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"Dispositif pour l'affaiblissement automatique du champ de moteurs alimentés par une tension constante"
Pour la commande électrique de véhicules, grues et treuils électriques, et analogues, on utilise en général un moteur-série.
Afin d'atteindre des nombres de tours plus élevés pour un moment de torsion déterminé, le bobinage-série d'excitation est shunté ou pourvu de prises de soutirage. Dans le cas d'un haut degré de shuntage et d'un grand nombre de moteurs, ce genre d'affaiblissement de champ exige toutefois une consommation d'appareils et de résistances, et donne également lieu à des pertes sensibles. De plus, de grandes surcharges se produisent en cas de fort shuntage.
Le mode de fonctionnement de ces types connus d'excitation résulte des courbes montrées en Fig. 1, dans laquelle aussi bien les ordonnées (tension, nombre de tours et moment de torsion) que les
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abscisses (courant) sont indiquées en pourcents.
La courbe 1 de la Fig. 1 représente le nombre de tours et la courbe 2 le moment de torsion, en fonction du courant, pour un moteur-serie pur alimenté à tension constante. Lorsque le bobinage-série est shunté, le nombre de tours évolue suivant la courbe 3 et le moment de torsion suivant la courbe 4. Mais si l'on remplace par exemple 60% du bobinage-série par un bobinage en dérivation, on obtient la courbe 5 pour le nombre de tours.
La présente invention concerne un affaiblissement automatique du champ de moteurs alimentés par une tension constante, dans lequel, selon l'invention, le réglagésiré du nombre de tours est obtenu grâce au fait que le moteur est non seulement pourvu d'un bobinage-serie d'excitation, mais encore d'un bobinage régulateur qui est réglé automatiquement en fonction du courant du moteur, de telle façon que le champ du moteur soit affaibli lorsque le courant diminue.
Par l'affaiblissement de champ au moyen d'un bobinage régulateur selon l'invention, il est maintenant sans plus possible de rendre le réglage du nombre de tours complètement automatique de la manière désirée, contrairement à ce qui est le cas dans les dispositifs non automatiques connus pour l'affaiblissement du champ.
Quelques exemples d'exécution de l'invention sont illustrés schématiquement dans les Figs. 2-5 du dessin annexé.
En Fig. 2, 20 désigne un moteur à courant continu qui est alimenté par une tension constante depuis le réseau 21. Ce moteur 20 est pourvu d'un bobinage-série d'excitation 22 et comporte, en outre, un bobinage d'excitation additionnel réglable 23, appelé bobinage régulateur. Ce bobinage régulateur 23 est reglé en fonction du courant du moteur au moyen d'un régulateur 24 à secteur circulaire, et est connecté au centre du rhéostat ou résistance de régulateur 25,de sorte que l'on peut effectuer le reglage dans le sens positif et dans le sens négatif. La résistance de régulateur
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25 est montée en parallèle avec le moteur 20 par l'intermédiaire d'une résistance réglable 26, tandis que 27 désigne le bobinage d'excitation du régulateur, qui est alimenté par le courant du moteur a l'intervention du shunt 28.
Par la résistance réglable 26, il est possible de soutirer, pour le régulateur, une tension arbitrairement plus faible que la tension aux bornes du moteur.
Cette résistance de régulateur peut aussi être raccordée directement aux bornes du moteur ou à une source de courant étrangère.
Ce dispositif fonctionne comme suit.
Lorsque le courant croit au-delà du courant permanent (100%), le régulateur 24 se trouve dans sa position extrême, notamment de telle façon que l'effet du bobinage régulateur 23 soutient l'action du bobinage-serie d'excitation 22. Mais dès que la charge du moteur 20 diminue, le courant décroît dans le bobinage de régulateur 27, par exemple à environ 50%, après quoi le régulateur 24 entra en action et diminue le courant dans le bobinage d'excitation additionnel 23, tandis que, dès que le centre du rhéostat 25 est dépassé, le sens du courant est inversé dans le bobinage 23. De ce fait on obtient, pour des courants élevés, pratiquement une évolution du nombre de tours comme dans le cas d'un moteur-série pur, et c'est seulement aux faibles courants que le nombre de tours est réglé automatiquement suivant la courbe 8.
Dans les cas où la puissance du bobinage régulateur est trop grande pour le régulateur, on peut utiliser un dispositif tel qu'illustré'en Fig. 3. Dans ce cas on intercale, entre le bobinage régulateur 23 du moteur-série 20 et le rhéostat 30, une machine d'excitation intermédiaire ou régulatrice 31, qui est actionnée par un moteur auxiliaire 32. Ce moteur 32 est alimenté. par une source de courant constant 33, et le rhéostat 30 est également connecté à cette source de courant 33. Il va de soi que, tout comme dans le dispositif selon Fig. 2, la résistance de régulateur 30 pourrait être raccordée à la tension du réseau 21.
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Dans la disposition suivant Fig. 3, le bobinage d'excitation 34 de la machine régulatrice 31 est influencé par le régulateur 24 en fonction du courant du moteur principal. Grâce à la prise médiane au rhéostat 30, le courant dans le bobinage d'excitation 64 est réglé positivement et négativement. Par l'excitateur intermédiaire 31, le courant dans le bobinage régulateur 23 du moteur 20 est également influencé d'une façon correspondante; c'est-à-dire qu'aux courants élevés du moteur, le bobinage régulateur 23 agit dans le sens du renforcement du champ, tandis qu' aux faibles courants, le sens du courant est inversé dans le bobinage et agit dans le sens de l'affaiblissement du champ, de sorte que l'on obtient par exemple de nouveau une évolution du nombre de tours suivant la courbe 8.
Le régulateur utilisé dans les deux exemples d'exécution déjà décrits pour l'affaiblissement automatique du champ peut également être remplacé par un excitateur intermédiaire ou machine régulatrice, tel que montré dans la disposition selon Fig. 4. Cette machine régulatrice 41, qui alimente le bobinage d'excitation additionnel 23 du moteur 20, est accouplée rigidement à un moteur auxiliaire 42 et est pourvue de deux bobinages d'excitation 43 et 44. Le premier bobinage 43 est excité en fonction du courant principal par l'intermédiaire d'une résistance 45, tandis que l'autre bobinage 44 est un bobinage de contre-excitation constant, qui est connecté à la tension aux bornes du moteur 20.
Ce bobinage de contre-excitation 44 peut évidemment être tout aussi bien connecté à la tension du réseau 21 par l'intermédiaire d'une resistance parallèle, ou être alimenté par n'importe quelle autre source de tension constante. Le fonctionnement de ce dispositif est basé sur le fait que le bobinage d'excitation 43 a seulement des dimensions telles qu'aux courants alevés l'excitation de ce bobinage 43 dépasse celle du bobinage de contre-excitation 44, de sorte. que le bobinage régulateur 23 agit dans le sens du renforcement
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du champ. Lorsque le courant du moteur décroît, au contraire, l'effet du bobinage d'excitation 43 diminue jusqu'à ce que finalement un point soit atteint où la contre-excitation du bobinage 44 prédomine, de sorte que le sens du courant dans le bobinage régulateur 23 est inverse.
On obtient donc un affaiblissement automatique du champ lorsque le courant du moteur diminue, qui donne lieu à une évolution du nombre de tours conformément à la courbe 9. Cette courbe 9 s'écarte quelque peu de la courbe 8, parce que dans le cas d'un réglage par une machine régulatrice au lieu d'un régulateur, le réglage ne comporte pas de positions limites, tel que c'est le cas pour un régulateur à secteur circulaire.
La Fig. b montre une autre possibilité de réalisation de l'invention, qui se distingue de celle selon Fig. 4 par le fait que la machine régulatrice 41 pour le réglage du bobinage d'excitation additionnel du moteur 20 travaille en série avec une tension constante de réseau auxiliaire 46. Dans ce cas, la machine régulatrice 41 est seulement pourvue d'un bobinage d'excitation unique 43 qui est excité en fonction du courant de, moteur. En cas de fort courant du moteur, la machine régulatrice 41 est excitée fortement et fournit une tension plus élevée que la tension de réseau auxiliaire 46. Le bobinage régulateur 23 est alors couplé de telle façon que le bobinage-serie 22 du moteur d'entraînement 20 est soutenu par le bobinage cité en premier lieu.
Si toutefois le courant du moteur décroît, la tension de la machine regulatrice 41 diminue également, et le courant dans le bobinage 23 devient de nouveau plus faible, pour finalement changer de sens et agir dans le sens de l'affaiblissement du champ. De cette façon, on obtient de nouveau une évolution du nombre de tours suivant la courbe 9.
Si l'on désire obtenir, au moyen des dispositifs selon Figs.
4 et 5, une évolution du nombre suivant la courbe 8 au lieu de la courbe 9, cela peut se réaliser si le bobinage d'excitation 43 de la machine régulatrice 41 est commandé par un régulateur, notamment
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en fonction du courant du moteur.
Tous les exemples d'exécution qui ont été décrits sont très avantageux lorsque plusieurs moteurs doivent travailler en parallèle, puisqu'un seul régulateur permet de contr8ler la puissance de tous les bobinages régulateurs. Les bobinages régulateurs peuvent alors être montés en série ou en parallèle. Par ailleurs, le réglage du nombre de tours peut chaque fois être établi de telle façon que le bobinage régulateur entre en action à un moment voulu quelconque, ou que l'affaiblissement du champ est amorcé lorsque le courant du moteur atteint une valeur voulue quelconque.
Le bobinage régulateur est réparti sur un ou plusieurs pôles, ces pôles pouvant porter le bobinage régulateur seul ou en même temps aussi le bobinage-série d'excitation du moteur. Dans le cas d'une machine à quatre pôles, il est par exemple possible d'appliquer le bobinage régulateur sur un des pôles, tandis que le bobinagesérie est réparti sur les trois autres pôles.
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif pour régler automatiquement l'affaiblissement du champ de moteurs électriques alimentés par une tension constante, caractérisé en ce que le moteur est non seulement pourvu d'un bobinage-série d'excitation, mais aussi d'un bobinage régulateur qui est réglé automatiquement en fonction du courant du moteur, de telle façon que lhamp du moteur soit affaibli lorsque le courant diminue.
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"Device for the automatic weakening of the field of motors supplied by a constant voltage"
For the electrical control of electric vehicles, cranes and winches, and the like, a series motor is generally used.
In order to achieve higher numbers of turns for a determined torque, the excitation series winding is shunted or provided with tapping taps. In the case of a high degree of bypassing and a large number of motors, this kind of field weakening, however, requires consumption of devices and resistors, and also gives rise to significant losses. In addition, large overloads occur in the event of a strong shunt.
The mode of operation of these known types of excitation results from the curves shown in FIG. 1, in which both the ordinates (tension, number of turns and torque) and the
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abscissa (current) are indicated in percent.
Curve 1 in FIG. 1 represents the number of revolutions and curve 2 the torque, as a function of the current, for a pure series motor supplied at constant voltage. When the series winding is shunted, the number of turns changes according to curve 3 and the torque according to curve 4. But if we replace for example 60% of the series winding by a shunt winding, we obtain the curve 5 for the number of turns.
The present invention relates to an automatic weakening of the field of motors supplied by a constant voltage, in which, according to the invention, the adjustment of the number of revolutions is obtained thanks to the fact that the motor is not only provided with a series winding. excitation, but also of a regulating winding which is automatically adjusted according to the motor current, so that the motor field is weakened when the current decreases.
By means of the field weakening by means of a regulating winding according to the invention, it is now no longer possible to make the adjustment of the number of revolutions completely automatic in the desired manner, unlike in the case of devices not automatic known for field weakening.
Some examples of execution of the invention are schematically illustrated in Figs. 2-5 of the accompanying drawing.
In Fig. 2, 20 designates a direct current motor which is supplied by a constant voltage from the network 21. This motor 20 is provided with an excitation series winding 22 and further comprises an additional adjustable excitation winding 23 , called the regulator winding. This regulator winding 23 is adjusted as a function of the motor current by means of a regulator 24 with a circular sector, and is connected to the center of the rheostat or regulator resistor 25, so that the adjustment can be carried out in the positive direction. and in the negative sense. Regulator resistance
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25 is mounted in parallel with the motor 20 by means of an adjustable resistor 26, while 27 designates the excitation winding of the regulator, which is supplied by the motor current through the intervention of the shunt 28.
By means of the adjustable resistor 26, it is possible to draw, for the regulator, a voltage arbitrarily lower than the voltage at the terminals of the motor.
This regulator resistor can also be connected directly to the motor terminals or to a foreign current source.
This device works as follows.
When the current increases beyond the permanent current (100%), the regulator 24 is in its extreme position, in particular such that the effect of the regulator winding 23 supports the action of the excitation series winding 22. But as soon as the load of the motor 20 decreases, the current decreases in the regulator winding 27, for example to about 50%, after which the regulator 24 kicks in and decreases the current in the additional excitation winding 23, while , as soon as the center of the rheostat 25 is exceeded, the direction of the current is reversed in the winding 23. As a result, for high currents, practically a change in the number of revolutions is obtained, as in the case of a series motor pure, and it is only at low currents that the number of turns is automatically adjusted according to curve 8.
In cases where the power of the regulator winding is too great for the regulator, a device as illustrated in Fig. 3. In this case is interposed between the regulator winding 23 of the series motor 20 and the rheostat 30, an intermediate or regulating excitation machine 31, which is actuated by an auxiliary motor 32. This motor 32 is supplied. by a constant current source 33, and the rheostat 30 is also connected to this current source 33. It goes without saying that, just as in the device according to FIG. 2, the regulator resistor 30 could be connected to the mains voltage 21.
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In the arrangement according to Fig. 3, the excitation winding 34 of the regulating machine 31 is influenced by the regulator 24 depending on the current of the main motor. By virtue of the center tap at the rheostat 30, the current in the excitation winding 64 is adjusted positively and negatively. Via the intermediate exciter 31, the current in the regulator winding 23 of the motor 20 is also influenced in a corresponding way; that is, at high motor currents the regulator winding 23 acts in the direction of field strengthening, while at low currents the direction of current is reversed in the winding and acts in the direction of the weakening of the field, so that one again obtains, for example, a change in the number of revolutions following curve 8.
The regulator used in the two examples of execution already described for the automatic weakening of the field can also be replaced by an intermediate exciter or regulating machine, as shown in the arrangement according to FIG. 4. This regulating machine 41, which supplies the additional excitation winding 23 of the motor 20, is rigidly coupled to an auxiliary motor 42 and is provided with two excitation windings 43 and 44. The first winding 43 is energized as a function of the main current through a resistor 45, while the other winding 44 is a constant counterexcitation winding, which is connected to the voltage across the motor 20.
This counterexcitation winding 44 can obviously be just as easily connected to the voltage of the network 21 via a parallel resistor, or be supplied by any other constant voltage source. The operation of this device is based on the fact that the excitation winding 43 only has dimensions such that at high currents the excitation of this winding 43 exceeds that of the counter-excitation winding 44, so. that the regulator winding 23 acts in the direction of reinforcement
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of the field. When the motor current decreases, on the contrary, the effect of the excitation winding 43 decreases until finally a point is reached where the counterexcitation of the winding 44 predominates, so that the direction of the current in the winding regulator 23 is reversed.
We therefore obtain an automatic weakening of the field when the motor current decreases, which gives rise to a change in the number of revolutions in accordance with curve 9. This curve 9 deviates somewhat from curve 8, because in the case of An adjustment by a regulating machine instead of a regulator, the regulation does not include limit positions, as is the case for a regulator with a circular sector.
Fig. b shows another possible embodiment of the invention, which differs from that according to FIG. 4 by the fact that the regulating machine 41 for adjusting the additional excitation winding of the motor 20 works in series with a constant auxiliary network voltage 46. In this case, the regulating machine 41 is only provided with a winding of single excitation 43 which is excited as a function of the motor current. In the event of a strong motor current, the regulating machine 41 is strongly excited and supplies a voltage higher than the auxiliary mains voltage 46. The regulator winding 23 is then coupled in such a way that the series winding 22 of the drive motor 20 is supported by the coil mentioned first.
If, however, the motor current decreases, the voltage of the regulating machine 41 also decreases, and the current in the winding 23 again becomes weaker, to finally change direction and act in the direction of the weakening of the field. In this way, we again obtain an evolution of the number of turns following curve 9.
If it is desired to obtain, by means of the devices according to Figs.
4 and 5, an evolution of the number following curve 8 instead of curve 9, this can be achieved if the excitation coil 43 of the regulating machine 41 is controlled by a regulator, in particular
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depending on the motor current.
All the embodiments which have been described are very advantageous when several motors have to work in parallel, since a single regulator makes it possible to control the power of all the regulator coils. The regulator windings can then be connected in series or in parallel. Furthermore, the regulation of the number of revolutions can each time be established so that the regulator winding comes into action at any desired time, or that the weakening of the field is initiated when the motor current reaches any desired value.
The regulator winding is distributed over one or more poles, these poles being able to carry the regulator winding alone or at the same time also the series winding for excitation of the motor. In the case of a four-pole machine, it is for example possible to apply the regulator winding to one of the poles, while the series winding is distributed over the other three poles.
CLAIMS.
1 - Device for automatically adjusting the weakening of the field of electric motors supplied by a constant voltage, characterized in that the motor is not only provided with an excitation series winding, but also with a regulating winding which is regulated automatically according to the motor current, so that the motor field is weakened when the current decreases.