shunt), 1 le tube thyratron dont la. borne 3 est la cathode, 5 ltanode et ¯4 la grille ou électrode de commande.
Les bornes I et 2 sont prises aux balaisdu moteur. Dans ce circuit appela circuit principal, le moteur M et le thyratron 1
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sont en série. Un dispositif accessoire d'adjonotion IJ. qui com- portera suivant les cas dtapplication différents organe8, est raccords électriquement à plusieurs de ces bornes 1,±.,d..,..Q. ou , toutes, ,du thyratron parI
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Dans la, commande V courant alternatif (voir acheta fig.2) on supnose qu'entre les bornes ;
et 5.. soit insère le pr-li,inire d'un tran8foma.teur de toute petite puissance (quelques watts) dont le secondaire alimente un déphaseur d, dont la phase, par
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rapport 8, celle de c'est , dire du courant alternatif du réseau, peut être réglée entre zéro et 1800 environ les bornes de sortie If et 2g de cette tension déphasée étant réunies:
Il à 3 et 2'à .< Pour un déphase,gee)té donné, l'instant ta d'allumage est déterminé,
Le courant I,qui passe toujours dans le sens de la fléche,
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pendant un temps te-ta par cycle traverse l'armature du moteur qui, du fait qu'elle se trouve dans un champ magnétique, dû à l'excitation indépendante, développe un couple-moteur déterminé par le couple résistant et tourne en produisant une force contre électromotrice e proportionnelle à la vitesse.
Modifier ta c'est modifier te-ta, c'est donc modifier l'éner- ,gie fournie au moteur et la vitesse pour un, couple résistant donné.
Le réglage de la vitesse, par ce procédé, revient à varier 1' angle de phase @ ce qui se fait très simplement par modifica- tion d'une impédance dans un déphaseur.
A titre exemplatif, si le déphaseur est constitué comme l'indique le schéma, fig.3, d'un condensateur C et d'une résis- tance en série, connectés au secondaire d'un transformateur, il suffit de modifier la résistance ± qui n'est autre qu'un potentiomètre normalement utilisé en Radio,
D'autres schémas de déphaseurs bien connus sont toutefois applicables.
Le diagramme de la fig.4 représente la variation du couple moteur Cm ou du courant J. en fonction du temps (te-ta) pendant lequel le thyratron laisse passer le courant. L'énergie fournie au moteur augmente avec le temps ( te-ta ).
La fig 5. représente les diagrammes théoriques et expérimen- taux a,b,c,d, qui expriment, à titre exemplatif, comment N, nombre de tours par minute du moteur, varie pour un couple constant 'donné en fonction de #, déphasage de la tension Vg de grille du thyratron T par rapport à V, tension du réseau;
Si l'on cherche à réaliser, le cas général d'un moteur,dont la vitesse varie suivant une fonction donnée du couple moteur, soit l'intensité 1 du courant qui lui est proportionnel, il suffit, dans ce diagramme, fig.5, de reporter sur les différentes courbes a,b,c,d, les valeurs de 1 correspondantes à N et de trou- ver ainsi comment @ varie, en fonction de N ou de I.
Ces va- riations seront compensées par des modifications de la résistance'du
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déphaseur..
Oette résistance R peut être l'espace filament-plaque d'un tube électronique, dont la résistance interne est fonction du potentiel des électrodes de ce tube. Ces variations de potentiel se font automatiquement par un dispositif électrique ou électro- nique appropria.
Dans le cas d'une commande par courant continu on applique- ra entre les bornes 3 et 1 une tension continue réglable (par exemple une batterie munie d'un potentiomètre). En changeant la position du curseur du potentiomètre, le potentiel de grille du thyratron T est change par suite, la tension d'amorçage, donc le temps ta. Il en résulte que la -itesse du moteur pour un cou- ple donné dépend de la position du curseur du potentiomètre. Ce potentiomètre et la batterie peuvent être remplacés par un dis- positif électronique ou autre en vue d'obtenir une régulation automatique.
La commande mixte peut être réaliser par la combina'! non des deux systèmes envisagés .
Ceci exposé, les différents dispositifs disjonction au circuit principal envisagé à la fig.I, permettant de réaliser : A) le moteur \ vitesse variable (couple constant),B)le moteur à vitesse constante,0)le moteur a puissance constante, seront décrits dans ce qui suit avec leur mode de fonctionnement ainsi que leurs variantes d'exécution.
A) Voteur à vitesse variable (couple constant).
Plusieurs dispositifs peuvent être envisagés à savoir: I ) En se reportant à la fig.3, le dispositif accessoire d'adjonc- tion D est constitue par un déphaseur dont toute modification manuelle de R donne lieu à une modification concommittante de'la vitesse N du moteur. Le réglage de la. vitesse se faitsimplement par la manoeuvre d'un tout petit rhéostat R. Tout autre système déphaseur peut être appliqué.
2 ) 11 est possible d'effectuer le réglage de la vitesse, d'une manière plus simple enooreen disposant entre les bornes 1 et 2
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un potentiomètre dont le curseur est relié à la borne à (fig,b.).
Entre 1' et 2' connectés aux bornes I et 2, existe une différence de potentiel équivalente à la force contre électromotrice du moteur M, augmentée de la chute ohmique de l'armature(cette chute ohmique est en général très petite vis à vis de e.),
Entre 2' et 4', une partie, ' Vg de cette différence de potentiel est prélevée et appliquée entre la cathode 3 et la grille 4 du thyratron T.
Suivant la valeur de Vg le temps te-ta varie.
L'énergie fournie au moteur M, par le réseau au travers du tube redresseur T, varie dans chaque cycle et subséquemment, la titesse de rotation à du moteur,
C'est incontestablement le procédé le plus simple, pour adapter graduellement et manuellement la vitesse d'un moteur à un couple déterminé.
B) Moteur à vitesse constante.
En cherchant 4 obtenir un moteur à vitesse constante, quelque soit le couple, il suffit, dans la fig.5, de tracer une horizontale H d'ordonnée égale au nombre de tours 1 pour trouver comment -l'angle de phase Il/ doit varier en fonction de l'in- tensité I, du courant absorbé.
Pour réaliser ce désidérata, il suffit que la tension aux bornes du shunt s (entre les bornes 2 et 3) corrige le déphaseur d'une manière conforme au diagramme Fig 5. En première approxi- mation, la variation de l'angle de phase est proportionnelle à I dans le domaine du fonctionnement normal d'un moteur,
I) Le schéma de prinoipe ,fig.7, indique une des réalisations possibles du dispositif d'adjonction D. Ce dernier est constitué par une lampe amplificatrice L1, qui amplifie la tension qui appa- rait aux bornes de s et qui est proportionnelle au oourant absorbé par le moteur. La tension amplifiée est redressée par la lampe La et est appliquée k l'une des grilles de la lampe qui joue le rôle de résistance variable dans le déphaseur.
Ce déphaseur, à
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titre exemplatif, est constitué d'un pont , trots capacités Q identiques) dans la diagonale, se trouvent insérées la résistance variable et une bobine de self induction @ ( ce déphaseur peut être remplacé par tout autre système déphaseur). La tension déphasée vis à vis de V (bornes I et 5 ou I' et 5') est re- cueillie entre les bornes 3' et 4' qui sont respectivement reliées à 3 et4; c'est la tension Vg de grille du thyratron. B1 etB2 sont deux batteries fournissant la tension continue de plaque de L1 et la potentiation de grille L3 peuvent évidemment être remplacées par les tensions anodiques de schémasbien connus.
Dans ce procédé, à chaque cycle, le temps te-ta est approprié à sa valeur convenable.
2) Un résultat très approximativement identique est obtenu de manière beaucoup plus simple, en réalisant l'un des deux schémas suivant ,fig.8 et 8'.
7 et alimentent le primaire d'un transformateur Tr dont le secondaire est un déphaseur où la variation de phase se fait en modifiant manuellement la résistance B.
Les bornes de sortie du déphaseur I' et 4' sont respective- :nent reliées aux bornes . et 4 du schéma principal de la fig.I,
En modifiant R, on adapte la vitesse de rotation du moteur à la valeur désirée.
La régulation de la vitesse se fait, par ce procédé, en fournissant de l'énergie au moteur pendant un nombre variable de cycles par unité de temps,suivant la grandeur du couple rosis-* tant appliqué , l'arbre du moteur.
R, ayant une valeur déterminée, la phase # est fixée et te-ta est pratiquement constant, sa valeur étant fonction de
Lorsque le couple résistant augmente, l'intensité moyenne du courant absorba par le moteur augmente, la vitesse instantanée N du rotor diminue; la force contre électromotrice e diminue.
Comme la tension appliquée au tube redresseur u est égale à V-e et que V est constant (tension du réseau), u augmente, par conséquent le thyratron fonctionne avec un te-ta très peu supérieur
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à sa valeur envisagée précédemment.
Le moteur accélère, la force contre électromotrice e augmen- te, par suite, u = V - e diminue. A un moment donné, u est inférieur à la tension de fonctionnement du tube redresseur qui cesse de fonctionner,
Il résulte des variations des différentes grandeurs élec- triques envisagées, un équilibre qui fait en sorte que le moteur est soumis à une vitesse moyenne constante et indépendante de la charge de la machine. La vitesse osoille autour d'une valeur déterminée suivant la grandeur du couple résistant.
Le schéma ,fig.8, représente un potentiomètre P dérivé entre les bornes 1 et 5,; une partie de la tension V est réin- jectée dans la grille par le ourseur dont est relié à 4 et le fonctionnement est tout à fait analogue au précédent.
3) La correction pour le maintien rigoureux de la vitesse du moteur se fait également par l'injection d'une tension continue supplémentaire et proportionnelle au courant absorbé, dans le circuit de grille du thyratron.
Pour les deux cas envisagés au seoundo et corrigés, les figures 9 et 9' indiquent le procédé.
La tension aux bornes du shunt entre 2 et 3, est appliquée à la lampe-amplificatrice L1.
Dans la plaque, un transformateur alimente le circuit re- dresseur, constitué comme précédemment de la lampe diode L2, d'une capacité C et d'une résistance R.
La tension continue apparaissant aux extrémités de R est, insérée en série, soit aveo la tension d'un déphaseur, fig.9, soit avec la tension aux bornes du curseur du potentiomètre, fig.9', pour potentier la grille du thyratron(tube redresseur) connectée à 4 du circuit principal.
4) Contrôle supplémentaire de la vitesse du moteur.-Ce contrôle est réalisé de la manière suivante. Le schéma est identique à celui de la fig.7, à cela près, qu'entre les bornes 1 et 2, est
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inséré un potentiomètre P dont le ourseur potentie négativement
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et supplementairefaeut la grille de la. lampe dn déphaseur, fiç.10.
Lorsque la vitesse augmente,, e augmente et la tension ccwtinue négative supplémentaire appliquée , la grjlle de la lampe du do-ohaseur, augmente, elle tend a diminuer la vitesse du moteur,
Un réglage judicieux de la position du curseur du poten- tiomètre maintient la vitesse constants.
C) Moteur à puissance constante.
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En se reportant au diagramme,fig.5,. et y traçant comment 1 v3ïie en fonctj on d.e I pour que la. giissaT:ce W reste constante (courbe hyperbolique de la fig.11) on obtient / en fonction de N ou de 1.
Le problème c0?7S9te c0riri7e dans un des schémas précédents, varier la, résistance du déphaseur, soit la tension de grille de la lampe LS de manière 8, satisfaire1f= f (N) ou f (l).
=f(N) est donnée par la figure II (courbe hyperbolique).
Cette courbe peut, en première approxima.tion, être considérée comme constituée de deux segments de droites raccordés par une courbe.
Si la tension aux bornes de la grille de L3 est positive,
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la résistance du tube est constante, grce . la. résj St0..-l'.)1;: Ru en série avec elle,
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Lorsque cette tension devient négative, r augJ;18:r'e .
Le schéma, fig.12, donne un moyen dzarr3.v7er à, ce résultat.
-Le pot-lentjorii'ctre P, branche entre I et 3. donne la tension de grille de la lampe L1. Cette tension augmente, lorsque la vitesse du moteur augmente. L1 est une lampe amplificatrice à courant continu èt à pente variable. La pente est Modifiée par le
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Dotentjomètre Pz dérivé aux boxnes de la batterie de la plaque &.
La différence de potentiel qui existe entre la borne 2 et la plaque de h,, potentie n4gativ9nent la grille de L, ; 3 la batterie B2 en série abaisse le potentjel de la grille. Lorsque la vitesse est grande, le potentiel de la. grille de la lampe L3 équivaut à la différence entre les potentiels des batteries B1
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et B2 (mises en opposition) diminua de la chute de tension dans la résistance Rp de la plaque, il peut être positif, attendu que cette chute de tension est faible.
Lorsque la vitesse diminue, le potentiel de L3 diminue et devient négatif pour un réglage de la vitesse correspondant à la forme admise par la oourbe.
Il est à remarquer que dans les différente..' schémas expli- cités les lampes L2 peùvent être remplacées par des redresseurs secs,
Il y a lieu aussi de faire remarquer que dans tous les schémas, le shunt.! peut être remplacé par le primaire d'un petit transformateur d'intensité. Si le secondaire de ce transforma- teur est convenablement adapté,la tension secondaire, propor- tionnelle au courant primaire peut être suffisamment élevée pour permettre d'éviter l'emploi de la lampe amplificatrice L1.
Le redressement de la tension peut être obtenu par un redres- seur sec en remplacement de la lampe La, Ce montage permet le redressement d'une ou de deux alternances,
A titre exemplatif on reproduit dans le schéma ,fig.I3, selui . de la fig.IO, se rapportant au contrôle de la vitesse du moteur et modifié en tenant compte de cette substitution du shunt s par le primaire .de petit transformateur envisagé.
Dans ces conditions, le dispositif accessoire d'adjonction sera établi comme suit : Le transformateur Tr à son primaire inséré en lieu et place du shunt s (Ce transformateur Tr de même que le shunt 9 peut être placé en série en n'importe quel point du circuit principal de la fig.I) aux bornes du secondaire de ce transformateur se trouvent en série le redresseur sec 0 X et la résistance de charge R 'shuntée par la capacité C.
La partie de la tension entre et .5 prise par le curseur du poten- tiomètre P et envoyée à la grille (borne 4) du thyratron, est associée en série avec la tension continue obtenue par le re- dresseur, Une variante du dispositif d'adjonction représenté à la fig.13 et relatif au maintien de la vitesse constante d'un
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moteur, est obtenue en remplaçant le redresseur sec 0 X envisagé par un déphaseur convenablement établi,, le schéma, de la. fig.I4
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reo-r4sente cette variante, De tout ce qui procède,certaines oonaidérations suivantes ainsi que les avantagea des dispositifs d'alimentation envisagés, ressortiront de l'exposa ci-dessous.
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1) Cornme pratiouDment,llénergîe nécessaire au fonctionnement d'une électrode de oomr1ade d'un tube est extreme)B3nt petite, le dis- positif disjonction agissant sur cette Electrode,est indépendcmt de la puissance et du type du moteur,il est interchangeable.
2)La caractéristique d'un, moteur dépend soit du nombre de fois que fonctionne le tube par unité de temps,le fonctionnement étant tou- jours identique à lui-même, soit du temps de fonctionnement du re- dresseur pendant la durée d'une période. La ou les grilles de commande suivant leur potentiation instantanée ou moyenne peuvent
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déterminer, se nombre de fonct3onnements par uni té de temps ou le temps de fonctionnement par période.On peut réa113er ainsi le moteur à vitesse variable en fonction du couple suivant une loi
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imnosée à l'avance.Comme oas particuliers, on citera, entr 1 autres;
?)le moteur à couple constant et vitesse variable b)àcouple va-
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riable et à vitesse constante o). puissance constante d) intensité constante, 3)les dispositifs Poce3soîres d'adjonctions sont extrèLJ1e:nent simples, de petit volume et partant, très stables et de
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dérég19.[;e difficile, de coût peu élevé et d'entretien nul, se bornant au remplacement du tube redresseur après usure, soit normalement 10 ou 20.000 heures.
4) facilité de réglage à distance du moteur, dans l'un ou l' autre cas prévus, 5) le réglage électronique ou électrique ne comporte aucune partie en mouvement et par suite sans usure.
6) l'application du moteur d'un des types précédents à une machine-outil permet la. suppression des boites de vitesses
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mécaniques.
7) facilité de changement de marche.
8) suppression des rhéostats de démarrage et d'excitation.
9) facilité de mise en marche.
10) mise en régime extrêmement rapide.
Il) le courant de démarrage, est de par le jeu du fonctionne- ment du système, automatiquement limité, à cause du coeffi- cient de slf induction de l'armature.
12) possibilité d'adapter le système sur n'importe quel moteur à courant continu.
13) possibilité de redresser soit,une, deux ou trois phases d'un réseau triphasé pour l'alimentation du moteur y compris le dispositif d'adjonction.
14) adaptation progressive de la vitesse.
15) très grandes variations de vitesse.
En résumé, il faut considérer comme rentrant dans le cadre du domaine du présent brevet, des dispositifs pour l'ali- mentation de moteur à courant continu en alternatif, oaraoté- risés par ce qui suit:.
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"DEVICES FOR SUPPLYING A DIRECT CURRENT MOTOR IN ACTION WITH VARIABLE CHARACTERISTICS AND REGULATION OF
AUTOMATIC OR MANUAL SPEED ".
The present patent relates to devices for the supply of a direct current motor in alternating with variable characteristics and automatic or manual speed regulation and 4 to this effect, the invention provides for the supply of a motor to. direct current 4 using alternating current rectified by vacuum or gas electronic tubes and taking advantage of the presence of one or more control electrodes in the rectifier tube or tubes, to modify the characteristics of the engine, and without any modification to the main circuit, obtain electronic, electric or manual regulation by adding accessory devices, interchangeable and independent of the engine power and type.
The principle of operation of the power supply of the powered DC motor under such conditions is based on the following considerations. ,.
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The rectifier tube being for example a thyratron (mercury vapor) or other equivalent rectifier, when the anode potential reaches a determined value for a given grid potential, the arc ignites and the current passes; the grid, whatever its potential, cannot extinguish the aro once it is primed.
The extinction can only take place when the intensity of the arc current is zero, for a suitable potential of the grid. By acting on the gate potential, one modifies at will the instant of initiation ta of the arc which extinguishes itself, at the instant te which is dependent on the various electrical constants of the circuit.
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Considering the circuit represented achematics at the. fig.I, the latter comprises the following elements.
A B are the terminal terminals of an AC network at the. voltage of V volts. M is the armature of a direct current motor,
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of which the excitation is independent; is a small value resistor (shunt), 1 the thyratron tube whose. terminal 3 is the cathode, 5 ltanode and ¯4 the grid or control electrode.
Terminals I and 2 are taken from the motor brushes. In this circuit called main circuit, the motor M and the thyratron 1
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are in series. An accessory IJ adjunct device. which will include, depending on the application case, different organ8, is electrically connected to several of these terminals 1, ±., d .., .. Q. or, all, of the thyratron parI
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In the control V alternating current (see purchased fig.2) one supposes that between the terminals;
and 5 .. or insert the pr-li, inire of a very small power tran8foma.teur (a few watts) whose secondary feeds a phase shifter d, whose phase, by
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ratio 8, that of that is, to say of the alternating current of the network, can be set between zero and approximately 1800, the output terminals If and 2g of this phase-shifted voltage being combined:
It at 3 and 2 'at. <For a given phase shift, the ignition instant ta is determined,
The current I, which always passes in the direction of the arrow,
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for a time te-ta per cycle passes through the armature of the motor which, because it is in a magnetic field, due to the independent excitation, develops a motor torque determined by the resistive torque and rotates producing a back electromotive force e proportional to speed.
To modify ta is to modify te-ta, it is therefore to modify the energy supplied to the motor and the speed for a given resistive torque.
The speed control by this method amounts to varying the phase angle, which is done very simply by changing an impedance in a phase shifter.
By way of example, if the phase shifter is made, as shown in the diagram, fig. 3, of a capacitor C and a resistor in series, connected to the secondary of a transformer, it suffices to modify the resistance ± which is nothing other than a potentiometer normally used in Radio,
However, other well-known phase-shifters schemes are applicable.
The diagram in fig. 4 represents the variation of the motor torque Cm or of the current J. as a function of the time (te-ta) during which the thyratron lets the current flow. The energy supplied to the motor increases over time (te-ta).
Fig 5. represents the theoretical and experimental diagrams a, b, c, d, which express, by way of example, how N, number of revolutions per minute of the engine, varies for a constant torque 'given as a function of #, phase shift of thyratron gate voltage Vg T with respect to V, network voltage;
If one seeks to achieve, the general case of a motor, whose speed varies according to a given function of the motor torque, that is to say the intensity 1 of the current which is proportional to it, it suffices, in this diagram, fig. 5 , to transfer the values of 1 corresponding to N to the different curves a, b, c, d and thus find how @ varies, as a function of N or I.
These variations will be compensated by modifications of the resistance of the
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phase shifter ..
This resistance R can be the filament-plate space of an electron tube, the internal resistance of which is a function of the potential of the electrodes of this tube. These variations in potential take place automatically by an appropriate electrical or electronic device.
In the case of a direct current control, an adjustable direct voltage (for example a battery fitted with a potentiometer) will be applied between terminals 3 and 1. By changing the position of the cursor of the potentiometer, the gate potential of the thyratron T is consequently changed, the starting voltage, therefore the time ta. As a result, the motor speed for a given torque depends on the position of the potentiometer cursor. This potentiometer and the battery can be replaced by an electronic device or the like in order to obtain automatic regulation.
The mixed order can be realized by the combina '! not of the two systems envisaged.
This explained, the different main circuit disjunction devices considered in fig.I, making it possible to achieve: A) the variable speed motor (constant torque), B) the constant speed motor, 0) the constant power motor, will be described in the following with their mode of operation as well as their variant embodiments.
A) Voter with variable speed (constant torque).
Several devices can be envisaged, namely: I) Referring to fig. 3, the accessory addition device D is constituted by a phase shifter, any manual modification of R of which gives rise to a concomitant modification of the speed N of the motor. The setting of the. speed is achieved simply by operating a very small rheostat R. Any other phase-shifting system can be applied.
2) It is possible to adjust the speed in a simpler way enoore by placing between terminals 1 and 2
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a potentiometer whose cursor is connected to terminal à (fig, b.).
Between 1 'and 2' connected to terminals I and 2, there is a potential difference equivalent to the back electromotive force of the motor M, increased by the ohmic drop of the armature (this ohmic drop is generally very small with respect to e.),
Between 2 'and 4', part, 'Vg of this potential difference is taken and applied between cathode 3 and grid 4 of thyratron T.
Depending on the value of Vg, the time te-ta varies.
The energy supplied to the motor M, by the network through the rectifier tube T, varies in each cycle and subsequently, the speed of rotation of the motor,
This is undoubtedly the simplest method, to gradually and manually adapt the speed of an engine to a determined torque.
B) Motor at constant speed.
By seeking 4 to obtain a motor at constant speed, whatever the torque, it suffices, in fig. 5, to draw a horizontal H with ordinate equal to the number of revolutions 1 to find how - the phase angle Il / must vary according to the intensity I, the current absorbed.
To achieve this desiderata, it suffices that the voltage at the terminals of the shunt s (between terminals 2 and 3) corrects the phase shifter in a manner conforming to the diagram in Fig 5. As a first approximation, the variation of the phase angle is proportional to I in the domain of normal motor operation,
I) The basic diagram, fig. 7, indicates one of the possible embodiments of the addition device D. The latter consists of an amplifying lamp L1, which amplifies the voltage which appears at the terminals of s and which is proportional to the current absorbed by the motor. The amplified voltage is rectified by the lamp La and is applied to one of the gates of the lamp which acts as a variable resistor in the phase shifter.
This phase shifter, at
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As an example, consists of a bridge, three identical capacitances Q) in the diagonal, the variable resistor and an induction coil @ are inserted (this phase shifter can be replaced by any other phase shifter system). The phase-shifted voltage with respect to V (terminals I and 5 or I 'and 5') is collected between terminals 3 'and 4' which are respectively connected to 3 and 4; it is the thyratron gate voltage Vg. B1 and B2 are two batteries supplying the DC plate voltage of L1 and the gate potentiation L3 can obviously be replaced by the anode voltages of well known diagrams.
In this process, at each cycle, the time te-ta is appropriate to its proper value.
2) A very approximately identical result is obtained in a much simpler way, by carrying out one of the two following diagrams, fig. 8 and 8 '.
7 and feed the primary of a transformer Tr, the secondary of which is a phase shifter where the phase variation is done by manually modifying resistor B.
The output terminals of the phase shifter I 'and 4' are respectively connected to the terminals. and 4 of the main diagram of fig.I,
By modifying R, we adapt the motor rotation speed to the desired value.
The speed is regulated by this process by supplying energy to the motor for a variable number of cycles per unit of time, depending on the magnitude of the torque applied to the motor shaft.
R, having a determined value, the phase # is fixed and te-ta is practically constant, its value being a function of
When the resistive torque increases, the average intensity of the current absorbed by the motor increases, the instantaneous speed N of the rotor decreases; the back electromotive force e decreases.
As the voltage applied to the rectifier tube u is equal to V-e and V is constant (network voltage), u increases, consequently the thyratron operates with a very little higher te-ta
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at its previously envisaged value.
The motor accelerates, the back electromotive force e increases, consequently, u = V - e decreases. At a given moment, u is lower than the operating voltage of the rectifier tube which stops working,
This results from the variations of the various electrical quantities considered, a balance which ensures that the motor is subjected to a constant average speed and independent of the load of the machine. The speed oscillates around a value determined according to the magnitude of the resistive torque.
The diagram, fig.8, represents a potentiometer P derived between terminals 1 and 5 ,; part of the voltage V is re-injected into the grid by the bearer of which is connected to 4 and the operation is quite similar to the previous one.
3) The correction for the rigorous maintenance of the speed of the motor is also made by the injection of an additional direct voltage and proportional to the absorbed current, in the grid circuit of the thyratron.
For the two cases considered in seoundo and corrected, FIGS. 9 and 9 'indicate the process.
The voltage across the shunt between 2 and 3 is applied to the amplifier-lamp L1.
In the plate, a transformer supplies the rectifier circuit, consisting as previously of the diode lamp L2, with a capacitance C and a resistor R.
The direct voltage appearing at the ends of R is, inserted in series, either with the voltage of a phase shifter, fig. 9, or with the voltage at the terminals of the potentiometer cursor, fig. 9 ', to potentiate the thyratron grid ( rectifier tube) connected to 4 of the main circuit.
4) Additional motor speed control-This check is carried out as follows. The diagram is identical to that of fig. 7, except that between terminals 1 and 2, is
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inserted a potentiometer P whose bearer potentie negatively
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and furthermore the grid of the. phase shifter lamp, fiç. 10.
As the speed increases, and increases and the additional negative DC voltage applied, the output of the phase lamp increases, it tends to decrease the speed of the motor.
Careful adjustment of the potentiometer cursor position keeps the speed constant.
C) Motor at constant power.
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Referring to the diagram, fig. 5 ,. and plotting how 1 v3ïie in function of d.e I so that the. giissaT: this W remains constant (hyperbolic curve in fig. 11) we obtain / as a function of N or 1.
The problem c0? 7S9te c0riri7e in one of the preceding diagrams, varying the resistance of the phase shifter, or the gate voltage of the lamp LS so as to satisfy 1f = f (N) or f (l).
= f (N) is given by Figure II (hyperbolic curve).
This curve can, as a first approxima.tion, be considered as consisting of two segments of straight lines connected by a curve.
If the voltage across the gate of L3 is positive,
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the resistance of the tube is constant, thanks. the. resj St0 ..- l '.) 1 ;: Ru in series with it,
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When this voltage becomes negative, r augJ; 18: r'e.
The diagram, fig.12, gives a way dzarr3.v7er to, this result.
-The pot-lentjorii'ctre P, branch between I and 3. gives the grid voltage of the lamp L1. This voltage increases when the motor speed increases. L1 is a direct current and variable slope amplifier lamp. The slope is modified by the
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Dotentjometer Pz derived from the battery boxes of the plate &.
The potential difference which exists between terminal 2 and the plate of h ,, potentially negates the gate of L,; 3 the battery B2 in series lowers the potentjel of the grid. When the speed is great, the potential of the. lamp grid L3 is equivalent to the difference between the potentials of batteries B1
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and B2 (put in opposition) decreased by the voltage drop in the resistance Rp of the plate, it can be positive, since this voltage drop is small.
When the speed decreases, the potential of L3 decreases and becomes negative for a speed setting corresponding to the shape admitted by the curve.
It should be noted that in the different ... 'diagrams explained the L2 lamps can be replaced by dry rectifiers,
It should also be noted that in all the diagrams, the shunt.! can be replaced by the primary of a small current transformer. If the secondary of this transformer is suitably matched, the secondary voltage, proportional to the primary current, can be high enough to make it possible to avoid the use of the amplifier lamp L1.
The voltage rectification can be obtained by a dry rectifier replacing the lamp La, This assembly allows the rectification of one or two half-waves,
By way of example, the diagram shows fig.I3, selui. of fig.IO, relating to the control of the speed of the motor and modified taking into account this substitution of the shunt s by the primary of the small transformer envisaged.
Under these conditions, the additional accessory device will be established as follows: The transformer Tr at its primary inserted in place of the shunt s (This transformer Tr as well as the shunt 9 can be placed in series at any point of the main circuit in fig. I) at the terminals of the secondary of this transformer are in series the dry rectifier 0 X and the load resistor R 'shunted by the capacitor C.
The part of the voltage between and .5 taken by the cursor of the potentiometer P and sent to the gate (terminal 4) of the thyratron, is associated in series with the direct voltage obtained by the rectifier, A variant of the device d 'addition shown in fig. 13 and relating to maintaining the constant speed of a
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motor, is obtained by replacing the dry rectifier 0 X envisaged by a suitably established phase shifter ,, the diagram of. fig.I4
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reo-r4sente this variant, From all that proceeds, certain following oonaidérations as well as the advantages of the power supply devices envisaged, will emerge from the discussion below.
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1) As practically, the energy necessary for the operation of an electrode for the expansion of a tube is extreme) B3nt small, the disjunction device acting on this electrode, is independent of the power and the type of the motor, it is interchangeable.
2) The characteristic of a motor depends either on the number of times the tube operates per unit of time, the operation always being identical to itself, or on the operating time of the straightener during the period of time. a period. The control grid (s) according to their instantaneous or average potentiation can
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determine whether the number of operations per unit of time or the operating time per period. The variable speed motor can thus be reset as a function of the torque according to a law
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imnosed in advance. As particular cases, one will quote, among 1 others;
?) the motor with constant torque and variable speed b) with torque
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smooth and at constant speed o). constant power d) constant intensity, 3) the additional Poce3soîres devices are extremely simple, small in volume and therefore very stable and
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dereg19. [; e difficult, inexpensive and zero maintenance, limited to replacing the straightening tube after wear, normally 10 or 20,000 hours.
4) ease of remote adjustment of the motor, in either case provided, 5) the electronic or electrical adjustment has no moving part and therefore no wear.
6) the application of the motor of one of the preceding types to a machine tool allows the. removal of gearboxes
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mechanical.
7) ease of shifting.
8) elimination of starting and excitation rheostats.
9) ease of start-up.
10) extremely fast warm-up.
II) the starting current is automatically limited by the play of the system, due to the slf induction coefficient of the armature.
12) possibility of adapting the system to any direct current motor.
13) possibility of rectifying either one, two or three phases of a three-phase network for supplying the motor including the addition device.
14) gradual speed adaptation.
15) very large variations in speed.
In summary, it is necessary to consider as coming within the scope of the present patent, devices for the supply of AC motors, characterized by the following :.