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TERFECTEONNEMESTE AUX EEGULABBOES DE VITESSE.
La présente invention concerne les appareils régulateurs et, plus particu- lièrement, les régulateurs de vitesse des machines motrices, telles que : les mo- teurs à combustion interne, les turbines, et machines du même genre. L'invention est particulièrement applicable aux systèmes moteur à gaz-génératrice électrique, ou Diesel-génératrice électrique, utilisés sur des locomotives et automotrices élec- triques.
De tels systèmes comportent un moteur Diesel ou tout autre moteur à combus- tion interne, destiné à entraîner une génératrice, dont l'énergie est fournie à un ou plusieurs moteurs de traction. Un tel système est soumis,, de par son utilisation à des variations de puissance importantes et soudaines, suivant les variatiens de lharge sur les moteurs de traction, lors de l'accélération, du freinage, de la
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marche en :
roue libre et de l'inversion de marche, De telles conditions variables de fonctionnement, ajoutées au fait que le système électrique d'un tel véhicule a approximativement la même puissance que le groupe moteur-géné rateur, rendent parti- culièrement facile, et en même temps particulièrement dangereux, de surcharger le moteur, ou de le faire fonctionner à charge réduite. On a reconnu depuis longtemps la nécessité d'un système et d'un appareil perfectionnés de régulation. pour mainte- nir la vitesse du moteur sensiblement constante dans de telles conditions de charges variant rapidement et dans de grandes limites*
La présente invention a pour objet un régulateur de groupe moteur-généra- teur, capable de suivre rapidement des variations rapides et Importantes de la char- ge dudit groupe.
En outre, des moyens sont prévus pour stabiliser ce régulateur, de manière qu'il ne dépasse pas le point de réglage, pour éviter tout pompage de l'ap- pareil* L'invention sera décrite, à titre d'exemple non limitatif, à propos d'un système de propulsion pour véhicule comportant un groupe électrogène constitué par un moteur à gaz ou Diesel et une génératrice électrique; le régulateur de l'inven- tion s'est révélé entièrement satisfaisant avec un tel système de propulsion.
Les dispositions de réalisations qui seront décrites à propos de cet exem- ple devront être considérées coma faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien être utilisées sans sortir du cadre de celle-ci,
La Fig.1 du dessin annexé est un schéma d'un système producteur d'énergie électrique, et mettant en oeuvre la présente invention.
Les Fig.2, 3, 4 sont des schémas de diverses variantes du régulateur de la Fig. 1,
En se reportant Fig.1, on voit que le système de propulsion du véhicule comprend un moteur 10, du type à combustion interne, commandant par un arbre 11, une génératrice principale 12 et son excitatrice 13. Un circuit de charge pour l'Induit 12a de la génératrice est constitué par les circuits d'induits et d'exci- tation de deux moteurs électriques de traction 16 & 17. Le circuit de charge en question comprend un interrupteur de ligne 22, qui peut, si on le désire, être ac- tionné par tout dispositif de commande électromagnétique approprié.
Bien entendu, la représentation de deux moteurs de traction 16 & 17 est purement schématique, et chaque moteur représenté peut correspondre à un seul moteur ou à un groupe de mo- teurs, disposés en série ou en parallèle,,dans le circuit*
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On sait que, dans un moteur à combustion interne du type envisagé, la puissance disponible en chevaux est fonction de la vitesse. Ainsi, avec une vitesse du moteur maintenue sensiblement constante par le régulateur, la puissance disponi- @ ble à pleine admission est sensiblement fixe, tandis que la puissance réelle fournie peut être plus faible, suivant la charge sur les moteurs de traction et l'ouverture de l'admission.
Comme on le voit sur les dessins, le moteur 10 est muni d'un carburateur à plusieurs chambres ayant plusieurs gicleurs fixes de ralenti, dans une chambre 25 et plusieurs gicleurs variables de marche dans une chambre 25a. Les gicleurs va- riables sont alimentés par une conduite 23 d'amenée de combustible et sont contr8- lés par une valve et son levier 26. Les gicleurs fixes sont alimentés par une autre conduite 23a d'amenée de combustible, munie d'une valve de fermeture 24, maintenue normalement ouverte.
Le levier 26 est soumis à l'action d'un ressort de tension 27 vers la position correspondant au ralenti, la valve étant complètement fermée; ce levier 26 est relié par une tige 28, à un mécanisme de renvoi 29, vers un servo-mo- teur régulateur 30 à fluide sous pression, Le servo-moteur 30 est contrôlé par un appareil sensible à la vitesse et comportant une génératrice tachymêtrique 31, en- traînée par le moteur, et une pédale 32. Cette pédale détermine le réglage de la vitesse dudit appareil et celui-ci contrôle le servo-moteur, pour maintenir sensi- blement constante la vitesse du moteur 10 à la valve désirée. Cette pédale'32 est sollicitée par l'action d'un ressort 32a, vers la position pour laquelle le régula- teur est réglé pour la marche au ralenti.
Le servo-moteur 30 comprend un moteur réversible à fluide sous pression 30a et une valve de contrôle 30b pour le fluide, Ce moteur 30a comporte un piston 33 à mouvement alternatif, et il est relié par des conduites d'arrivée et de sortie à la valve de commande 30b. Cette dernière est constituée par une valve à pistons 34, comportant trois pistons valves espacés 35, 36, 37, et sollicitée vers le haut par un ressort de compression 34a.
La valve à pistons 34 est connectée en vue de son mouvement vers le bas, à l'encontre du ressort 34a, à un aimant plongeur 38 ayant un enroulement principal de commande 39 et un enroulement amortisseur de sta- bilisaion 40. Le piston moteur 33 fait déplacer longitudinalement une crémaillère 41 qui engrène avec un pignon 42, monté sur un arbre 43 du régulateur. Un fluide approprié sous pression, par exemple de l'huile provenant du système de graissage (non représenté) du moteur 10, est fournie au servo-moteur 30, par une conduite d'arrivée 44, et elle est expulsée du moteur 30 par une conduite de sortie 45.
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L'arbre 43 du régulateur entraîne par des pignons appropriés 46, 47, 48, deux potentiomètres 49 & 50. Leur rôle sera expliqué en détail plus loin. Cet ar- bre 43 est également fixé rigidement à un bras 51, relié de manière souple, comme par un ressort de tension 52, à un second bras 53, monté avec jeu sur l'arbre 43.
La tige d'admission 28 est connectée au bras 53. Ce dernier, et par conséquent, le levier 26 de la valve d'admission peuvent se déplacer entre des limites prédétermi- nées, fixées par une butée de ralenti 54 et une butée de pleine admission 55. Le bras 51, qui est fixé à l'arbre 43, n'est pas limité dans son mouvement par la butée 55 de pleine admission, et il peut ainsi dépasser d'un certain angle la position de pleine admission de l'arbre 43. Pendant un tel dépassement, le ressort 52 se tend entre les bras 51 & 53 et les potentiomètres 49 & 50 continuent à se mouvoir avec l'arbre 43. Le potentiomètre 49 comporte une partie sans résistances, pour laquelle il ne provoque aucune variation de tension sur son curseur 49a.
Ce dernier parcourt cette partie sans résistances pendant toute l'étendue du mouvement de contrôle de la valve d'admission, effectué par l'arbre 43, et il ne parcourt les résistances de son potentiomètre que pendant le dépassement de l'arbre 43 par rapport au bras 53.
La commande principale du mécanisme du régulateur est produite par la géné- ratrice tachymétrique 31 et l'enroulement 39 de contrôle du servo-moteur, cette gé- nératrice 31 étant connectée pour fournir à cet enroulement 39 une tension propor- tionnelle à la vitesse du moteur 10. La génératrice 31 a été représentée sous forme d'une magnéto triphasée, fournissant du courant à un redresseur 56 pour les deux al- ternances, et à l'enroulement de commande 39, par l'intermédiaire de plusieurs rhéos tats 57, 58, 59 placé en série. Le rhéostat 59 est commandé par la pédale 32, de manière appropriée, afin de déterminer le réglage de vitesse du régulateur, à la volonté de l'opérateur.
Pour disposer d'un réglage de vitesse maximum, on relie un quatrième rhéostat 60 aux bornes de sortie du redresseur 56. Un condensateur 61 est relié en parallèle avec les rhéostats 57, 58 & 59, pour contr8ler l'alimentation de l'enroulement de commande 39 suivant les variations de la vitesse du moteur et la position de la pédale 32. Ce condensateur 61 sert à retarder l'action de la varia- tion effective de la position de la pédale, par rapport au solénoide 38 du régula- teur, et à augmenter la rapidité avec laquelle le solénoïde 38 répond aux variations de la vitesse du moteur. Le rhéostat 57 détermine la vitesse de fonctionnement mi- nimum et il est prévu pour être shunté par les contacts narmalement fermés d'un in- terrupteur 62, dont un contact est à la masse.
Cet interrupteur est normalement fer
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et il est ouvert à la main par l'opérateur, après que le moteur 10 a été mis en marche et avant que le véhicule ne soit mis en mouvement. De cette manière, le rhéostat 58 contrôle la vitesse au ralenti du moteur et le rhéostat 57 contrôle sa vitesse minimum de fonctionnement. Le,but de cette vitesse minimum est de prévoir une puissance convenable pour le freinage et la commande, même si la pédale 32 a été relâchée.
L'enroulement amortisseur ou stabilisateur 40 fonctionne en coopérant avec l'enroulement 39 de commande, pour contrbler le servo-moteur 30, et il est relié par le condensateur 67 et une résistance 67a entre une borne et le curseur du potes tiomètre 50, que l'arbre 43 du régulateur fait tourner. Ce potentiomètre est con- necté à la masse par une de ses bornes, et son autre borne est reliée au pôle posi- tif d'une source appropriée de courant unidirectionnel, telle qu'une batterie 63.
Celle-ci est reliée par un interrupteur 64 au fil positif B, et le potentiomètre 50 est relié au fil B par un interrupteur à main 66. Le condensateur 67 du circuit de l'enroulement de stabilisation 40, rend cet enroulement 40 sensible uniquement aux variations de réglage du potentiomètre 50, produites par le mouvement du piston 33 actionné par l'huile sous pression. Le courant amortisseur ou de stabilisation ainsi produit est d'amplitude proportionnelle à la vitesse du piston 33, L'enrou- lement stabilisateur 40 est prévu de telle sorte qu'il s'oppose momentanément à tout mouvement de la valve à pistons 34 lors d'une variation dans l'alimentation de l'enroulement de commande 39.
Par conséquent, l'enroulement 40 s'oppose aux dépas- sements et diminue la tendance au pompage du régulateur.
L'enroulement stabilisateur 40 est shunté par un dispositif conducteur uni- directionnel non linéaire, tel qu'un redresseur 68. La tension, qui détermine le passage du courant dens le sens conducteur, est telle qu'elle ne correspond pas à un shuntage appréciable de l'enroulement 40, pour des courants normaux de stabili- sation, dans les deux sens. Toutefois, au cas où la charge du moteur tomberait très soudainement, comme à la suite d'une coupure dans le circuit de traction, un très grand courant transitoire aurait tendance à passer dans l'enroulement 40, dans un sens qui s'oppose aux flux rapidement croissant de l'enroulement 39. Dans ces conditions, l'enroulement 39 tend à réduire la vitesse du moteur.
Il est évi- demment désirable de réduire la vitesse du moteur aussi rapidement que possible, lorsque sa vitesse tend à augmenter ainsi très rapidement. Il est donc désirable à ce moment, de se débarrasser de la tendance d'opposition de l'enroulement 40. Le redresseur 68 fonctionne pour une très rapide augmentation de vitesse du moteur,
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pour shunter l'enroulement 40, et éliminer ainsi son effet stabilisateur normal.
Pour démarrer et arrêter le moteur à combustion interne 10, on prévoit deux boutons poussoirs 70 & 71 et un démarreur 69, relié à l'arbre 11 du moteur. Le bou- ton 71 sert au démarrage et comporte deux contacts normalement ouverts 72 & 73 ; quand on appuie sur se bouton, le contact 72 ferme un circuit d'alimentation de l'enroule- ment de commande d'un contacteur de démarrage 75. Ce circuit part du fil + B, tra- verse l'interrupteur à main 66, le contact 72, l'enroulement 74 et revient à la masse.
Lorsque le contacteur de démarrage 75 se soulève, il ferme ses contacts 76 pour fermer un circuit d'alimentation partant du fil B et traversant le démarreur 69. pendant le démarrage, 1'interrupteur de démarrage 71 ferme aussi le contact 73 pour connecter momentanément l'enroulement stabilisateur 40 du régulateur directe- ment aux bornes de la batterie 63. On remarquera que, lorsque le moteur est arrête, l'huile de graissage du moteur dans la conduite 44 est à une pression nulle, la valve à pistons 34 étani maintenue dans la position supérieure de son déplacement par le ressort 34a, le levier 26 de la valve d'admission, l'arbre 43 du régulateur et le pis- tant 33 étant maintenus par le ressort 27 à leur position de ralenti.
L'alimentation momentanée de l'enroulement 40 par la batterie, pendant le démarrage du moteur, dé- place vers le bas la valve 34 du servo-moteur 30, malgré la résistance du ressort 34a afin de s'assurer que le piston 33 et le mécanisme de commande de la valve d'admission qui y est relié, restent bien dans leur position au ralenti. Sans cette action de déplacement vers le bas de la valve à pistons 34, la pression, créée dans le système de graissage à huile pendant le démarrage du moteur, fournirait de l'huile sous pres- sion entre les valves de commande 36-37, et ainsi, du coté droit du piston 33, ce qui le déplacerait vers sa position extrême à gauche, et le levier 26 de la valve, vers sa position de pleine admission.
Il est indésirable d'essayer de démarrer le moteur avec la pleine admission et, de fait, beaucoup de moteurs ne démarreraient pas dans ces conditions. C'est pour éviter une telle ouverture de la valve, avant que le moteur ne s'allume, que l'enroulement stabilisateur 40 est momentanément alimenté par la batterie. Quand la valve 34 est amenée à sa position inférieure par la bobine 40, toute huile sous pression dans la conduite 44 est envoyée sur la face gauche du pis- ton 33 et maintient le mécanisme de commande de la valve d'admission dans sa position correspondant aa ralenti, coma représenté.
L'interrupteur d'arrêt 70 du moteur comporte deux contacts normalument ou- verts 77 & 78 et il est prévu, quand on appuie sur lui, pour fermer par le contact 77
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le circuit : fil + B, enroulement de commande 79 d'un solénoïde 80 qui arrête l'alimentation en combustible, Comme Indiqué sur les dessins, le solénoïde 80 est disposé pour que, lorsqu'il est excité, la valve 24 d'arrivée de combustible soit fermée dans la conduite d'amenée de combustible 23a. L'autre contact normalement ouvert 78 de l'interrupteur d'arrêt 70 est prévu pour connecter l'enroulement stabi- lisateur 40 directement aux bornes de la batterie, de la monta manière que le contact 73 de l'interrupteur de démarrage 71.
La raison pour laquelle on alimente l'enrou- lement 40 à partir de l'interrupteur d'arrêt 70, est qu'on veut s'assurer que la val- ve 34 du servo-moteur 30 sera déplacée vers sa position inférieure, ce qui déplace le piston 33 vers sa position correspondant au ralenti, lorsque le moteur est arrête.
De cette manière, le contact 77 de l'interrupteur d'arrêt 70 contrôle la valve 24, pour arrêter le combustible dans les gicleurs de ralenti, dans la chambre 25 du car- burateur; pendant ce temps, le contact 78 contrôle le servo-moteur 30 du régulateur, pour déplacer le levier 26 dé la valve d'admission vers sa position de ralenti, et fermer les gicleurs de marche du carburateur dans la chambre 25a. Lorsque le moteur est au repos, bien entendu, le levier 26, les bras 51 & 53 du régulateur, l'arbre 43 du régulateur et le piston 33 sont tous sollicités vers leur position de ralenti par le ressort 27; la valve 34 du servo-moteur 30 est sollicitée vers sa position supé- rieure par le ressort de compression 34a.
Lorsque le moteur est arrêté, la pression de l'huile de graissage est nulle, de telle sorte que le piston 33 n'est pas déplacé vers la gauche. même si la valve 36 était dans une position qui permettait un tel mouvement*
Le moteur 10 est également muni d'un interrupteur d'emballement 81 actionné par un mécanisme 82 sensible à la vitesse. Cet interrupteur 81 comprend un contact normalement ouvert 84, connecté en parallèle avec le contact 78 de l'interrupteur d'arrêt, et un second contact normalement ouvert 85 connecté en parallèle avec le contaet 77 de l'interrupteur d'arrêt.
De cette manière, lorsque le moteur tend à dé- passer une certaine vitesse maximum prédéterminée, les contacts d'emballement 84 & 85 agissent pour arrêter la machine, de la même manière que l'interrupteur d'arrêt 70.
En agissant de la sorte, le contact 85 alimente le solénoïde 80 pour couper l'arrivée du combustible dans les gicleurs de ralenti, et le contact 84 alimente l'enroulement stabilisateur 40 par l'Intermédiaire de la batterie 63, afin de fermer l'admission.
Bien entendu, pendant le fonctionnement, l'interrupteur d'emballement 81 est réglé pour une vitesse beaucoup supérieure à la vitesse normale, de telle sorte qu'il n'a- git que comme un moyen de secours pour éviter l'emballement complet du moteur.
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Si on le désire, le contact 85 contr8lant le solénoide 80 peut être supprimé.
Dans ce cas, l'interrupteur 81 n'arrête pas le moteur, mais il règle ou fonctionne par Intermittences, pour alimenter la bobine 40 du régulateur, afin de maintenir une vitesse moyenne maximum du moteur.
Les divers éléments du mécanisme du régulateur sont représentés Fig.l dans leurs positions normales, quand le moteur est arrêté. La manière dont le moteur est démarré et dont la valve 34 du servo-moteur 30 est simultanément et momentané- ment fermas vers sa position inférieure a été déjà décrite ci-dessus. Dès que le moteur s'allume, on lâche l'interrupteur 71 de démarrage. L'alimentation régulière de l'enroulement stabilisateur 40 à partir de la batterie est arrêtée par l'ouver- ture 71,et la valve à piston 34 revient de sa position inférieure vers une position d'équilibre. Cette position est celle pour laquelle la force du ressort 34a est , exactement équilibrée par la force opposée de l'enroulement 39 de commande du régu- lateur.
La force exercée par cet enroulement 39 dépend de la vitesse du moteur et cette vitesse a maintenant une valeur telle que les forces opposées par la bobi- ne 39 et le ressort 34a sont équilibrées, quand la valve de contrôle 34 est dans une position centrale par rapport à la conduite 44 d'arrivée d'huile. Dans la pool tion médiane de la valve 34, de l'huile sous pression est alimentée en quantités égales des deux côtés de la valve 36, car la conduite 44 d'arrivée d'huile est lé- gèrement plus grande que la valve 36, de telle sorte que celle-ci ne peut pas bou- cher complètement cette conduite. Par conséquent, de l'huile en quantités égales est amenée des deux cotés du piston 33.
Cette huile, alimentée des deux cotés de 36 et de 33 provoque un équilibre hydraulique de ces deux éléments, sans leur donna* la tendance de se déplacer dans un sens ou dans l'autre. La fuite continue d'huile au-delà de la valve 36, assure une réponse rapide pour tout mouvement de commande cb la valve 34.
Il est évident que le servo-moteur 30 va maintenant agir pour maintenir la vitesse du moteur à une valeur désirée. Par exemple, si la vitesse du mateur aug- mente pour une raison quelconque, l'alimentation de l'enroulement 39 de commande augmente et la valeur à piston 34 est déplacée vers le bas. Ce mouvement ferme le passage du fluide entre la conduite 44 vers le coté droit ou piston 33, et augmente la circulation d'huile depuis la conduite 44 vers le coté gauche du piston, pour le déplacer vers la droite, et déplacer le levier 26 de la valve d'admission vers sa position de ralenti. En se déplaçant vers le bas, la valve de contrôle 37 découvre l'ouve rture associée de sortie, pour permettre la sortie de l'huile, qui est à droi.
@
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-te du piston 33, vers la conduite d'évacuation 45, lorsque le piston se déplace vers la droite. Si, d'autre part, la vitesse du moteur baisse en-dessous de la valeur désirée, pour une raison quelconque, l'alimentation de l'enroulement de commande 39 diminue, de telle sorte que le ressort 34a déplace le piston 34 vers le haut, Pendant ce mouvement, la valve 36 ferme le passage du fluide entre la conduite 44 vers le coté gauche du piston 33, et admet plus d'huile vers le coté droit du piston 33, de manière à le déplacer vers la gauche. Simultanément, la valve de contrôle 35 découvre la con- duite de sortie associée, pour laisser passer l'huile depuis la gauche du piston 33 vers la conduite de sortie 45.
Le mouvement du piston 33 vers la gauche déplace le levier 26 vers sa position de pleine admission, de manière à augmenter la vitesse du moteur.
La vitesse constante du moteur maintenue par le régulateur, est déterminée par les rhéostats 57, 58, 59, 60. Les rhéostats 57 & 5S sont réglés à la main, pour déterminer la quantité de résistances en série avec la bobine de commande 39 et la pé- dale 32, quand celle-ci est ralâchée. Le rhéostat 59, contrôlé par la pédale, est également relié en série avec l'enroulement 39, et permet le choix de la vitesse du moteur par la pédale 32, au gré de l'opérateur* La position "relâchée" de la pédale 32, déterminée par le ressort 32a, est telle que le rhéostat 59 insère sa résistance minima dans le circuit de l'enroulement 39. Lorsqu'on appuie sur la pédale, le rhéos- tat 59 insère plus de résistances en série avec l'enroulement 39.
Comme le courant dans l'enroulement 39 doit être le même à toute vitesse maintenue, de manière que la valve soit équilibrée dans sa position médiane, la vitesse du moteur et, par consé- quent, la tension de la génératrice tachymêtrique 31 augmentent, quand on appuie sur la pédale. Le rhéostat 60 est réglé à la main, pour régler la vitesse du moteur à la position de vitesse maximum du rhéostat 59.
Ce rhéostat 60 connecté aux bornes de la génératrice tachymétrique 31, en parallèle avec l'enroulement 39 et les rhéostats 57, 58 et 59, détermine la quantité de courant qui passe dans l'enroulement 39 et peut être, par conséquent, réglé pour diverses vitesses du moteur, de manière à faire pas- ser la quantité fixe de courant nécessaire dans l'enroulement, à la position de ré- sistance maximum du rhéostat 59.
Le but du mécanisme de transmission 29 est maintenant évident, Si la char- ge sur le moteur 10 est tellement grande que, même après que le régulateur a déplacé le levier 26 vers sa position de pleine admission, le moteur n'est pas capable de maintenir la vitesse désirée, le régulateur, par l'intermédiaire du mécanisme 29 relié à l'arbre 43 du régulateur, déplace le curseur du potentiomètre 49 sur la partie du
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potentiomètre où il y a des résistances, sans effectuer d'autre mouvement de la valve d'admission du moteur. Le mouvement du curseur 49a, en se déplaçant sur cette partie active du potentiomètre 49, diminue l'excitation de l'excitatri- ce 13 et, par conséquent, de la génératrice 12, d'une manière qui sera décrite en détail ci-après.
Une telle diminution de l'excitation de la génératrice réduit la charge du moteur et lui permet de reprendre la vitesse désirée. De cette manière, la puissance demandée par la génératrice 12 est réduite vers le milieu de sa cour- be Volt-ampères, pour lequel elle dépasserait sans cela la puissance maximum ad- missible pour le moteur 10, afin d'empêcher un léger calage du moteur, vers ce mi- lieu, et de permettre l'utilisation maxima de la pleine puissance disponible du moteur, pour une gamme étendue de vitesses du véhicule et de courants de charge de la génératrice.
Le système de commande des moteurs électriques de traction, constituant une partie du système complet représenté Fig.1, est représenté seulement dans ses grandes lignes.
La génératrice principale, entraînée par le moteur, est munie d'un indue- teur principal 90, connecté directement aux bornes de l'excitatrice 13, et com- mandé de manière à créer dans le circuit de sortie de la génératrice 12 un passage continu, unidirectionnel de courant, ayant une valeur limite, au maximum, contra- lée, sensiblement Indépendante de la force contre électromotrice des moteurs de traction 16-17. La caractéristique Volts-ampères de la génératrice 12, à toute vitesse prédéterminée du moteur, dépend de l'alimentation de l'inducteur principal 90, qui est elle-même contr8lêe par l'alimentation de plusieurs inducteurs 91,92 & 94 de l'excitatrice 13.
De préférence, l'excitatrice 13 est à courant continu. Elle est excitée par la réaction transversale de l'induit, et compensée pour la réaction directe de l'induit, et est du type amplidyne. Elle est munie de deux balais principaux 95 et de deux balais en court-circuit 96. L'inducteur 94 produit une tension entre les balais 96 en court-circuit, et le courant de réaction transversale d'induit, qui circule dans la connexion court-circuitée, à la suite de l'existence de cette tension, produit un flux dans un sens tel qu'il entraîne la production, d'une ten- sion de sortie au@ balais 95, qui est proportionnelle à l'excitation de la machine, @ le long de son axe en court-circuit.
L'inducteur 92 est un inducteur série de com- pensation pour neutraliser la réaction d'induit due au courant de charge de l'ex-
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-citatrice. L'une des caractéristiques favorables d'une génératrice amplidyne de ce type est que sa tension de sortie répond très rapidement et avec une amplification éle- vée, à toute variation dans l'alimentation de ses inducteurs.
L'inducteur principal 94 de l'excitatrice 13 est aliment-.é par la batterie 63, par 1'Intermédiaire du rhéostat 49 du régulateur. On voit que ce rhéostat est con- necté au fil + B par une résistance 100, et à la masse par une résistance 99 et un in- terrupteur à main 102. L'inducteur 94 est relié en série avec une résistance 101, en- tre la borne à la masse de la résistance 99 et le curseur 49a du potentiomètre 49.
Bien entendu, les résistances 99 et 101 sont mises à la masse par l'interrupteur 102, seule- ment lorsqu'il est fermé, pendant la marche,
A propos de la description qui précède pour l'inducteur 94, il faut se souvenir que l'alimentation de cet enroulement par la batterie est maintenue constante par le potentiemètre 49, pour toutes les positions de la valve d'admission. Cette ali- mentation de l'inducteur par la batterie n'est réduite par le potentiomètre, de manière à réduire l'excitation de la génératrice 12 et sa tension de sortie, que lorsque la charge du moteur est telle, que la vitesse désirée ne peut pas être maintenue, malgré la pleine admission.
Cette action de diminution d'excitation, provoquée par le poten- tiomètre 49 du régulateur, n'a lieu que pendant le fonctionnement "en dépassement" du régulateur, et cette action est de nature régulatrice, de telle sorte que la puissance demandée par la génératrice est maintenue sensiblement égale à la puissance disponible du moteur.
En raison des explications détaillées précédentes, au sujet des divers éléments du système de la Fig.l, de leurs connexions et de leur fonctionnement, la des- cription rapide suivante permettra de comprendre facilement l'ensemble du fonctionnement du système.
En supposant que le véhicule soit arrêté, et que le moteur ne tourne pas, on peut mettre le moteur en route en fermant les Interrupteurs 64,66 et l'interrupteur de mise en marche 71. On a déjà décrit comment cet interrupteur démarre le moteur, en alimentant le démarreur 69 et en déplaçant en même temps la valve 34, pour maintenir le piston 33 dans sa position de ralenti.
Le fonctionnement utile du moteur commence quand on ferme l'interrupteur de ligne 22, pour fermer le circuit des moteurs électriques et quand on ferme l'interrupteur 102 pour connecter le potentiomètre 49 à la batterie, ce qui ferme un circuit d'alimentation pour l'inducteur principal 94 de l'excitatrice 13, et quand on ouvre l'interrupteur 62 pour ne plus shunter le rhéostat 57. Pratiquement les Interrupteurs 22, 102 et 62 peuvent être commandés successivement par un contrôleur
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à main, de tout type connu. Lorsque la génératrice 12 est excitée, le courant passe dans le circuit des moteurs et le véhicule commence à accélérer, depuis l'arrêt en allant par exemple en avant.
Si l'on désire augmenter la vitesse du véhicule, on appuie sur la pédale 32 v afin d'augmenter la résistance introduite par le rhéostat 59 dans le circuit de l'en- roulement de commande 39. La diminution qui en résulte dans l'alimentation de ltenrou- lement 39 fait déplacer la valve 34 vers le haut, pour alimenter en huile la face droi- te du piston 33, et ouvrir ainsi la valve d'admission du moteur. Pendant que cette val- ve s'ouvre, le potentiomètre 50 modifie la tension appliquée au condensateur 67, ce qui produit dans l'enroulement stabilisateur 40 un courant transitoire, dont la grandeur est proportionnelle à la vitesse de déplacement du piston 33, et dans un sens qui tend à s'opposer au mouvement vers le haut de la valve 34.
Cette action d'opposition de l'enroulement stabilisateur n'est effective que tant que le piston 33 se déplace.
Quand le moteur 10 atteint une vitesse telle que le courant normal prédéterminé est ré- tabli, par l'intermédiaire de l'enroulement de commande 39, la valve 34 reprend à nou- veau sa position médiane et, par son action régulatrice, maintient le moteur à sa nouvelle vitesse.
L'action du redresseur 68, qui shunte l'enroulement stabilisateur 40, pour éviter l'emballement, a déjà été décrite précédemment.
Pour arrêter le moteur, on appuie sur le bouton 70, pour fermer le circuit d'alimentation du solénoïde 80, et alimenter momentanément l'enroulement de stabilisa- tion 40 par la batterie. Comme on l'a déjà décrit, ce solénoïde 80 actionne la valve 24 pour couper l'arrivée de combustible aux gicleurs de ralenti du carburateur, tandis que l'alimentation de l'enroulement 40 par la batterie força le piston 34 à descendre, et à faire mouvoir ainsi le piston 33 vers sa position de ralenti, et à fermer les gicleurs de marche du carburateur.
Après que le moteur s'est arrêté, le piston 33 et les autres éléments du tringlage de la valve d'admission sont maintenus dans leur position de ralenti, par l'action du ressort 27, et la valve 34 est maintenue dans sa position supérieure par le ressort 34a.
En raison de ce qui précède, on comprendra immédiatement les variantes des Fig.2 à 4, Dans ces figures, on a représenté divers circuits de commande pour les en- roulements de commande 39 et de stabilisation 40 du régulateur, respectivement. Bien que leur disposition soit différente, les divers éléments des Fig.2, 3 et 4, correspon- dant à des éléments similaires de la Fig.1, portent les mêmes références.
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Dans la Fig.2, on a représenté une réalisation de l'invention dans laquelle la tension de la génératrice tachymêtrique 31 est équilibrée par une partie que l'on peut choisir, d'une tension en opposition provenant de la batterie 63. Dans ce cas, le rhéostat 59 est connecté cqmme potentiomètre aux bornes de la batterie 63 et le circuit en série, traversant l'enroulement de commande 39 du régulateur, est relié au curseur du potentiomètre, pour Introduire dans le circuit une partie désirée de la tension de la batterie, en opposition avec celle de la génératrice tachymétri- que 31.
Dans cette Fig.2, le rhéostat 50 est connecté aux bornes de la batterie 63 et à l'enroulement amortisseur 40, à travers le condensateur 67, de la même manière que dans la Fig.l.
Dans la Fig.2, on a représenté un condensateur 61' connecté aux bornes des rhéostats 57 & 58, au lieu du condensateur 61 de la Fig.l, connecté aux bornes de ces rhéostats et du rhéostat 59. Avec le condensateur 61' (Fig.2), ce condensateur est sans effet sur la rapidité avec laquelle les variations de position de la pédale 32 réagissent sur l'enroulement de commande 39, mais il fonctionne seulement lors de conditions variables de vitesses, afin d'empêcher le pompage du régulateur, par l'ac- célération due à l'effet des variations de tension de la génératrice tachymétrique sur l'enroulement de commande 39 du régulateur.
Sur la Fig.3, on a représenté une réalisation de l'invention dans laquelle le courant unidirectionnel alimentant l'enroulement de stabilisation 40 du régula- teur provient de la génératrice taohymstrique 31 et est introduite dans l'enroulement
40 par un transformateur à couplage variable 200, de qui rend le régulateur indépen- dant de toute source extérieure, Ce transformateur 200 comporte un primaire mobile 201 et un secondaire fixe 202. Ce primaire 201 est relié de manière à se déplacer en même temps que le piston 33 du servo-moteur du régulateur, et le secondaire 202 est connecté, par un redresseur 203 pour les deux alternances et le condensateur 67, à l'enroulement stabilisateur 40.
Le primaire 201 est alimenté à travers une réactance fixe 204 par une phase du circuit de sortie alternatif de la génératrice tachymétri- . que 31, de telle sorte que le courant dans le primaire soit sensiblement constant pour toute vitesse prédéterminée du moteur, indépendamment des petites variations de vitesse qui se produisent pendant le réglage effectué par le régulateur. C'est pour- quoi, pour tout réglage prédéterminé de vitesse du régulateur, la tension secondaire du transformateur variable 200 est indépendante de la vitesse du moteur et dépend seulement du degré de couplage commandé par le piston 33.
Il est évident que le mouvement du piston 33, pendant le fonctionnement du régulateur, modifie la charge du
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condensateur 67 et cause un passage transitoire de courant dans l'enroulement stabilisateur 40, afin de s'opposer au mouvement de commande de la valve 34, de ma- niére analogue à ce qui a été dit pour les figures 1 et 2.
Dans la Fig.4, on a représente une réalisation de l'invention, destinée à faciliter le fonctionnement de deux groupes moteurs-générateurs débitant en parallè- le sur un même circuit de charge. Conformément à cette variante, chaque groupe mo- teur-générateur est muni d'un régulateur semblable à celui de la Fig,l, et ces grou- pes sont électriquement connectés en utilisant certaines caractéristiques des Fig.2 & 3. Les éléments du régulateur associés au moteur 10 ont les mêmes références que Fig.3, et les éléments du régulateur associés au moteur 10' ont reçu des références analogues.
Dans la Fig.4, le circuit de chaque enroulement de commande 39, 39' des régulateurs est établi comme Fig.2 et comprend, en opposition avec la génératrice tachymétrique, une partie que l'on peut choisir, de la tension unidirectionnelle de la batterie, apparaissant aux bornes du rhéostat 59, connecté en potentiomètre* Le circuit de l'enrouement de commande 39 comporte aussi une résistance 210, et le cir- cuit de l'enroulement 39' comporte une résistance 210'. En particulier, le circuit de l'enroulement 39 est le suivant : borne positive du redresseur 56, partie supé- rieure du potentiomètre 59, résistance 210, enroulement 39, rhéostats 57 & 58, borne négative du redresseur 56. Le circuit d'alimentation de l'enroulement 39' est ana- logue à partir du redresseur 56'.
Les enroulements 40, 40' stabilisateurs de la Pig.4 sont alimentés chacun par un transformateur à couplage variable et par des redresseurs en pont, comme dé- crits à propos de la Fig.3. Le transformateur à couplage variable 200 est contrôlé par le régulateur du moteur 10, et le transformateur variable 200' est contr8lê par le régulateur du moteur 10'.
Pour que les moteurs 10 & 10' se chargent également, ou dans une proportion désirée, chaque régulateur est muni d'un enroulement additionnel, ou de marche en parallèle, connecté de manière à être sensible à la'différence des courants traver- sant les circuits des enroulements de commande 39 et 39'. Plus précisément, à chaque enroulement 39 et 39', on a associé respectivement un enroulement 211 et 211' de mar- che en parallèle, Ces enroulements 211, 211' ,sont en série et mesurent la différence des chutes de tension dans les résistances 210, 210'.
Pendant le fonctionnement, il est évident que, lorsque les deux moteurs 10 et 10' fonctionnent exactement à la vitesse désirée, les courants dans les
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circuits des enroulements 39 et 39' sont égaux, de sorte qu'il ne passe aucun courant dans les bobines 211, 211'. Si, maintenant, la charge de l'un des moteurs, 10 par exemple, diminue, de telle sorte que ce moteur 10 accélère, le courant dans l'enroulement 39 et la résistance 210 augmente. Ce courant plus grand fait fonction- ner le régulateur du moteur 10 pour fermer un peu l'admission.
En même temps, la chuts de tension plus forte aux bornes de la résistance 210 entraîne la circulation d'un courant différentiel dans les enroulements 211 et 211',dans un sens qui tend à s'opposer à la fermeture de l'admission du moteur 10, et à aider la fermeture de l'admission du moteur 10'. De cette manière, chaque moteur est empêché de réduire sa charge et de transférer la charge entière sur l'autre moteur, lors de la plus pe- tite irrégularité dans le fonctionnement. Le @onctionnement se fait en sens inverse si le moteur 10 baisse de vitesse pour une charge plus forte.
Dans toutes les réalisations ci-dessus, on a utilisé une génératrice tachy- métrique triphasée avec un redresseur triphasé pour obtenir une tension unidirection- nelle proportionnelle à la vitesse du moteur. Bien entendu, les techniciens savent qu'avec un tel dispositif, une certaine tension alternative, ou ondulée, apparaît dans le circuit de sortie à courant continu, traversant de manière continue l'enroulement de commande 39 du régulateur. La Société demanderesse a trouvé que ce courant ondulé est hautement désirable car il produit une oscillation très légère, mais continue, de la valve 34 du régulateur, autour d'une position moyenne déterminée par la valeur de la composante de courant continu dans la bobine 39.
La valve piston 34 étant ainsi maintenue en mouvement continu, le frottement correspondant dans son cylindre est considérablement réduit. Si on le désire, le même effet peut être produit par une bobine séparée, sur le solénolde 38, alimenté par le courant alternatif de la géné-
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TERFECTEONNEMESTE TO SPEED EEGULABBOES.
The present invention relates to regulating apparatus and, more particularly, to speed regulators of prime movers, such as: internal combustion engines, turbines, and machines of the same type. The invention is particularly applicable to gas engine-electric generator, or diesel-electric generator systems used on electric locomotives and self-propelled vehicles.
Such systems include a diesel engine or any other internal combustion engine, intended to drive a generator, the energy of which is supplied to one or more traction motors. Such a system is subjected, by its use to large and sudden power variations, depending on the variations in the load on the traction motors, during acceleration, braking,
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walking in:
such variable operating conditions, together with the fact that the electrical system of such a vehicle has approximately the same power as the motor-generator unit, make it particularly easy, and in particularly dangerous weather, overloading the engine, or operating it at reduced load. The need for an improved regulatory system and apparatus has long been recognized. to keep the engine speed substantially constant under such load conditions varying rapidly and within wide limits *
The present invention relates to a regulator of a motor-generator group, capable of rapidly following rapid and significant variations in the load of said group.
In addition, means are provided to stabilize this regulator, so that it does not exceed the set point, to avoid any pumping of the apparatus. The invention will be described, by way of non-limiting example, in connection with a propulsion system for a vehicle comprising a generator set consisting of a gas or diesel engine and an electric generator; the regulator of the invention has been found to be entirely satisfactory with such a propulsion system.
The embodiments which will be described with regard to this example should be considered as being part of the invention, it being understood that all equivalent arrangements could equally well be used without departing from the scope thereof,
Fig.1 of the accompanying drawing is a diagram of a system for producing electrical energy, and implementing the present invention.
Figs. 2, 3, 4 are diagrams of various variations of the regulator of Fig. 1,
Referring to Fig.1, we see that the propulsion system of the vehicle comprises an engine 10, of the internal combustion type, controlled by a shaft 11, a main generator 12 and its exciter 13. A load circuit for the armature. 12a of the generator is formed by the armature and excitation circuits of two electric traction motors 16 & 17. The charging circuit in question comprises a line switch 22, which can, if desired, be switched on. actuated by any suitable electromagnetic control device.
Of course, the representation of two traction motors 16 & 17 is purely schematic, and each motor represented can correspond to a single motor or to a group of motors, arranged in series or in parallel, in the circuit *
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It is known that, in an internal combustion engine of the type envisaged, the power available in horsepower is a function of speed. Thus, with an engine speed kept substantially constant by the governor, the power available at full intake is substantially fixed, while the actual power supplied may be lower, depending on the load on the traction motors and the opening. of admission.
As seen in the drawings, engine 10 is provided with a multi-chamber carburetor having several fixed idle jets in one chamber 25 and several variable running jets in chamber 25a. The variable jets are supplied by a fuel supply line 23 and are controlled by a valve and its lever 26. The fixed jets are supplied by another fuel supply line 23a, provided with a valve. closing 24, kept normally open.
The lever 26 is subjected to the action of a tension spring 27 towards the position corresponding to idling, the valve being completely closed; this lever 26 is connected by a rod 28 to a return mechanism 29 to a pressurized fluid regulator servomotor 30. The servomotor 30 is controlled by a speed-sensitive device comprising a tachometric generator 31, driven by the motor, and a pedal 32. This pedal determines the speed setting of said apparatus and the latter controls the servomotor, to keep the speed of the motor 10 substantially constant at the desired valve. This pedal 32 is biased by the action of a spring 32a towards the position for which the governor is set for idling.
The servo motor 30 comprises a reversible pressurized fluid motor 30a and a control valve 30b for the fluid. This motor 30a comprises a reciprocating piston 33, and it is connected by inlet and outlet pipes to the control valve 30b. The latter is constituted by a piston valve 34, comprising three spaced valve pistons 35, 36, 37, and biased upwards by a compression spring 34a.
The piston valve 34 is connected for its downward movement, against the spring 34a, to a plunger 38 having a main control winding 39 and a stabilizing damper winding 40. The driving piston 33 moves longitudinally a rack 41 which meshes with a pinion 42, mounted on a shaft 43 of the regulator. A suitable fluid under pressure, for example oil from the lubricating system (not shown) of the engine 10, is supplied to the servomotor 30, through an inlet line 44, and it is expelled from the engine 30 through a outlet pipe 45.
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The regulator shaft 43 drives by appropriate pinions 46, 47, 48, two potentiometers 49 & 50. Their role will be explained in detail later. This shaft 43 is also rigidly fixed to an arm 51, flexibly connected, as by a tension spring 52, to a second arm 53, mounted with play on the shaft 43.
The intake rod 28 is connected to the arm 53. The latter, and therefore the lever 26 of the intake valve, can move between predetermined limits, fixed by an idle stop 54 and a full stop. inlet 55. The arm 51, which is fixed to the shaft 43, is not limited in its movement by the full inlet stop 55, and it can thus exceed by a certain angle the full inlet position of the inlet. shaft 43. During such an overrun, the spring 52 stretches between the arms 51 & 53 and the potentiometers 49 & 50 continue to move with the shaft 43. The potentiometer 49 has a part without resistors, for which it does not cause any voltage variation on its cursor 49a.
The latter runs through this part without resistances during the entire extent of the control movement of the intake valve, carried out by the shaft 43, and it only runs through the resistances of its potentiometer while the shaft 43 is being exceeded. at arm 53.
The main control of the regulator mechanism is produced by the tacho generator 31 and the servo motor control winding 39, this generator 31 being connected to provide this winding 39 with a voltage proportional to the speed of the motor. motor 10. The generator 31 has been shown in the form of a three-phase magneto, supplying current to a rectifier 56 for the two alternations, and to the control winding 39, by means of several rheos tats 57, 58, 59 placed in series. The rheostat 59 is controlled by the pedal 32, suitably, to determine the speed setting of the governor at the will of the operator.
To have a maximum speed setting, a fourth rheostat 60 is connected to the output terminals of the rectifier 56. A capacitor 61 is connected in parallel with the rheostats 57, 58 & 59, to control the supply of the winding of control 39 according to the variations in the speed of the motor and the position of the pedal 32. This capacitor 61 serves to delay the action of the effective variation of the position of the pedal, with respect to the solenoid 38 of the regulator, and increasing the speed with which solenoid 38 responds to changes in engine speed. The rheostat 57 determines the minimum operating speed and is designed to be bypassed by the normally closed contacts of a switch 62, one contact of which is earthed.
This switch is normally iron
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and it is opened by hand by the operator, after the engine 10 has been started and before the vehicle is set in motion. In this way, the rheostat 58 controls the idling speed of the engine and the rheostat 57 controls its minimum operating speed. The purpose of this minimum speed is to provide adequate power for braking and control, even if pedal 32 has been released.
The damping or stabilizing winding 40 works by cooperating with the control winding 39, to control the servomotor 30, and it is connected by the capacitor 67 and a resistor 67a between a terminal and the cursor of the friends tiometer 50, which governor shaft 43 rotates. This potentiometer is connected to ground by one of its terminals, and its other terminal is connected to the positive pole of a suitable source of unidirectional current, such as a battery 63.
This is connected by a switch 64 to the positive wire B, and the potentiometer 50 is connected to the wire B by a hand switch 66. The capacitor 67 of the circuit of the stabilization winding 40, makes this winding 40 sensitive only to adjustment variations of the potentiometer 50, produced by the movement of the piston 33 actuated by the pressurized oil. The damping or stabilizing current thus produced has an amplitude proportional to the speed of the piston 33. The stabilizing winding 40 is provided such that it momentarily opposes any movement of the piston valve 34 during 'a variation in the power supply to the control winding 39.
Therefore, the winding 40 opposes overshoots and decreases the pumping tendency of the regulator.
The stabilizer winding 40 is shunted by a non-linear unidirectional conductor device, such as a rectifier 68. The voltage, which determines the flow of current in the conductive direction, is such that it does not correspond to appreciable shuntage. of winding 40, for normal stabilization currents, in both directions. However, in the event that the load on the motor drops very suddenly, such as following an interruption in the traction circuit, a very large transient current would tend to flow through winding 40, in a direction that is opposed to The rapidly increasing flux of the winding 39. Under these conditions, the winding 39 tends to reduce the speed of the motor.
It is of course desirable to reduce the speed of the motor as quickly as possible, when its speed thus tends to increase very rapidly. It is therefore desirable at this time to get rid of the opposing tendency of the winding 40. The rectifier 68 operates for a very rapid increase in motor speed,
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to bypass the winding 40, and thus eliminate its normal stabilizing effect.
To start and stop the internal combustion engine 10, two push buttons 70 & 71 and a starter 69 are provided, connected to the shaft 11 of the engine. Button 71 is used for starting and has two normally open contacts 72 &73; when the button is pressed, the contact 72 closes a supply circuit for the control winding of a starting contactor 75. This circuit starts from the + B wire, passes through the hand switch 66, contact 72, winding 74 and returns to ground.
When the starter contactor 75 lifts, it closes its contacts 76 to close a power circuit from wire B and through the starter 69. During cranking, the starter switch 71 also closes the contact 73 to momentarily connect the starter. stabilizer winding 40 of the regulator directly to the terminals of the battery 63. Note that, when the engine is stopped, the engine lubricating oil in line 44 is at zero pressure, the piston valve 34 is maintained. in the upper position of its displacement by the spring 34a, the lever 26 of the intake valve, the governor shaft 43 and the track 33 being held by the spring 27 in their idle position.
The momentary supply of the winding 40 by the battery, during the starting of the engine, moves the valve 34 of the servomotor 30 downwards, despite the resistance of the spring 34a in order to ensure that the piston 33 and the intake valve control mechanism connected to it, remain in their idle position. Without this downward displacement action of the piston valve 34, the pressure, created in the oil lubrication system during engine starting, would supply pressurized oil between the control valves 36-37, and thus, on the right side of the piston 33, which would move it towards its extreme left position, and the lever 26 of the valve, towards its full intake position.
It is undesirable to attempt to start the engine with full intake, and indeed many engines would not start under these conditions. It is to avoid such opening of the valve, before the engine is started, that the stabilizer winding 40 is momentarily supplied by the battery. When the valve 34 is brought to its lower position by the coil 40, any pressurized oil in the line 44 is sent to the left side of the piston 33 and maintains the actuating mechanism of the inlet valve in its corresponding position. has slowed down, coma represented.
The engine stop switch 70 has two normally open contacts 77 & 78 and is provided, when it is pressed, to close by contact 77.
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the circuit: wire + B, control winding 79 of a solenoid 80 which stops the fuel supply, As shown in the drawings, the solenoid 80 is arranged so that, when energized, the inlet valve 24 of fuel is closed in the fuel supply line 23a. The other normally open contact 78 of stop switch 70 is provided to connect stabilizer winding 40 directly to the battery terminals, in the same way as contact 73 of start switch 71.
The reason for energizing winding 40 from stop switch 70 is to ensure that valve 34 of servo motor 30 will be moved to its lower position. which moves the piston 33 to its position corresponding to idling, when the engine is stopped.
In this way, the contact 77 of the stop switch 70 controls the valve 24, to stop the fuel in the idle jets, in the chamber 25 of the carburetor; during this time, the contact 78 controls the servomotor 30 of the governor, to move the lever 26 of the intake valve to its idle position, and to close the running jets of the carburetor in the chamber 25a. When the engine is at rest, of course, the lever 26, the arms 51 & 53 of the governor, the shaft 43 of the governor and the piston 33 are all urged towards their idle position by the spring 27; the valve 34 of the servomotor 30 is biased towards its upper position by the compression spring 34a.
When the engine is stopped, the lubricating oil pressure is zero, so that the piston 33 is not moved to the left. even if the valve 36 was in a position which allowed such movement *
Motor 10 is also provided with a runaway switch 81 actuated by a speed sensitive mechanism 82. This switch 81 comprises a normally open contact 84, connected in parallel with the contact 78 of the stop switch, and a second normally open contact 85 connected in parallel with the contact 77 of the stop switch.
In this way, when the motor tends to exceed a certain predetermined maximum speed, the runaway contacts 84 & 85 act to stop the machine, in the same way as the stop switch 70.
By doing so, the contact 85 feeds the solenoid 80 to cut off the arrival of fuel in the idle jets, and the contact 84 feeds the stabilizer winding 40 via the battery 63, in order to close the admission.
Of course, during operation, the runaway switch 81 is set for a speed much higher than the normal speed, so that it only acts as a back-up means to avoid the complete runaway. engine.
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If desired, contact 85 controlling solenoid 80 can be omitted.
In this case, the switch 81 does not stop the motor, but it regulates or operates intermittently, to supply the regulator coil 40, in order to maintain a maximum average speed of the motor.
The various elements of the governor mechanism are shown in Fig.l in their normal positions, when the engine is stopped. The manner in which the motor is started and in which the valve 34 of the servomotor 30 is simultaneously and momentarily closed towards its lower position has already been described above. As soon as the engine starts up, the start switch 71 is released. The steady supply of the stabilizer winding 40 from the battery is stopped by the opening 71, and the piston valve 34 returns from its lower position to an equilibrium position. This position is that for which the force of the spring 34a is exactly balanced by the opposing force of the regulator control coil 39.
The force exerted by this winding 39 depends on the speed of the motor and this speed now has a value such that the forces opposed by the coil 39 and the spring 34a are balanced, when the control valve 34 is in a central position by in relation to the oil inlet line 44. In the middle pool of valve 34, pressurized oil is supplied in equal amounts to both sides of valve 36, because the oil inlet line 44 is slightly larger than valve 36, so that the latter cannot completely block this pipe. Therefore, oil in equal amounts is supplied to both sides of piston 33.
This oil, supplied from both sides of 36 and 33 causes a hydraulic equilibrium of these two elements, without giving them * the tendency to move in one direction or the other. Continuous oil leakage past valve 36 ensures rapid response to any control movement of valve 34.
It is evident that the servo motor 30 will now act to maintain the speed of the motor at a desired value. For example, if the speed of the die increases for some reason, the feed to the control winding 39 increases and the piston value 34 is moved down. This movement closes the passage of fluid between the line 44 to the right side or piston 33, and increases the flow of oil from the line 44 to the left side of the piston, to move it to the right, and move the lever 26 of the inlet valve to its idle position. By moving downwards, the control valve 37 discovers the associated outlet opening, to allow the exit of the oil, which is on the right.
@
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-te of the piston 33, towards the discharge pipe 45, when the piston moves to the right. If, on the other hand, the engine speed drops below the desired value, for some reason, the power to the control winding 39 decreases, so that the spring 34a moves the piston 34 towards the end. top, During this movement, the valve 36 closes the passage of fluid between the pipe 44 to the left side of the piston 33, and admits more oil to the right side of the piston 33, so as to move it to the left. Simultaneously, the control valve 35 uncovers the associated outlet line, to allow oil to pass from the left of the piston 33 to the outlet line 45.
Movement of piston 33 to the left moves lever 26 to its full intake position, so as to increase engine speed.
The constant speed of the motor maintained by the governor is determined by the rheostats 57, 58, 59, 60. The rheostats 57 & 5S are adjusted by hand, to determine the quantity of resistors in series with the control coil 39 and the pedal 32, when it is released. The rheostat 59, controlled by the pedal, is also connected in series with the winding 39, and allows the choice of the motor speed by the pedal 32, at the option of the operator * The "released" position of the pedal 32 , determined by the spring 32a, is such that the rheostat 59 inserts its minimum resistance in the circuit of the winding 39. When the pedal is depressed, the rheostat 59 inserts more resistors in series with the winding 39 .
Since the current in the winding 39 must be the same at any maintained speed, so that the valve is balanced in its middle position, the speed of the motor and hence the voltage of the tachogenerator 31 increases, as you press the pedal. The rheostat 60 is manually adjusted, to adjust the speed of the motor to the maximum speed position of the rheostat 59.
This rheostat 60 connected to the terminals of the tachometric generator 31, in parallel with the winding 39 and the rheostats 57, 58 and 59, determines the amount of current which passes through the winding 39 and can, therefore, be adjusted for various motor speeds, so as to pass the fixed quantity of current required in the winding, to the position of maximum resistance of the rheostat 59.
The purpose of the transmission mechanism 29 is now evident. If the load on the engine 10 is so great that, even after the governor has moved the lever 26 to its full intake position, the engine is not capable of maintain the desired speed, the regulator, by means of the mechanism 29 connected to the regulator shaft 43, moves the cursor of the potentiometer 49 on the part of the
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potentiometer where there are resistances, without performing any other movement of the engine intake valve. The movement of the cursor 49a, by moving over this active part of the potentiometer 49, decreases the excitation of the exciter 13 and, therefore, of the generator 12, in a manner which will be described in detail hereinafter. .
Such a decrease in generator excitation reduces the load on the engine and allows it to resume the desired speed. In this way, the power demanded by the generator 12 is reduced towards the middle of its volt-amperes curve, for which it would otherwise exceed the maximum power admissible for the motor 10, in order to prevent a slight stalling of the motor. engine, towards this midpoint, and to allow maximum use of the full available engine power, for a wide range of vehicle speeds and generator load currents.
The control system of the electric traction motors, constituting a part of the complete system shown in Fig. 1, is shown only in outline.
The main generator, driven by the engine, is provided with a main inductor 90, connected directly to the terminals of the exciter 13, and controlled so as to create in the output circuit of the generator 12 a continuous passage. , unidirectional current, having a limit value, at the maximum, constrained, substantially independent of the back electromotive force of the traction motors 16-17. The volt-amperes characteristic of generator 12, at any predetermined motor speed, is dependent on the supply of the main inductor 90, which is itself controlled by the supply of several inductors 91, 92 & 94 of the generator. exciter 13.
Preferably, the exciter 13 is direct current. It is excited by the transverse reaction of the armature, and compensated for the direct reaction of the armature, and is of the amplidyne type. It has two main brushes 95 and two short-circuited brushes 96. The inductor 94 produces a voltage between the short-circuited brushes 96, and the armature transverse reaction current, which flows in the short connection. -circuit, as a result of the existence of this voltage, produces a flow in a direction such that it causes the production of an output voltage at the @ brushes 95, which is proportional to the excitation of the machine, @ along its short-circuited axis.
Inductor 92 is a series compensating inductor to neutralize the armature reaction due to the charge current of the ex-
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-citer. One of the favorable characteristics of an amplidyne generator of this type is that its output voltage responds very quickly and with a high amplification, to any variation in the supply of its inductors.
The main inductor 94 of the exciter 13 is powered by the battery 63, through the rheostat 49 of the regulator. It can be seen that this rheostat is connected to wire + B by a resistor 100, and to ground by a resistor 99 and a hand switch 102. The inductor 94 is connected in series with a resistor 101, in- be the terminal to the earth of resistor 99 and the cursor 49a of potentiometer 49.
Of course, resistors 99 and 101 are grounded by switch 102, only when it is closed, during operation.
With regard to the above description for the inductor 94, it should be remembered that the supply to this winding by the battery is kept constant by the potentiometer 49, for all the positions of the inlet valve. This supply of the inductor by the battery is not reduced by the potentiometer, so as to reduce the excitation of the generator 12 and its output voltage, only when the load on the motor is such that the desired speed is not cannot be maintained despite full admission.
This action of reducing excitation, caused by the potentiometer 49 of the regulator, takes place only during the "overshoot" operation of the regulator, and this action is of a regulating nature, so that the power demanded by the regulator generator is kept substantially equal to the available engine power.
In view of the foregoing detailed explanations of the various elements of the system of Fig. 1, their connections and operation, the following brief description will make it easy to understand the overall operation of the system.
Assuming that the vehicle is stopped, and that the engine is not running, the engine can be started by closing the switches 64,66 and the start switch 71. We have already described how this switch starts the engine. , by energizing the starter 69 and at the same time moving the valve 34, to maintain the piston 33 in its idle position.
The useful operation of the motor begins when the line switch 22 is closed, to close the circuit of the electric motors and when the switch 102 is closed to connect the potentiometer 49 to the battery, which closes a supply circuit for the electric motor. 'main inductor 94 of the exciter 13, and when the switch 62 is opened so as not to bypass the rheostat 57 any more. The switches 22, 102 and 62 can be controlled successively by a controller
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hand-held, of any known type. When the generator 12 is energized, the current flows through the circuit of the motors and the vehicle begins to accelerate, from a stop by going for example forward.
If it is desired to increase the speed of the vehicle, the pedal 32 is depressed in order to increase the resistance introduced by the rheostat 59 into the circuit of the control coil 39. The resulting reduction in the speed of the vehicle. Feeding bearing 39 causes valve 34 to move upward, to supply oil to the right face of piston 33, thereby opening the engine intake valve. While this valve opens, the potentiometer 50 changes the voltage applied to the capacitor 67, which produces in the stabilizing winding 40 a transient current, the magnitude of which is proportional to the speed of displacement of the piston 33, and in a direction which tends to oppose the upward movement of the valve 34.
This opposing action of the stabilizer winding is only effective as long as the piston 33 is moving.
When the motor 10 reaches a speed such that the predetermined normal current is restored, through the control winding 39, the valve 34 again returns to its middle position and, by its regulating action, maintains the control. engine at its new speed.
The action of the rectifier 68, which bypasses the stabilizer winding 40, to prevent runaway, has already been described above.
To stop the engine, button 70 is pressed, to close the supply circuit of the solenoid 80, and momentarily supply the stabilization winding 40 with the battery. As has already been described, this solenoid 80 actuates the valve 24 to cut off the fuel supply to the idle jets of the carburetor, while the supply of the winding 40 by the battery forces the piston 34 to descend, and thus moving the piston 33 towards its idling position, and closing the running jets of the carburetor.
After the engine has stopped, the piston 33 and the other elements of the intake valve linkage are held in their idle position, by the action of the spring 27, and the valve 34 is kept in its upper position. by the spring 34a.
In view of the above, the variants of FIGS. 2 to 4 will immediately be understood. In these figures, various control circuits have been shown for the control windings 39 and stabilization 40 of the regulator, respectively. Although their arrangement is different, the various elements of Figs. 2, 3 and 4, corresponding to similar elements of Fig.1, bear the same references.
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In FIG. 2, there is shown an embodiment of the invention in which the voltage of the tachometric generator 31 is balanced by a part which can be chosen, of a voltage in opposition coming from the battery 63. In this case, the rheostat 59 is connected as a potentiometer to the terminals of the battery 63 and the series circuit, crossing the control winding 39 of the regulator, is connected to the cursor of the potentiometer, to introduce into the circuit a desired part of the voltage of the regulator. the battery, in opposition to that of the tachometric generator 31.
In this Fig. 2, the rheostat 50 is connected to the terminals of the battery 63 and to the damper winding 40, through the capacitor 67, in the same way as in Fig.l.
In Fig.2, there is shown a capacitor 61 'connected to the terminals of the rheostats 57 & 58, instead of the capacitor 61 of Fig.l, connected to the terminals of these rheostats and of the rheostat 59. With the capacitor 61' ( Fig. 2), this capacitor has no effect on the speed with which the variations in position of the pedal 32 react on the control winding 39, but it operates only under variable speed conditions, in order to prevent pumping of the regulator, by the acceleration due to the effect of the voltage variations of the tacho generator on the control winding 39 of the regulator.
In FIG. 3, there is shown an embodiment of the invention in which the unidirectional current supplying the stabilization winding 40 of the regulator comes from the taohymstric generator 31 and is introduced into the winding.
40 by a variable coupling transformer 200, which makes the regulator independent of any external source. This transformer 200 comprises a mobile primary 201 and a fixed secondary 202. This primary 201 is connected so as to move at the same time as the piston 33 of the regulator servomotor, and the secondary 202 is connected, by a rectifier 203 for the two halfwaves and the capacitor 67, to the stabilizer winding 40.
The primary 201 is supplied through a fixed reactance 204 by a phase of the AC output circuit of the tachometer generator. that 31, so that the current in the primary is substantially constant for any predetermined speed of the motor, regardless of the small variations in speed which occur during the adjustment made by the governor. Therefore, for any predetermined regulator speed setting, the secondary voltage of the variable transformer 200 is independent of the motor speed and depends only on the degree of coupling controlled by the piston 33.
It is obvious that the movement of the piston 33, during the operation of the regulator, changes the load of the
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capacitor 67 and causes a transient flow of current in the stabilizer winding 40, in order to oppose the control movement of the valve 34, in a manner analogous to what has been said for Figures 1 and 2.
In FIG. 4, an embodiment of the invention is shown, intended to facilitate the operation of two motor-generator groups delivering in parallel on the same charging circuit. According to this variant, each motor-generator group is provided with a regulator similar to that of Fig, 1, and these groups are electrically connected using certain characteristics of Figs. 2 & 3. The elements of the regulator associated with engine 10 have the same references as in FIG. 3, and the elements of the regulator associated with engine 10 'have received similar references.
In Fig. 4, the circuit of each control winding 39, 39 'of the regulators is established as Fig. 2 and comprises, in opposition to the tacho generator, a selectable part of the unidirectional voltage of the battery, appearing at the terminals of the rheostat 59, connected as a potentiometer * The circuit of the control hoarseness 39 also comprises a resistor 210, and the circuit of the winding 39 'comprises a resistor 210'. In particular, the circuit of winding 39 is as follows: positive terminal of rectifier 56, upper part of potentiometer 59, resistor 210, winding 39, rheostats 57 & 58, negative terminal of rectifier 56. The power supply circuit of the winding 39 'is the same from the rectifier 56'.
Pig.4's stabilizer windings 40, 40 'are each powered by a variable-coupling transformer and bridge rectifiers, as described in connection with Fig. 3. The variable coupling transformer 200 is controlled by the motor regulator 10, and the variable transformer 200 'is controlled by the motor regulator 10'.
So that the motors 10 & 10 'are charged equally, or in a desired proportion, each regulator is provided with an additional winding, or of parallel operation, connected in such a way as to be sensitive to the difference of the currents passing through them. circuits of the control windings 39 and 39 '. More precisely, with each winding 39 and 39 ', there is respectively associated a winding 211 and 211' running in parallel. These windings 211, 211 ', are in series and measure the difference of the voltage drops in the resistors 210. , 210 '.
During operation, it is evident that when the two motors 10 and 10 'are operating at exactly the desired speed, the currents in the
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circuits of the windings 39 and 39 'are equal, so that no current passes through the coils 211, 211'. If now the load on one of the motors, for example 10, decreases so that that motor 10 accelerates, the current in winding 39 and resistor 210 increases. This larger current operates the engine governor 10 to shut off the intake somewhat.
At the same time, the greater voltage drop across resistor 210 causes a differential current to flow through windings 211 and 211 ', in a direction which tends to oppose the closing of the motor intake. 10, and to help the closing of the engine intake 10 '. In this way, each motor is prevented from reducing its load and transferring the entire load to the other motor, during the smallest irregularity in operation. The operation is done in the opposite direction if the motor 10 drops speed for a higher load.
In all of the above embodiments, a three-phase tachymeter generator with a three-phase rectifier has been used to obtain a one-way voltage proportional to the speed of the motor. Of course, technicians know that with such a device, a certain AC, or ripple, voltage appears in the DC output circuit, continuously passing through the control winding 39 of the regulator. The Applicant Company has found that this ripple current is highly desirable because it produces a very slight, but continuous, oscillation of regulator valve 34, around an average position determined by the value of the DC component in coil 39. .
The piston valve 34 thus being kept in continuous movement, the corresponding friction in its cylinder is considerably reduced. If desired, the same effect can be produced by a separate coil, on solenoid 38, supplied by the alternating current of the generator.
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