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Commande électronique de moteurs.
L'invention concerne les appareils de commande de mo- teurs électriques, et se rapporte particulièrement à un circuit électronique pour commander un moteur à courant continu alimenté par une source de courant alternatif.
On recherche depuis des années un moteur électrique alimenté par une source de courant alternatif et pourvu d'un dis- positif pour maintenir sa vitesse constante dans une gamme de vi- tesses réglables exceptionnellement étendue. De nombreuses solu- tions plus ou moins satisfaisantes ont été proposées dans le passé.
Par exemple, différents dispositifs d'embrayages à friction, mo- difications du moteur à induction à rotor bobiné, ou des comman- des mécaniques utilisant un moteur à courant alternatif à vitesse
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constante et un arbre moteur à vitesse variable. Une autre solu- tion ayant eu beaucoup de succès consiste en un groupe moteur- génératrice à vitesse réglable. Aucun de ces moteurs spéciaux à vitesse réglable n'est cependant sans défaut caractérisé, que ce soit la gamme de vitesse étroite, une caractéristique couple- vitesse très pauvre surtout aux faibles vitesses, prix de premier établissement, entretien, difficultés de montage, vibrations exagérées ou difficultés rencontrées dans la commande de l'accé- lération ou de l'inversion du sens de marche.
L'invention a les buts suivants :
Créer un nouveau système de commande électronique pour utiliser un moteur à courant continu alimenté par une source de courant alternatif. Créer un nouveau système de commande élec- tronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif, qui permet d'amener le moteur à la vitesse désirée par une accélération très progressive.
Créer un nouveau système de commande électronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif permettant de régler la vitesse du moteur dans une gamme exceptionnellement étendue.
Créer un nouveau système de commande électronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif, qui maintient la vitesse du moteur constante à n'im- porte quelle vitesse choisie indépendanL.ient de la charge ou des variations de charge.
Créer un nouveau système de commande électronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif permettant la commande automatique de l'inversion du sens de marche du moteur.
Créer un nouveau système de commande perfectionné pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif de façon à avoir un couple maximum à faibles vitesses.
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Créer un système de commande électronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif qui protège le moteur et la ligne, en supprimant les à-coups de courant dangereux pendant le démarrage et l'inversion du sens de marche du moteur.
Créer un système de commande électronique pour actionner un moteur à courant continu par une source de courant alternatif, qui permet une commutation perfectionnée du moteur pendant l'in- version du sens de marche.
Conformément à la présente invention, une source de cou- rant alternatif envoie du courantdans l'induit d'un moteur shunt à courant continu à rotor bobiné à travers une paire de valves redresseuses de courant à décharge électrique pour la commande.
Les valves de commande peuvent être du type à arc, de préférence des thyratrons, et peuvent être arrangées de façon à conduire le courant à l'induit pendant chaque demi-période du courant de la source. La valeur du courant envoyé à l'induit dépend alors et du moment dans la demi-période, connu sous le nom de point d'al- lumage, auquel les valves de comnande commencent à conduire le courant et de la force contre-électromotrice du moteur en circuit avec les valves. Comme la grandeur de la force contre-électro- motrice dépend de la vitesse de l'induit pour un champ fixe, on peut régler le moteur en réglant le point d'allumage.
Pour commander le point d'allumage, on applique une ten- sion de commande entre l'électrode de commande, ou grille, et la cathode de chaque valve de commande, qui consiste en une tension alternative de la fréquence de la source mais déphasée par rapport à elle, superposée à un potentiel continu variable. Lorsque le potentiel continu varie, le point d'allumage c'est-à-dire l'ins- tant dans une demi-période à laquelle la tension grille-cathode dépasse la valeur critique nécessaire pour rendre la valve conduc- trice, varie.
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La composante variable de la tension de commande est composée en principe d'un potentiel pratiquement constant et d'une tension variable provenant d'une source de courant continu auxi- liaire par l'intermédiaire d'une maîtresse-valve électrique. Cette maîtresse-valve peut être une pentode connectée de manière que l'amplitude de la tension variable dépend de la conductivité de la maîtresse-valve.
Pour le réglage de la vitesse, la conductivité de la maîtresse-valve est réglée en fonction de la tension et du courant d'induit et aussi par le réglage d'un potentiomètre de commande de vitesse. Des tensions proportionnelles à la tension d'induit et au réglage du potentiomètre de commande de vitesse sont appli- quées directement au circuit de commande de la maîtresse-valve.
Une autre tension qui varie avec la valeur du courant d'induit est aussi appliquée au circuit de commande de la maîtresse-valve par l'intermédiaire d'un circuit amplificateur comprenant une première valve électrique auxiliaire. Les effets de ces tensions sur la maîtresse-valve sont proportionnas de façon que la con- ductivité de la maîtresse-valve serve à ajuster automatiquement le point d'allumage des valves de commande en fonction des varia.- tions de couple. Le point d'allu@age est avancé quand le couple augmente et retardé quand il diminue de façon à maintenir la vitesse constante pour un réglage particulier quelconque du po- teatiomètre de commande de vitesse.
Un second circuit amplificateur utilisant une seconde valve électrique auxiliaire sert à appliquer encore une autre tension au circuit de commande de la maîtres se-valve. Cependant, cette seconde valve auxiliaire n'est pas conductrice et n'a pas d'effet sur la maîtresse-valvependant le fonctionnement normal du moteur ] le. vitesse choisie. Au contraire, les seconds circuit amplificateur et valve sont employés pour commander l'accélération et l'inversion du sens de marche du moteur et pour protéger le
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moteur contre des courants exagérés en cas de surcharge.
La seconde valve auxiliaire est commandée en fonction de la différence entre une tension proportionnelle au courant d'in- duit et une tension apparaissant aux bornes d'un condensateur. La. tension du condensateur est réglée de façon que, au moment du fonctionnement du démarreur, la maîtresse-valve maintienne les valves de commande non-conductrices. Après celà le point d'al- lumage des valves de commande est avancé progressivement mais rapi- dement de façon à augmenter la tension moyenne d'induit. Cepondant, si le courant d'induit a tendance à dépasser une certaine limite prescrite perdent l'accélération, le point d'allumage est retarda.
Il faut remarquer qu'une augmentation du courant d'in- duit au-delà de la valeur prescrite supérieure à la quantité normale tend à agir sur la maîtresse-valve par l'intermédiaire à la fois de la première et de la seconde valves auxiliaires, mais en sens opposas. Cependant, les caractéristiques de tube et les constantes de circuit sont telles que l'action amplificatrice de la seconde valve auxiliaire est beaucoup plus puissante que celle de la première valve auxiliaire, de sorte que l'action de celle-là submerge entièrement l'opposition.de celle-ci.
Quand la vitesse du moteur croît, la force contre- électromotrice augmente faisant diminuer le courant d'induit jascu'à sa vc leur normale déterminée par les conditionsde charge du moteur. Quand le moteur s'approche de la vitesse choisie et que le courant d'induit descend donc en-dessous de la valeur pres- crite, les tensions dans le circuit de comande de la seconde va.lve auxiliaire rendent celle-ci non conductrice. Apres celà, la première valve auxiliaire reprend la commande du point d'al- lumage d.es valves de commande pour maintenir la vitesse constante à sa valeur choisie indépendamment des variations de couple.
Ce- pendant, la seconde valve auxiliaire revient en jeu pour retarder le point d'allumage si une surcharge provoque un courant d'induit excessif.
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Un dispositif d'arrêt peut être également prévu, qui, en fonctionnant, reflet la seconde valve auxiliaire en circuit pour retarder le point d'allumage des valves de commande jusqu'à ce que celles-ci ne conduisent plus, interrompant, de ce fait, le courent dans l'induit. Des dispositifs dynamiques de freinage ainsi que des dispositifs d'inversion sont prévus pouvant amener le
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licteur à rccoi;n,,eiiccT l'opération en sens inverse de rotation sous 1.'.. commande de la .u? Stresse-valve, si on le désire.
::fin de pouvoir régler la vitesse du moteur dans une gamme supplémentaire au-delà de la vitesse normale, un dispositif est prévu pour affaiblir l'excitation du moteur une fois qu'il atteint sa vitesse normale ou de base. Le courant est envoyé à l'excitation à travers d'autres valves à décharge électrique pour la commande de l'excitation, de préférence des thyratrons. En
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choisissant la vitesse de marche du moteur par le r{2,lo:;e' ::112.nr.81 d'un potentiomètre, une tension de polarisation est ,'.'-;D10.,;.Oi1t choisie pour les valves de CO¯ t::C llCi.4 d'excitation.
Cependant, un relais SSl1f:lbls à la vitesse du noteul' eli-pêche l'action de cette tension de polarisation aussi longtemps que le J.lOtc:.J.r n'a pas fttEinb sa vitesse lî'..¯s.le. Do.c la vitesse du moteur est llili- GLie::lEi2t: r''sl'I'e par lci valves de co....z.,iàc d'induit j scjLi'à ce que le . ').0 t 0:1..1.1' rttcint sa vitesse norf.-ale et ensuite, les va.Lves de c<>;i- :i!.ttG.C: d' exci t8.tiOll i:C;..Ve.Li, intervenir pour diminuer l'excitation et au'-.inter la vlbesse jusqu'à l,. valeur dsire su¯:?''iure la v-i C, 0S::: 1.*, d Û;,SC. j.yT'U,:s :; Lf'¯lC l'on #. atteint L v -1 1, c i s : i.1lWlC i:é#iz,i,i, la tension d'induit, est C.Vld.C,.,¯ënt COHL..2.nd(c. de l ¯. -1 (:ïC décrite afin de Biaintenir la vitesse du moteur pr.tiduclent cons- tante.
Si l'on diminue, par réglage manuel, la vitesse du moteur jusqu'à ou en-dessous la vitesse normale, la tension de polarisa- tion des valves de commande d'excitation devient inopérante et
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l'excitation est ramenée à. sa valeur no1':.18.1e. Par conséquent le moteur tourne toujours à pleine excitation pour des vitesses égale
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ou inférieures à la vitesse de base.
Les caractéristiques nouvelles de l'invention sont exposées en détail dans les revendications annexées. L'invention elle-même, ses avantages et ses buts rassortiront clairement à la suite de la description suivante de forces d'exécution parti- culières avec référence au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est un schéma de la. forme d'exécution pré- fér6e de l'invention, et les figures 2 et 3 sont des graphiques servant à mieux expliquer le fonctionnement de certaines parties du circuit.
Comme indiqué au dessin, une source de courant alternatif 5 est reliée par un interrupteur 7 au primaire 9 d'un transforma- teur 11. Un des secondaires 13 du transformateur a une extrémité 14 reliée à l'anode 15 d'une valve de commande à décharge élec- trique 17, et l'autre extrémité 19 est reliée à l'anode 21 d'une autrevalve de commande à décharge électrique 23. Les cathodes 25 et 27 des valves de commande 17 et 23 sont reliées par une résistance 29, et un contacteur 31 d'un relais 33 ou un con- tacteur 35 d'un relais 37 à une extrémité, 39 ou 45, suivant le cas, de l'induit 41 du moteur 43.
L'autre extrémité, 45 ou 39, suivant le cas, de l'induit 41 est connectée par -un autre con- tacteur 47 du relais 33, ou contacteur 49 du relais 37, à une prise médiane 51 du secondaire 13 du transformateur 11. Comme il sera exposé ci-après, le relais 33 est actionné pour fermer les contacteurs 31 ou 47 de ce qui peut être dénommé marche avant du moteur, et le relais 37 est actionné pour fermer les contacteurs 35 et 49 de marche arrière. Il faut remarquer aussi que la ré- sistance 29 a. une résistance faible qui ne diminue pratiquement pas l'intensité du courant.
Les grilles de commande 53 et 55 des valves de commande 17 et 23 respectivement, sont réunies dans un circuit partant d'une grille 53 par la résistance de grille 57, le secondaire 59 d'un autre transformateur 61, et une autre résistance de grille 63,
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jusqu'à l'autro grille 55.
Le circuit de commande de la valve de commande 17 va. de sa grille 53 par la résistance de grille. 57, une moitié du secondaire 59 du transformateur 61, la prise médiane 65 au tronsformateur 61, un conducteur 67 une partie d'un poten- tiomètre 69, la prise réglable 71 sur le potentiomètre une résistance 73, une paire de résistances 75 et 77, les conducteurs 76 et 73, Luie partie d'un potentiomètre de réglage de vitesse 79 jusqu'à sa.
prise variable 81, et ensuite par un contacteur 83 d'un relais 85, qui sert à la marche avant du moteur, un chemin parallèle comprenant une résistance 37 d'un côté et un condensa- tour 89 de l'autre, et une résistance 29, pour aboutir à la cathode 25. Le circuit de commande de l'autre valve de commande 23 peut être trace de même.
Le transformateur 61 reçoit son courant d'une source alternative 5 par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur 91. Par conséquente une tension alternative à la fréquence de la source, maisdéphasée par rapport à elle, est appliquée au circuit de commande des valves de commande 17 et 23. Le déphasage est dé- termine; de préférence à une valeur de 90 en retard sur la source.
Une tension continue est développée aux bornes des ré- sistances 75 et 77 mises en série et du potentiomètre 79 au moyen d'un redresseur à double alternance 93 avec les éléments de fil- trage 95 et 97, alimenté par la source 5 au moyen d'un transfor- mateur auxiliaire 99. La polarité de la tension aux bornes des résistances 75 et 77 tend à rendre les grilles de commande 53 et 55 des valves de commande 17 et 23 positives par rapport aux cathodes 25 et 27.
Une tension est aussi développée aux bornes de la ré- sistance 73, d'une grandeur fonction de la conductivité d'une maîtresse-valve électrique 101, qui peut être un tube amplifica- teur, de préférence une pentode. La maîtresse-valve 101 est insérée dans un circuit partant de la borne positive d'une ré-
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sistance 75, par la résistance 73, et l'anode 103 et la cathode 105 de la maîtresse-valve 101,pour aboutir à la borne négative de la résistance 77. La polarité de la tension aux bornes de la résis- tance 73 est opposée à celle des résistances 75 et 77 dans le circuit de commande des valves de commande 17 et 23.
Une tension continue est aussi établie aux bornes du potentiomètre 69 par un circuit doubleur de tension 107 alimenté par la source à travers un transformateur 109. La polarité de la tension aux bornes de la partie du potentiomètre 69 qui se trouve dans le circuit de commande des valves de commande 17 et 23 est aussi opposée à celle des résistances 75 et 77.
La résistance 87 dans le circuit de commande des valves de commande 17 et 23 est mise en série avec une autre résistance 111 aux bornes de l'induit 41. Par conséquent, un potentiel pro- portionnel à la tension d'induit est appliqué sur la résistance 87. Quand l'induit 41 est parcouru par le courant, une tension est créée aux bornes de la résistance 29 et, comme il a été dit plus haut, une tension est aussi appliquée a.u circuit de commande des valves de commande 17 et 23 par une partie du potentiomètre 79.
Cependant, les grandeurs des différentes tensions appliquées au circuit de commande des valves de commande sont telles, que. des variations dans les tensions aux bornes des résistances 87 et 29 et potentiomètre 79 n'ont pratiquement pas d'effet sur les valves de commande.
Le potentiel de commande entre cathode et grille con- siste,de ce fait, en principe de la tension alternative déphasée produite par le transformateur 61, une tension pratiquement cons- tante fournie par le potentiomètre 69 et les résistances 75 et 77, et une tension variable fournie par la résistance 73. Ces ten- sions sont proportionnées de telle façon que lorsque la maîtresse- valve 101 laisse passer un .courant maximum, la tension négative aux bornes de la résistance 73 a une grandeur telle qu'elle em-
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pêche la tension de commande grille-cathode des valves de commande, dc dépasser la valeur critique nécessaire pour rendre ces valves conductrices.
Si la conductivité de la maîtresse-valve diminue graduellement, la tension de commande grille-cathode résultante des valves de commande dépasse la valeur critique de plus en plus tôt dans les demi-périodes successives de la source. En d'autres mots, le point d'allumage des valves est avancé quand la. conductivité de la maîtresse-valve diminue.
On dispose ainsi d'un système de commande de moteur dans lequel le courant est envoyé dans l'induit à travers des valves de commande, à réglage par grille du type à arc, le point d'al- lumage des valves de commande dans une demi-période, étant com- mande par la conductivité d'une maîtresse-valve. Afin de mieux comprendre le fonctionnement et l'intérêt d'un tel système, il faut se reporter aux caractéristiques d'un moteur shunt à courant continu conventionnel.
Nul n'ignore qu'un moteur shunt courant a normalement une caractéristique vitesse-couple légèrement in- clinée qui peut être représentée par l'équation: n = E - IR/ c y où C # n est le nombre de tours par minute; E la tension continue aux bornes de l'induit; I le courant d'induit; R la résistance du circuit d'induit; est le flux magnétique primaire; et C est le coefficient de proportionnalité. Dans les conditions normales E est constant, ss et R peuvent être considérés comme constant et l'équation présente n comme une fonction linéaire de I, ou du coupe. La vitesse du moteur diminue lorsque le couple augmente à cause de la chute de tension dans l'induit, qui, avec y supposé constant, est directement proportionnelle au couple.
La variation de vitesse dépend évidemment de la résistance d'induit et, à vi- tesse normale, représente 8 à 12% pour le couple passant de charge nulle à charge maximum. A des vitesses plus faibles, le pourcentage de variation de vitesse est plus élevé puisque pour des valeurs plus faibles de E, IR forme un pourcentage plus im-
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portant de la tension d'induit et son influence est donc plus prononcée.
Dans un système comme celui représente à la figure 1, au contraire, l'interprétation de l'équation vitesse-charge doit être modifiée de façon appropriée. Tout d'abord, ni la tension d'induit E ni le courant I sont des valeurs continues pures.
Ensuite, la valeur moyenne de la tension E aux bornes de l'induit n'est pas constante comme c'est le cas dans un moteur continu conventionnel. Si le point d'allumage des valves de commande reste fixe pendant le temps que le couple varie de charge nulle à charge maximum, E lui-même varie comme une fonction du couple et de ce fait la vitesse est une fonction beaucoup plus complexe de I que celle représentée par l'équation vitesse-charge.
Le concept de tension d'induit reliée à l'alimentation par valves à commande par grille, comme indiquée à la fig. 1, ressortira plus clairement en se référant aux figures 2 et 3.
Celles-ci ne représentent pas le fonctionnement du système de la figure 1 dans lequel le point d'allumage des valves de commande peut être déplacé, mais d'un système avec point d'allumage fixe.
Par simplification, les figures 2 et 3 représentent, en fonction du temps, les tensions relatives à une seule valve de commande. La base 113 représente le potentiel de la cathode de la valve de commande et, afin d'encore simplifier les courbes, on suppose que la tension de commande grille-cathode critique nécessaire pour rendre la valve de commande conductrice est zéro, c'est-à-dire que la valve devient conductrice pendant une demi- période positive de la source quand la tension de la grille de commande dépasse le potentiel de la cathode 113. La tension d'ali- mentation de la valve de commande est représentée par la courbe 115 et la courbe 117 représente le potentiel de la grille de commande.
Soit le premier cas, où le moteur est au repos. Il se
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comporte alors comme une simple charge résistive et inductive.
Dans ces conditions, la tension d'alimentation 115, qui est pratiquement une sinusoïde, a la ligne 113 comme base de réfé- rence. Ainsi, au début d'une demi-période de la tension d'ali- nentation d'anode, le potentiel d'anode tombe le long de la courbe 115. Quand la courbe de potentiel de grille 117 atteint la ligne de potentiel de cathode 113 au point 119, la valve conduit et le courant commence à passer dans l'induit, comme l'indique la courbe 121. A cause de la self d'induit, l'écoule- ment de courant ne cesse pas quand la tension d'alimentation 115 passe par zéro au point 123 mais continue jusqu'au point 125.
L'amplitude de la courbe de courant d'induit 121 peut être très élevée et dépend de la position du point d'alluraage et de la résistance et de l'inductance de l'induit. Evidemment, quand la valve devient conductrice le potentiel d'anode tombe suivant la ligne 126 jusqu'à la valeur de la chute de tension dans l'arc 127 et reste à cette valeur jusqu'à ce que la valve n'est plus con- ductrice, au point 125, auquel moment le potentiel d'anode suit d'abord la ligne 128 puis la ligne 115. La tension d'induit suit donc une courbe formée par les points 129, 119, 131, 123, 133, 125.
Une fois que le moteur tourne et que sa vitesse est établie la situation est toute différente comme l'indique la figure 3. Il y a maintenant la force c.é.m. dans l'induit, qui, dans des condi- tions données invariables représente un potentiel continu cons- tant qui peut être considéré comme directement proportionnel à la vitesse des moteurs, en admettant un flux magnetique constant.
La force c.é.m. est représentée par la courbe 135. Il est évi- dent que la sinusoïde de la courbe de tension d'alimentation 115 a comme base de référence la courbe 135 et non la ligne de po- tentiel de cathode 113.
La tension d'anode suit de nouveau la courbe 115 au début d'une demi-période positive de tension d'alimentation.
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Au point 119, la valve devient conductrice et la tension d'anode tombe le long de la ligne 126 à la chute de tension dans l'arc 127 où elle se maintient jusqu'à ce que la valve n'est plus conduc- trice, au point 137, auquel moment la tension d'anode remonte le long de la ligne 128 et suit la courbe 115. Quand la valve con- duit, l'induit reçoit le courant représenté par la courbe 139.
Ici de nouveau, le passage du courant ne cesse pas quand la courbe 115 coupe la ligne 113 au point 138 mais il continue jusqu'au point 137 où la force électromotrice induite devient égale à la tension appliquée. La valeur moyenne de la chute IR dans l'in- duit est proportionnelle à la différence entre les aires 119-131- 138 et 138-140-137 et est inférieure à la chute IR représentée par la différence entre les aires 119-131-123 et 123-133-135 de la figure 2. Par conséquent, la valeur moyenne du courant d'induit représenté par la courbe 139 est inférieure à celle représentée par la courbe 121 de la figure 2.
Si le couple de charge du moteur augmente, le courant d'induit augmente aussi bien que la chute IR. La figure 3 montre que pour le même allumage de la valve de commandée un accroisse- ment du courant d'induit exige une diminution de force c.é.m. et donc, une diminution de la vitesse. De plus, la valeur moyenne de la tension d'induit diminue aussi puisque elle varie avec la force c.é.m., comme on peut le voir à la fig. 3, au lieu de rester constante comme dans le cas d'un moteur à courant con- tinu ordinaire. C'est pourquoi, en se reportant à l'équation vitesse-couple, on verra que lorsque le couple augmentée non seulement la chute IR augmente mais la tension d'induit diminue de sorte que la vitesse du moteur tend à tomber très rapidement.
L'invention présente empêche ces variations de vi- tesse dues aux variations de couple, en réglant automatiquement le point d'allumage des valves de commande 17 et 23 en fonction
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des variations du couple de sorte que l'allumage est avancé quand le couple augmente et retardé quand le couple diminue. Ceci est obtenu en réglant la conductivité de la niaitresse-valve 101.
Le circuit de commande de la maîtresse-valve 101 part de la grille de commande 141 par la résistance 143, un curseur 145 d'un potentiomètre 147, une résistance variable 149, une résistance 87, le contacteur 83 du relais 85, le curseur 81 du potentiomètre 79, les conducteurs 78 et 76, pour aboutir à la cathode 105. Comme décrit plus haut, il y a une tension propor- tionnelle à la tension d'induit aux bornes de la résistance 87 et la polarité de cette tension est opposée à la tension appli- quée au circuit de commande de la maîtresse-valve par la partie du potentiomètre 79 comprise entre le conducteur 78 et la prise 81. Ces deux tensions déterminent principalement la conductivité de la maîtresse-valve.
En supposant, pour le moment, que le couple reste constante la conductivité de la maîtresse-valve 101 et, de ce fait, l'allumage des valves de commande et la vitesse du moteur, sont détermines par le réglage du potentiomètre 79. Celui-ci comprend une partie très résistante 151 en série avec une partie très peu résistante 153. Quand le curseur 81 se déplace en par- tant de l'extrémité de la partie résistante 151 connectée au conducteur 78, vers le point commun à la partie 151 et à la partie conductrice 153, la vitesse du moteur croît jusqu'à at- teindre la tension moyenne d'induit nécessaire pour faire tour- ner le moteur à sa vitesse normale, le curseur 81 étant à la jonction des parties 151 et 153.
Si le couple varie, la tension d'induit varie ainsi que la tension aux bornes de la résistance 87. Par conséquente la conductivité de la maîtresse-valve 101 change. La polarité de la tension sur la résistance 87 est telle qu'une augmentation de couple, par la résistance 87, diminue la conductivité de la
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maîtresse-valve et avance l'allumage des va.lves de commande.
De même, la tension de la résistance retarde l'allumage si le couple diminue. De cette manière l'appareil compense les varia- tions de tension d'induit dues aux variations de couple.
Pour compenser les variations dans la chute IR dans l'induit dues aux variations de charge, on établit en plus une tension sur un potentiomètre 147. Celui-ci est relié à une source de tension continue 155 par l'intermédiaire de l'anode 157 et de la cathode 159 d'une première valve auxiliaire 161. Le circuit de commande de cette valve 161 part de sa grille de commande 163 par une résistance 165, une partie d'un potentiomètre 167, un condensateur 169 et une résistance variable 149, pour aboutir à la cathode 159.
Une petite tension continue se trouve aux bornes du potentiomètre 167 et tend à diminuer la conductivité de la pre- mière valve auxiliaire 161. Le condensateur 169 est mis en série avec une résistance 171 aux bornes de la résistance 29 dans le circuit d'alimentation de l'induit. Par conséquente le condensa- teur 169 applique une tension au circuit de commande de la pre- mière valve auxiliaire 161, qui est proportionnelle au courant dans l'induit 41. La tension aux bornes du condensateur 169 change donc avec les variations du couple de l'induit. Ces variations de potentiel sur le condensateur 169 sont amplifiées par la valve auxiliaire 161, et appliquées au potentiomètre 147 dans le cir- cuit de commande de la maîtresse-valve 101.
Le potentiomètre 147 est inséré dans le circuit de commande de la maîtresse-valve de telle façon qu'un accroissement du courant d'induit provenant d'une augmentation de couple, avance l'allumage des valves de commande. Similairement, une diminution de couple retarde l'al- 1 nage des valves de commande. Il faut remarquer que l'importance de la compensation peut être réglée en ajustant un potentiomètre
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147 qui sert à adapter l'appareil à un moteur particulier quel- conque.
Ainsi l'appareil compense à la fois les variations de tension d'induit et de chutes de tension IR dues à des variations de couple ou de charge de manière à maintenir la vitesse du mo- teur à la valeur déterminée par le réglage du potentiomètre 79.
Le démarrage et l'accélération d'un moteur à courant continu pose plusieurs problèmes supplémentaires pour la com- mande du moteur. En général il y a deux procédés pour obtenir une accélération automatique: primo, le procédé à retardement et secundo, le procédé à limitation de courant. Dans le premier cas, la tension appliquée à l'induit est graduellement augmentée jusqu'à sa valeur normale, de manière à permettre au moteur de démarrer doucement. Dans le second cas, on ne permet pas au courant d'induit de dépasser une limite déterminée et on adapte ainsi l'accélération à la nature de la charge, le temps d'accé- lération étant différent pour des charges différentes.
Dans le système représenté à la figure 1, le moteur accélère automatiquement suivant un procédé ayant à la. fois les avantages du retardement et de la limitation de courant. La résistance 87 dans le circuit de commande de la maîtresse-valve 101 est aussi insérée dans un circuit amplificateur partant de l'extrémité positive de la résistance 75 par une' une résistance 173, l'anode 175 et la cathode 177 d'une seconde valve auxiliaire 179, la résistance 87, le contacteur 83 du relais 85, la prise 81 et une partie du potentiomètre 79, les conducteurs 78 et 76, pour aboutir à la borne négative de la résistance 77. Ainsi l'amplitude de la tension aux bornes de la résistance 87 varie aussi en fonction de la conductivité de la seconde valve auxi- liaire 179.
Quand la tension de la résistance 87 est élevée, la maîtresse-valve 101 est très conductive afin d'empêcher le
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passage de courant dans les valves de commande 17 et 23.
La seconde valve auxiliaire 179 est de préférence une pentode caractérisée par un cut-off net. Le circuit de commande de la seconde valve auxiliaire 179 part de sa grille de commande 181 par une résistance de grille 183, une partie d'un potentio- mètre 185, un conducteur 187 et une résistance 29, pour aboutir à la cathode 177 de la valve 179. Le potentiomètre 185 est mis en série avec une résistance variable 189, aux bornes d'un con- densateur 191, par l'intermédiaire d'un contacteur 193 d'un relais 195 ou d'un contacteur 197 d'un autre relais 199. Le condensateur 191 est à son tour relié à une autre source de tension continue 201, à travers une résistance variable 203 et, soit un contacteur 205 du relais 33, soit un contacteur 207 du relais 37.
Les re- lais 33 et 195 sont alimentés après manoeuvre d'un interrupteur de démarrage de marche avant 209, tandis que les relais 37 et 199 le sont par la manoeuvre d'un interrupteur de démarrage de marche arrière 211. Après manoeuvre soit du démarreur 209 soit du 211, le condensateur 191 se charge à un niveau déterminé par le ré- glage de la résistance 203. La tension aux bornes du condensa- teur 191 apparaît sur le potentiomètre 185, et une partie est appliquée au circuit de commande de la seconde valve auxiliaire 179.
Après manoeuvre d'un des démarreurs 209 ou 211, le relais correspondant parmi les relais 195 et 199 est excité et ferme le contacteur 193 ou 197. A ce moment, on ferme un circuit de dé- charge sur le condensateur 191, par le contacteur 193 ou 197 et les contacteurs 213 et 215 des relais 33 et 37 respectivement, de façon à décharger le condensateur. Par conséquent, la tension appliquée au circuit de commande par le potentiomètre 185 est pratiquement nulle, et la seconde valve auxiliaire 179 est très conductrice. Il s'en suit que la maîtresse-valve 101 est très
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conductrice et empêche les valves de commande 17 et 23 d'envoyer du courant dans l'induit. Après un court instant le circuit de décharge est rouvert par l'excitation du relais 33 ou 37 et le condensateur 191 recommence à se charger.
Comme la tension sur le potentiomètre 185 augmente avec la charge du condensateur 191, la conductivité de la seconde valve auxiliaire 179 diminue et tend à rendre les valves de commande 17 et 23 conductrices de plus en plus tôt dans les demi-périodes successives du courant alternatif de la source 5.
Quand le courant passe dans l'induit 41, une tension pro- portionnelle à l'amplitude du courant apparaît aux bornes de la. résistance 29 dans le circuit de commande de la seconde valve auxiliaire 179. La polarité de la tension aux bornes de la résis- tance 29 est opposée à celle de la tension sur le potentiomètre 185 dans le circuit de commande. Ainsi, un accroissement de la tension de la résistance 29 tend à retarder l'allumage des valves de commande et une augmentation du potentiel sur le potentio- mètre 185 tend à avancer l'allumage des valves de commande. La seconde valve auxiliaire est réglée donc suivant la différence entre la tension sur la partie du potentiomètre 185 se trouvant dans le circuit de commande et la tension sur la résistance 29.
La tension sur le potentiomètre 185 apporte la plupart des avantages du procédé d'accélération par retardement. L'allu- mage des valves de commande est graduellement avancé, à partir d'un point se trouvant très loin dans une demi-période, par l'accroissement de la tension du potentiomètre provoqué par la charge du condensateur 191, ce qui donne une accélération douce et progressive.
La tension de la résistance 29 apporte la plupart des avantages du procédé d'accélération par limitation de courant.
La tension de la résistance n'a aucun effet sur la position de
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l'allumage aussi longtemps que le courant d'induit ne dépasse pas la valeur normale, mais s'il le dépasse, la tension de la résis- tance retarde l'allumage de façon à maintenir le courant d'induit dans les limites normales. La résistance 29 ne peut avdr d'effet au dé- part de la période d'accélération puisqu'il ne peut agir sur l'al- lumage, aussi longtemps qu'il n'y a pas de courant dans l'induit.
C'est la tension du potentiomètre qui règle l'allumage au départ.
Pour avoir une accélération douce et progressive dès le départ et jusqu'à la vitesse désirée, la charge du condensateur 191 est réglée de façon que la commande de l'allumage par la tension du potentiomètre ne se fasse que pendant les quelques premières pé- riodes de courant, pendant lesquelles le condensateur se charge à un niveau prédétermine. Après cela, on maintient la tension sur le condensateur et la tension sur la résistance 29 sert à main- tenir le courant d'induit dans les limites normales. La limite supérieur pour le courant d"induit est évidemment déterminée par le réglage du potentiomètre 185, ce réglage fixant la tension maximum en opposition avec la tension sur la résistance 29 dans le circuit de commande de la seconde valve auxiliaire.
Si l'on désire une accélération extrêmement douce et lente, on peut évi- demment charger le condensateur plus lentement de façon à étendre son action sur le réglage du courant d'induit, sur un plus grand nombre de cycles de courant.
Il faut remarquer que l'action de la seconde valve auxiliaire 179 ¯en fonction d'un accroissement du courant d'induit, est opposée à celle de la première valve auxiliaire 161. Ceci est nécessaire parce que les deux valves auxiliaires doivent remplir deux fonctions différentes. Cependant, les constantes de circuit sont telles que la seconde valve auxiliaire 179 est maintenue non conductrice, grâce à la polarisation négative appliquée par le potentiomètre 185, dans les limites normales du courant d'induit.
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Donc, dans ces limites normales, le courant d'induit influence uniquement la conductivité de la première valve auxiliaire 161.
Si, cependant, le courant d'induit dépasse les limites normales, comme c'est le cas pendant une période d'accélération, la seconde valve auxiliaire 179 devient conductrice. Les caractéristiques des valves et les constantes de circuit sont telles que l'action amplificatrice du circuit associé à la seconde valve auxiliaire, est beaucoup plus puissante que celle du circuit associé à la première valve auxiliaire et submerge entièrement cette dernière.
Dans ces conditions, 'il est clair que la seconde valve auxiliaire, en plus de son effet de limitation du courant d'induit de démar- rage, retarde l'allumage des valves de commande dans le cas d'une surcharge de sorte que le moteur s'arrête pour un couple corres- pondant à la limite de courant d'induit prédéterminée.
L'excitation 217 du moteur 43 est connectée de façon à recevoir son courant de la source de courant alternatif 5 par l'intermédiaire du secondaire 219 du transformateur 11 et une paire de valves de commande d'excitation à décharge électrique 221 et 223, de préférence des thyratrons. Les extrémités du secondaire 219 sont reliées par l'anode 225 et la cathode 227 de chacune des valves 221 et 223 à une extrémité de l'excitation 217. L'autre bout de celle-ci est relié à la prise médiane 229 du secondaire 219. De cette manière, l'intensité du champ est commandée par les valves de commande d'excitation 221 et 223.
Les grilles 231 de celles-ci sont reliées entre elles par des résis- tances de grille 233 et un autre secondaire 235 du transformateur 61. Le circuit de commande d'une des valves de commande d'excita- tion 221 part de la grille 231 par la résistance de grille 233, une moitié du secondaire 235 jusqu'à la prise .médiane 237, ensuite par un conducteur 239, un contacteur 241 du relais 85, un curseur 243 d'un potentiomètre 245, un conducteur 247, une résistance 249,
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un conducteur 251, le potentiomètre 79 et un conducteur 253, pour aboutir à la cathode 227.
Le secondaire 235 du transformateur 61 applique une tension alternative à la. fréquence de le. source, mais dépeasée par rapport à elle, au circuit de com ande d.es valves de commande d'excitation 221 et 223. Les potentiomètres 79 et 245 appliquent une tension continteau circuit de commande, d'une grandeur telle qu'avec la tension alternative venant du transformateur 61, la. tension résultante dans le circuit de commande tend à dépasser la valeur critique nécessairepour rendre'les valves de commande d'excitation conductrices à un instant de chaque demi-période qui dépend du réglage du potentiomètre 245. Cependant, la.
résistance 249est mise en série avec le potentiomètre 245 et une résistance 261 aux bornes des résistances 75 et 77 mises en série, de sorte qu'il y a une tension aux bornes de la résistance 249. La polarité et l'amplitude de la tension de la résistance 249 dépassent toutes tensions possibles appliquées par le potentiomètre 245 au circuit de commande des valves de commande d'excitation 221 et 223, et rendent les valves conductrices au début d'une demi-période, indé- pendamment du réglage du potentiomètre 245. Un relais 255 est mis en série avec une résistance 257 aux bornes de l'induit 41 du mo- teur 43. Ce relais 255 est calculé de façon qu'il n'agit pas avant que la tension d'induit 41 n'atteint la valeur correspondant à la vitesse normale du moteur.
Quand le relais 255 fonctionne, son contacteur 259 court-circuite la résistance 249. La tension aux bornes de celle-ci devient nulle de sorte que maintenant le réglage du potentiomètre 245 commande la quantité de courant en- voyé dans l'excitation 217.
Comme indiqué plus haut, le relais 85 fonctionne 'en cas de marche avant du moteur, mais il reste au repos pour la marche arrière. Quand le relais 85 est excité, les contacteurs 83 et 241
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insèrent les potentiomètres 79 et 245 dans les circuits, comme décrit ci-dessus. Ces potentiomètres ont leurs prises réglables 81 et 243 réunies mécaniquement et travaillent en tandem. L'élé- ment résistant 151 et l'élément conducteur 153 du potentiomètre 79 sont relias en série de façon à être parcourus dans l'ordre cité par le curseur ôl, quand celui-ci balaye dans le sens horlogique la gamme des réglages de vitesse.
Le potentiomètre 245 est aussi composé d'un élément résistant 263 et d'un élément conducteur 265, mais ceux-ci sont connectas dans l'ordre inverse par rapport aux éléments correspondants du potentiomètre 79, en ce qui concerne leur curseur 243.
Avec cette disposition, les deux potentiomètres 79 et 245 sont placés simultanément au point voulu de l'échelle dès vitesses allant dans le sens des aiguilles d'une montre du mi-
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ni,;-L=ii, pour l'extrême 6[l'..lche, au .t12.xL,.'lliJ1, pour l'extrême droite.
Les s rl Gl, b8S des potentiomètres 79 et 245 dans la moitié gauche de l'échelle correspondent aux vitesses inférieures à la vitesse normale du moteur. Pour les réglages de vitesses infirieures à la
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vitesse normale le curseur 1Ji du potentiomètre 7i' se trouve sur l'élément résistant 151 pour déterminer la tension d'induite
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mais le curseur 243 du potentiomètre 245}se trouve sur l' él rncnt COllc1'.ctc:ur 265 et n'a aucun effet d'affaiblissement sur l'inten- sité .lli:):i, .1.:1:;1 du c¯.....:o..-n d'outrés :¯ots, 1 tension ài ' 1;.=<i ;, :
1 .t n'est riglée que pour des vitesses en dessous de la vitesse nor- male.
Quand les deux curseurs S1 et243 se trouvent au point
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de jonction E 1:1,r#. l'0.1(...en'c rÉsi::tr..nt et .i. 1'1'.-¯cmt conducteur de leurs potentiomètres c01TeSl)OnC:L:'1t.5, on obtient la te:.sien d'in- duit normale avec l'excitation .:a=i1..lu.!. Le ;110tCLll' tourne dors à sa vitesse de- K'.S8. Il faut ïe::.,,-ncucr que le ::ol;c:o:o t:m. v: i11< touj 0'.)':,";: avec excitation pleine 2;. des vitesses ',;[;é,les ou infé- ricures à la vitesse normale.
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Quand les curseurs 81 et 243 se trouvent dans la moi-
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tic droite de l'cBl10 de leurs potentiomètres correspondants ces réglages se rapportent à des vitesses supérieures à la vi- tesse normale. Dans ce cas-ci le curseur 81 se trouve sur l'élé- ment conducteur 153 et l'on a la tension d'induit normale. Le curseur 243, au contraire, se trouve sur l'élément résistent 263,
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de sorte qu' CLpJ"ès que le moteur a. atteint sa vitesse normale et que le relais 255 est enclencher l'excitation est diminuéc pour
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augmenter la vitesse jusque, la valeur c1,{ s11'(;8.
8i l'on veut renverser le sens de marche du moteur le relais 35 r0St..:: C(C0lii;:Ct et ses contactcu-rs 83 et 241 insè- l'eut une seconde paire de potentiomètres 267 et 269 dans les cii?cuits, a la place des potw¯'.-tio..'.;tx es 79 et 2.45. l'es potentio- mètres 267 et 269 correspondent à et sont connectas de la même façon q'r.e les potentiomètres 79 et 2h,j, respectivement.
La seconde paire de JGtC:t7.i:;-¯C,'t;-'C-S l' est pas nécessaire au fonctionnement de appareil mais elle permet de choisir a 1avance une vitesse dé marche ?.rï'i :r2 différente de celle de 1;- ²,?I'c1J.c V; .i i;, de sorte que 1 ' on peut faire des opérations successives de marches 2.V2,Út et arrière de la manière décrite C1-=.ß;lf 'S', sans devoir re- toucher les ÜU'.eWt7.Olf'.;.;2'e ,. pour amorcer le ^t'::le de co5:i m:ldE:, on ferme ,:l2,l'l'.ècllC?- ment 1'iïter:'ateur 7, ce qui connecte le siô;st';.::e à la source de couj'aut :. l'l:ern;.wl;it' 5. 1"!lr':s un ternes s.lî. :;mt 1)0l1Y' ..,.,.,t":rn l':ciïau'fe,le¯.aL des diverses valves 2.U moyen de leurs circuits de chauffage de cathode c12.s3iques, qui, prr raison de sii;
i*là<:Fi- cation, ne sont pas reprGsentés, on peut '.ïl.iloeuVrer le commuta- teur de marche avant 209 ou celui de marche arrière 211, suivant le sens de rotation désire.
Si l'on ferme le commutateur de marche avant 209, le relais 195 est alimente par un circuit partant d'une des lignes
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de courant alternatif 271 et continuant par un commutateur d'arres
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273 normalement fermée le c#iLlmt2.tel;:.r de :.K.rche avant ?09, la bobine 275 du relais 195 pour aboutir à l'autre ligne 277 de la source. Quand le relais 195 est excité, son premier contacteur 279 ferme un circuit de maintien par un contacteur normalement fermé 281 du relais 199.
Le second¯ contacteur 283 du relais 195 s'ouvre:, mais ne cha@ge rien au circuit pendant le démarrage.
Le troisième contacteur 193 ferme le circuit entrele condensa-
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teur 191 et le potentiomètre lÉ5 et la résistance 189 connectés à se bornes et complète ainsi le circuitde décharge pour le condensateur 191 par les contacteurs normalement fermas 215 et 213 des relais 37 et 33. Le quatrième contacteur 285 du relais 195 se ferme' pour compléter le circuit allant de la source p. r
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le bobine 287 du relais 35 et le CL1(ui1J1E: CO',ltrcte1.èr 2S9 se ferme POL1.:::.' <:c.;-pi ;1.icx. )2.rt1cÜJ.e':ent un circuit passant par la 8oIJlu(:" 2.1 6.11 rc.l.'.i 33.
1.1,.[lÙ le relais .35 est excité par 1.=; fer¯:l.L.t:'LI'C du C¯î)e: t¯ 1.:¯.ir cont ctaur 235 du relais 195, le premier CO!lt::.Ct(,1.D' 293 du relais 35 se fc:r¯:C'. CO"':lÜ,t:',l1t un circuit allant de la .Li /;ne 271 de la source par la bobine 291 du relais s 3, le contacteur :ior..1=#1e-<=cixt fCrEL"' 295 du relais 3'7, le cinquième conti cteUl fernic 289 du relais 195 et le cciit;..cte.ur ferme 293 du relais 85, pour aboutir i- 1autre ligne 277 de la source. Il s'er;;uic que le relais 33 étant excite son 'pr::;Ücr contacteur' 2C5 fer..-,c le cir- cuit de clls.r :, du condensateur 191. Lu lLêiile ;llolJient le second contacteur 213 du relais 33 ouvre le circuit de décharge du con-
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densateur et le troisième coüt:lct2ur 297 ouvre un circuit conte- ment la bobine 299 du relais 37.
Les quatrième et cinquième contac- teurs 47 et 31 du relais 33 ferment le circuit, passant par l'in- duit 41, pour la marche avant de celui-ci. Le sixième contacteur 301 du rela.is 33 ouvre un circuit en shunt sur l'induit 41 et con-
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tenant -une résistance 303 pour le freinage ainsi que le contacteur normalement ferme 305 du relais 37.
Il faut remarquer qu'à ce moment, le relais 255 est au repos par ce que la tension d'induit est faible, de sorte que la tension aux bornes de la résistance 249 est appliquée au circuit de commande des valves de commande d'excitation 221 et 223 de sorte que l'on a pleine excitation sur le moteur, quel que soit le réglage du potentiomètre 245.
Quand les contacteurs 47 et 31 du relais 33 se ferment insérant l'induit 41 dans son circuit d'alimentation, le condensa- teur 191 s'est déjà déchargé et la tension sur le potentiomètre 185 est égale à. zéro. La seconde valve auxiliaire 179 est donc très conductive, créant une tension élevée aux bornes de la ré- sistance 87 dans le circuit de commande de la. maîtresse-valve 101.
A cause de la tension élevée sur la résistance 87, la maîtresse- valve 101 est très conductrice, développant une tension élevée aux bornes de la résistance 73 dans le circuit de commande des va.lves de commande d'induit 17 et 23. Par conséquente celles-ci ne sont pas conductrices au moment où les contacteurs du relais 33 se ferment. A ce moment, le condensateur 191 commence à se charger à un niveau déterminé par le réglage de la résistance 203.
La tension sur la résistance 185 augmente graduellement en fonc- tion de la charge du condensateur 191, faisant diminuer progressi- velent le courant plaque de la seconde valve auxiliaire 179. La tension sur la résistance 87 et par conséquente la tension sur la résistance 73, sont alors réduites de sorte que l'allumage des valves de commande 17 et 23 est continuellement avancé dans les demi-périodes successives de courant.
Quand l'induit 41 est parcouru par le courante une tension se développe aux bornes de la résistance 29, et la con- ductivité de la seconde valve auxiliaire 179 est régléeen fonc- tion de la différence entre la tension appliquée à son circuit de
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commande par le potentiomètre 185 et la tension de la résistance 29. La tension appliquée par le potentiomètre 185 est évidemment plus élevée, au débuta et avance normalement l'allumage des valeurs de commande 17 et 23.
Cependant., si l'induit 41 tend à laisser passer un courant excessif, la. tension sur la résistance 29 monte à un niveau tel ciue la vitesse d'avancement de l'allumage des valves de commande 17 et 23est freinée, Le condensateur 191 est assez chargé après les quelques premières périodes pour ne plus avoir d'effet retardateur sur l'allumage.
Ensuite, pendant le reste de l'accél ration l'avancement de l'allumage est limité à sa position correspondant à la vitesse de rotation choisie, uni- cuement par l'action de la résistance 29 qui s'oppose à un courant exagère. la position finale du point d'allumage est évidemment déterminée à là fois par le réglage du potentiomètre 79 et par la charge fixe normale, l'avance maximum étant obtenue quand le cur- seur 81 se trouve au point correspondant à une vitesse égale ou supérieure à la vitesse de base et pour pleine charge sur le moteur.
Si le potentiomètre 79 est réglé pour une vitesse supé- rieure à levitesse normale du moteur, l'avance maximum d'allu- mage des valves de commande d'induit 17 et 23 est la même que pour le réglage de vitesse norma.le. L'augmentation de vitesse requise est obtenue alors en affaiblissant l'excitation du mo- teur.
Quand le moteur atteint sa vitesse normale après la ma noeuvre du commutateur de marche avant 209, le relais 255 est alimentée court-circuitant la résistance 249 et permettant .le retardement de l'allumage des valves de commande d'excitation 221 et 223 en fonction du réglage du potentiomètre 245. L'allu- mage des valves de commande d'excitation 221 et 223 ne peut êtreretarde entièrement instantanément, l'induction du chanp 217 ne permettant qu'une diminution progressive du courant jus-
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qu'à la va.leur correspondant au réglage du potentiomètre 245.
Il est évident que si le courant d'excitation diminue trop rapi- dément, il faudra ajouter des dispositifs pour freiner cette chute du courant d'excitation. Ceci pourra être, nécessaire dans le cas de charges à grande inertie et pour une gamme de vitesses très étendue obtenue par affaiblissement du champ.
Il faut rema.rquer que quand le champ commence à faiblir, le courant d'induit tend à croître rapidement, spécialement dans le cas de charges à grande inertie. Cependant, la seconde valve auxiliaire 179 empêche, de la manière déjà décrite, que l'induit soit parcouru par un courant excessif.
A la fin de la période d'accélération, le courant d'induit tombe dans les limites normales et la seconde valve auxi- liaire 179 ne conduit plus. Après celà, la première valve auxi- liaire 161 intervient pour compenser la chute IR. La valve 161 produit une tension aux bornes du potentiomètre 147 variant en fonction du courant d'induit. Cependant une augmentation ou une diminution du courant d'induit a un effet opposé sur la conductivité de la mâtresse-valve 101 quand elle est appliquée à son circuit de commande par le potentiomètre 147, à l' effet obtenu quand elle est appliquée par la seconde valve auxiliaire 161 et la résistance 87.
En d'autres mots, si le couple augmente, appelant un courant plus élevé dans l'induit, la tension sur le potentiomètre 147 augmente, ce qui diminue le potentiel de la résistance 73 et avance l'allumage des valves de commande 17 et 23. L'allumage des valves principales 17 et 23 est ainsi suffisam- ment avancé pour que l'induit reçoive son supplément de courant sans diminution de la vitesse.
Si l'on veut arrêter le moteur, le commutateur d'arrêt 273 doit être ouvert pour déconnecter le relais 195. Quand il l'est, il en est de même des relais 85 et 33. Le sixième contac-
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teur 301 du relais 33 ferme le circuit en shunt sur le moteur par la résistance 303 de façon que l'induit 41 freine en généra- trice.
Si l'on désire renverser le sens de marche du moteur, au lieu de simplement arrêter le moteur, on règle les potentio- mètres 267 et 269 sur une vitesse quelconque désirée dans le sens de marche inverse et on ferme directement le commutateur d'in- version du sens de marche 211, au lieu d'ouvrir le commutateur d'arrêt 273. A la fermeture dé l'inverseur 211, le relais 199 est excita et son second contacteur 281 ouvre le circuit de main- tien de façon à déconnecter le relais 195, tandis que le con- tacteur 307 ferme un circuit de maintien pour le relais 199.
Si le relais 195 est déconnecté, il en est de même des relais 85 et 33. Le troisième contacteur 197 du relais 199 ferme le cir- cuit connectant le potentiomètre 185 et la'résistance 189 aux bornes du condensateur 191 et complète également le circuit de décha.rge du condensateur 191 par les contacteurs 215 et 213 des relais 33 et 37. Le quatrième contacteur 309 du relais 199 ferme le circuit d'alimentation du relais 37 allant d'un côté 271 de la source par la bobine 299 du relais 37, le contacteur 297 du relais 33, le contacteur 311 du relais 85 et par le contacteur 309 jusqu'à l'autre extrémité 277 de la source. Il faut remar- quer que le relais 37 ne peut pas être alimenté avant que le relais 33 a été déconnecté parce que le troisième contacteur 297 du relais 33 se trouve dans le circuit d'alimentation du relais 37.
Par conséquent, il y a un moment qui se passe entre l'ouver- ture des premiers contacteurs 205 et 207 des relais 33 et 37 et la fermeture des seconds contacteurs 213 et 215,ce qui permet au condensateur 191 de se décharger. Pour la même raison, il se passe un moment pendant lequel les sixièmes contacteurs 301 et 305 des deux relais 33 et 37 sont fermés pour permettre à l'induit
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41 de freiner en génératrice. L'intervalle de temps n'est pas suf- fisant pour arrêter complètement l'induit ruais pour le ralentir seulement, et l'inversion du sens de marche l'amène d'abord à l'arrêt pour l'accélérer ensuite rapidement dans le sens opposé.
Une fois que l'induit s'est mis à tourner en sens inverse, le sys- tème de commande électronique reprend toute la commande en nains, et toutes les opérations du moteur se font en sens inverse de la même manière que pour la marche avant mais avec les potentiomètres 267 et 269 remplaçant les potentiomètres 79 et 245.
Beaucoup de modifications peuvent être apportées à la forme d'exécution préférée représentée et décrite ci-dessus, et la présente invention n'est nullement limitée à celle-ci.
REVENDICATIONS -----------------------------
1.- Système de commande pour moteur à courant continu ayant un induit, comprenant une source de courant alternatif connectée à cet induit, et un dispositif de valves à décharge électrique du type à arc inséré dans le circuit entre la source et l'induit précités, caractérisé par des dispositifs contenant un démarreur pour rendre le dispositif à valves conducteur pendant chaque demi-période du courant de la source après le fonctionnement du démarreur, et un dispositif sensible au passage du courant dans l'induit, servant à retarder l'instant auquel le dispositif à valves est rendu conducteur dans chaque demi-période de façon à 'limiter le courant d'induit à un maximum prédéterminé.
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Electronic motor control.
The invention relates to control apparatus for electric motors, and relates particularly to an electronic circuit for controlling a direct current motor supplied by an alternating current source.
An electric motor powered by an alternating current source and provided with a device to maintain its constant speed in an exceptionally wide range of adjustable speeds has been sought for years. Many more or less satisfactory solutions have been proposed in the past.
For example, various friction clutch devices, modifications to the wound rotor induction motor, or mechanical controls using an AC motor at high speed.
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constant and a variable speed motor shaft. Another very successful solution consists of an adjustable speed motor-generator unit. None of these special adjustable speed motors is, however, without any characterized defect, whether it is the narrow speed range, a very poor torque-speed characteristic especially at low speeds, initial price, maintenance, assembly difficulties, exaggerated vibrations or difficulties encountered in controlling the acceleration or reversing the direction of travel.
The invention has the following aims:
Create a new electronic control system to use a DC motor powered by an AC source. To create a new electronic control system to operate a direct current motor by an alternating current source, which allows the motor to be brought to the desired speed by very gradual acceleration.
To create a new electronic control system to operate a direct current motor by an alternating current source allowing the speed of the motor to be regulated in an exceptionally wide range.
Create a new electronic control system to drive a DC motor from an AC source, which keeps the motor speed constant at any chosen speed independent of load or load variations.
To create a new electronic control system to operate a direct current motor by an alternating current source allowing the automatic control of the reversal of the direction of travel of the motor.
To create a new and sophisticated control system to operate a DC motor by an AC source so as to have maximum torque at low speeds.
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Create an electronic control system to operate a direct current motor by an alternating current source that protects the motor and the line, suppressing dangerous current surges during starting and reversing the direction of operation of the motor.
To create an electronic control system to operate a direct current motor by an alternating current source, which allows advanced switching of the motor during the reversal of the direction of travel.
In accordance with the present invention, an alternating current source sends current to the armature of a wound rotor direct current shunt motor through a pair of electric discharge current rectifier valves for control.
The control valves may be of the arc type, preferably thyratrons, and may be arranged to conduct current to the armature during each half period of source current. The value of the current sent to the armature then depends on the moment in the half-period, known as the ignition point, at which the control valves start to conduct current and on the counter-electromotive force of the motor in circuit with valves. As the magnitude of the back electro-motive force depends on the armature speed for a fixed field, the motor can be adjusted by adjusting the ignition point.
To control the ignition point, a control voltage is applied between the control electrode, or grid, and the cathode of each control valve, which consists of an alternating voltage of the frequency of the source but phase shifted by relative to it, superimposed on a variable continuous potential. When the direct potential varies, the ignition point, that is to say the instant in a half-period at which the grid-cathode voltage exceeds the critical value necessary to make the valve conductive, varies.
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The variable component of the control voltage is in principle composed of a substantially constant potential and a variable voltage from an auxiliary direct current source via an electric master valve. This master valve may be a pentode connected such that the magnitude of the varying voltage depends on the conductivity of the master valve.
For speed adjustment, the conductivity of the master valve is regulated according to the voltage and armature current and also by the adjustment of a speed control potentiometer. Voltages proportional to the armature voltage and the speed control potentiometer setting are applied directly to the master valve control circuit.
Another voltage which varies with the value of the armature current is also applied to the control circuit of the master valve by means of an amplifier circuit comprising a first auxiliary electric valve. The effects of these voltages on the master valve are proportional so that the conductivity of the master valve is used to automatically adjust the firing point of the control valves according to torque variations. The ignition point is advanced when the torque is increasing and delayed when it is decreasing so as to keep the speed constant for any particular setting of the speed control potentiometer.
A second amplifier circuit using a second auxiliary electric valve serves to apply yet another voltage to the control circuit of the se-valve master. However, this second auxiliary valve is not conductive and has no effect on the master valve during normal engine operation. selected speed. On the contrary, the second amplifier circuit and valve are used to control the acceleration and the reversal of the direction of travel of the motor and to protect the motor.
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motor against exaggerated currents in the event of an overload.
The second auxiliary valve is controlled as a function of the difference between a voltage proportional to the induced current and a voltage appearing at the terminals of a capacitor. The capacitor voltage is adjusted so that, when the starter is operating, the master valve maintains the non-conductive control valves. After that, the ignition point of the control valves is progressively but rapidly advanced so as to increase the average armature voltage. However, if the armature current tends to exceed a certain prescribed limit lose acceleration, the ignition point is retarded.
It should be noted that an increase in the induced current beyond the prescribed value greater than the normal amount tends to act on the master valve via both the first and the second auxiliary valves. , but in opposite directions. However, the tube characteristics and circuit constants are such that the amplifying action of the second auxiliary valve is much more powerful than that of the first auxiliary valve, so that the action of the former completely overwhelms the opposition. .of it.
As the speed of the motor increases, the counter-electromotive force increases causing the armature current to decrease to its normal level determined by the load conditions of the motor. When the motor approaches the selected speed and the armature current therefore falls below the prescribed value, the voltages in the control circuit of the second auxiliary fan make it non-conductive. Thereafter, the first auxiliary valve takes over control of the ignition point of the control valves to keep the speed constant at its chosen value regardless of torque variations.
However, the second auxiliary valve returns to delay the ignition point if an overload causes excessive armature current.
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A shut-off device may also be provided which, in operation, reflects the second auxiliary valve on to delay the ignition point of the control valves until the latter are no longer driving, thereby interrupting , run it in the armature. Dynamic braking devices as well as reversing devices are provided which can bring the
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lictor to rccoi; n ,, eiiccT the operation in reverse direction of rotation under 1. '.. command of the .u? Stress-valve, if desired.
:: In order to be able to adjust the speed of the motor in an additional range beyond the normal speed, a device is provided to weaken the excitation of the motor once it reaches its normal or base speed. Current is sent to the excitation through other electric discharge valves for control of the excitation, preferably thyratrons. In
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choosing the running speed of the motor by the r {2, lo:; e ':: 112.nr.81 of a potentiometer, a bias voltage is,' .'-; D10.,;. Oi1t chosen for the CO¯ t :: C llCi.4 excitation valves.
However, an SSl1f: lbls relay at the speed of the noteul 'eli-fishing the action of this bias voltage as long as the J.lOtc: .J.r has not fttEinb its speed lî' .. ¯s.le. Do.c the speed of the motor is llili- GLie :: lEi2t: r''sl'I'e by the co .... z. ') .0 t 0: 1..1.1' rttcint its norf.-ale speed and then, the c <>; i-: i! .TtG.C: d 'exci t8.tiOll i: C ; .. Ve.Li, intervene to decrease the excitement and at '-. Inter the speed until l ,. desired value sū:? '' iures v-i C, 0S ::: 1. *, d Û;, SC. j.yT'U,: s:; Lf'¯lC on #. reaches L v -1 1, cis: i.1lWlC i: é # iz, i, i, the armature voltage, is C.Vld.C,., ¯ënt COHL..2.nd (c. of l ¯. -1 (: ïC described in order to Bi-maintain motor speed constant constant.
If the motor speed is reduced by manual adjustment to or below the normal speed, the bias voltage of the field control valves becomes inoperative and
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the excitement is reduced to. its value no1 ':. 18.1e. Therefore the motor always runs at full excitation for equal speeds.
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or less than the base speed.
The novel features of the invention are set out in detail in the appended claims. The invention itself, its advantages and its aims will be clearly seen from the following description of particular operating forces with reference to the accompanying drawing, in which:
Figure 1 is a diagram of the. preferred embodiment of the invention, and Figures 2 and 3 are graphs to better explain the operation of certain parts of the circuit.
As shown in the drawing, an alternating current source 5 is connected by a switch 7 to the primary 9 of a transformer 11. One of the secondaries 13 of the transformer has one end 14 connected to the anode 15 of a control valve. discharge valve 17, and the other end 19 is connected to the anode 21 of another electric discharge control valve 23. The cathodes 25 and 27 of the control valves 17 and 23 are connected by a resistor 29, and a contactor 31 of a relay 33 or a contactor 35 of a relay 37 at one end, 39 or 45, as the case may be, of the armature 41 of the motor 43.
The other end, 45 or 39, as the case may be, of the armature 41 is connected by -another contactor 47 of relay 33, or contactor 49 of relay 37, to a middle tap 51 of secondary 13 of transformer 11. As will be explained below, relay 33 is actuated to close contactors 31 or 47 of what may be referred to as the forward run of the motor, and relay 37 is actuated to close contactors 35 and 49 for reverse. It should also be noted that resistance 29 a. a weak resistance which hardly decreases the intensity of the current.
The control gates 53 and 55 of the control valves 17 and 23 respectively, are joined in a circuit starting from a gate 53 by the gate resistor 57, the secondary 59 of another transformer 61, and another gate resistor 63,
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to the autogrid 55.
The control circuit of the control valve 17 goes. of its grid 53 by the grid resistance. 57, one half of the secondary 59 of the transformer 61, the middle tap 65 to the transformer 61, a conductor 67 a part of a potentiometer 69, the adjustable tap 71 on the potentiometer a resistor 73, a pair of resistors 75 and 77 , conductors 76 and 73, part of a speed adjustment potentiometer 79 to its.
variable tap 81, and then by a contactor 83 of a relay 85, which is used for the forward running of the motor, a parallel path comprising a resistor 37 on one side and a capacitor 89 on the other, and a resistor 29, to end at the cathode 25. The control circuit of the other control valve 23 can be traced in the same way.
The transformer 61 receives its current from an AC source 5 via a phase shifter circuit 91. Consequently, an AC voltage at the frequency of the source, but out of phase with respect to it, is applied to the control circuit of the control valves. commands 17 and 23. The phase shift is determined; preferably at a value of 90 behind the source.
A DC voltage is developed across resistors 75 and 77 placed in series and potentiometer 79 by means of a half-wave rectifier 93 with filter elements 95 and 97, supplied by source 5 by means of an auxiliary transformer 99. The polarity of the voltage across resistors 75 and 77 tends to make control gates 53 and 55 of control valves 17 and 23 positive with respect to cathodes 25 and 27.
A voltage is also developed across resistor 73, of a magnitude a function of the conductivity of an electric master valve 101, which may be an amplifier tube, preferably a pentode. The master valve 101 is inserted in a circuit extending from the positive terminal of a re-
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resistance 75, through resistor 73, and the anode 103 and cathode 105 of the master valve 101, to terminate at the negative terminal of resistor 77. The polarity of the voltage across resistor 73 is opposite to that of resistors 75 and 77 in the control circuit of control valves 17 and 23.
A direct voltage is also established at the terminals of the potentiometer 69 by a voltage doubler circuit 107 supplied by the source through a transformer 109. The polarity of the voltage at the terminals of the part of the potentiometer 69 which is located in the control circuit of the control valves 17 and 23 is also opposed to that of resistors 75 and 77.
Resistor 87 in the control circuit of control valves 17 and 23 is put in series with another resistor 111 across armature 41. Therefore, a potential proportional to the armature voltage is applied across the armature. resistance 87. When the armature 41 is traversed by the current, a voltage is created across the resistor 29 and, as was said above, a voltage is also applied to the control circuit of the control valves 17 and 23 by part of potentiometer 79.
However, the magnitudes of the various voltages applied to the control circuit of the control valves are such that. variations in the voltages across resistors 87 and 29 and potentiometer 79 have virtually no effect on the control valves.
The control potential between cathode and grid therefore consists in principle of the phase-shifted alternating voltage produced by transformer 61, a practically constant voltage supplied by potentiometer 69 and resistors 75 and 77, and a voltage variable supplied by resistor 73. These voltages are proportioned such that when the master valve 101 allows a maximum current to flow, the negative voltage across resistor 73 has a magnitude such that it takes on a maximum current.
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fishing the grid-cathode control voltage of the control valves, dc exceed the critical value necessary to make these valves conductive.
If the conductivity of the master valve gradually decreases, the resulting gate-cathode control voltage of the control valves exceeds the critical value earlier and earlier in successive half-periods of the source. In other words, the valve ignition point is advanced when the. conductivity of the master valve decreases.
This provides a motor control system in which current is sent to the armature through control valves, with arc-type grid adjustment, the point of ignition of the control valves in an arc-type. half-period, being controlled by the conductivity of a master valve. In order to better understand the operation and interest of such a system, it is necessary to refer to the characteristics of a conventional direct current shunt motor.
It is well known that a current shunt motor normally has a slightly inclined speed-torque characteristic which can be represented by the equation: n = E - IR / c y where C # n is the number of revolutions per minute; E the direct voltage across the armature; I the armature current; R the resistance of the armature circuit; is the primary magnetic flux; and C is the coefficient of proportionality. Under normal conditions E is constant, ss and R can be considered constant and the equation presents n as a linear function of I, or of the cut. Motor speed decreases with increasing torque due to the voltage drop across the armature, which, with y assumed constant, is directly proportional to torque.
The speed variation obviously depends on the armature resistance and, at normal speed, represents 8 to 12% for the torque passing from zero load to maximum load. At lower speeds, the percentage of speed variation is higher since for lower values of E, IR forms a smaller percentage.
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carrying armature voltage and its influence is therefore more pronounced.
In a system like the one shown in Figure 1, on the contrary, the interpretation of the speed-load equation must be modified appropriately. First of all, neither the armature voltage E nor the current I are pure continuous values.
Then, the average value of the voltage E across the armature is not constant as is the case in a conventional DC motor. If the ignition point of the control valves remains fixed during the time that the torque varies from zero load to maximum load, E itself varies as a function of torque and therefore speed is a much more complex function of I than that represented by the speed-load equation.
The concept of armature voltage connected to the power supply by gate control valves, as shown in fig. 1, will emerge more clearly by referring to figures 2 and 3.
These do not represent the operation of the system of figure 1 in which the ignition point of the control valves can be moved, but of a system with a fixed ignition point.
For simplification, FIGS. 2 and 3 represent, as a function of time, the voltages relating to a single control valve. Base 113 represents the potential of the control valve cathode and, in order to further simplify the curves, it is assumed that the critical gate-cathode control voltage required to make the control valve conductive is zero, that is - that is, the valve becomes conductive for a positive half-period of the source when the voltage of the control grid exceeds the potential of cathode 113. The supply voltage of the control valve is represented by the curve 115 and curve 117 represents the potential of the control gate.
Consider the first case, where the engine is at rest. It is
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then behaves like a simple resistive and inductive load.
Under these conditions, the supply voltage 115, which is almost a sinusoid, has line 113 as a baseline. Thus, at the start of half a period of the anode supply voltage, the anode potential falls along curve 115. When gate potential curve 117 reaches the cathode potential line 113 at point 119, the valve conducts and current begins to flow through the armature, as shown by curve 121. Due to the armature choke, the current flow does not stop when the voltage d Feed 115 goes through zero at point 123 but continues to point 125.
The amplitude of the armature current curve 121 can be very high and depends on the position of the alluraage point and the resistance and inductance of the armature. Obviously, when the valve becomes conductive the anode potential drops along line 126 to the value of the voltage drop in the arc 127 and remains at this value until the valve is no longer con- ductor, at point 125, at which time the anode potential first follows line 128 then line 115. The armature voltage therefore follows a curve formed by points 129, 119, 131, 123, 133, 125.
Once the motor is running and its speed is established the situation is quite different as shown in figure 3. There is now the e.c. force. in the armature, which, under given invariable conditions, represents a constant continuous potential which can be considered as directly proportional to the speed of the motors, assuming a constant magnetic flux.
The force C.E.m. is represented by curve 135. Obviously, the sinusoid of supply voltage curve 115 has curve 135 as a reference base and not cathode potential line 113.
The anode voltage again follows curve 115 at the start of a positive supply voltage half-period.
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At point 119, the valve becomes conductive and the anode voltage drops along line 126 to the voltage drop in arc 127 where it holds until the valve is no longer conductive, at point 137, at which time the anode voltage rises along line 128 and follows curve 115. When the valve is driving, the armature receives the current represented by curve 139.
Here again, the flow of current does not cease when curve 115 intersects line 113 at point 138 but continues to point 137 where the induced electromotive force becomes equal to the applied voltage. The mean value of the IR drop in the induced is proportional to the difference between the areas 119-131- 138 and 138-140-137 and is less than the IR drop represented by the difference between the areas 119-131- 123 and 123-133-135 of FIG. 2. Therefore, the average value of the armature current represented by curve 139 is lower than that represented by curve 121 of FIG. 2.
If the load torque of the motor increases, the armature current increases as well as the IR drop. Figure 3 shows that for the same switching on of the control valve, an increase in the armature current requires a decrease in the EMC force. and therefore, a decrease in speed. In addition, the average value of the armature voltage also decreases since it varies with the e.c. force, as can be seen in fig. 3, instead of remaining constant as in the case of an ordinary DC motor. Therefore, referring to the speed-torque equation, it will be seen that as the torque increases not only does the drop IR increase but the armature voltage decreases so that the speed of the motor tends to drop very quickly.
The present invention prevents these variations in speed due to variations in torque, by automatically adjusting the ignition point of the control valves 17 and 23 accordingly.
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changes in torque so that ignition is advanced when torque increases and delayed when torque decreases. This is achieved by adjusting the conductivity of the nipple-valve 101.
The control circuit of the master valve 101 starts from the control grid 141 by the resistor 143, a slider 145 of a potentiometer 147, a variable resistor 149, a resistor 87, the contactor 83 of the relay 85, the slider 81 of potentiometer 79, leads 78 and 76, to terminate at cathode 105. As described above, there is a voltage proportional to the armature voltage across resistor 87 and the polarity of this voltage is opposite to the voltage applied to the control circuit of the master valve by the part of the potentiometer 79 lying between the conductor 78 and the tap 81. These two voltages mainly determine the conductivity of the master valve.
Assuming, for the moment, that the torque remains constant, the conductivity of the master valve 101, and hence the ignition of the control valves and the engine speed, are determined by the setting of potentiometer 79. This is determined by the setting of potentiometer 79. This comprises a very resistant part 151 in series with a very low resistance part 153. When the cursor 81 moves starting from the end of the resistant part 151 connected to the conductor 78, towards the point common to the part 151 and at the conductive part 153, the speed of the motor increases until it reaches the average armature voltage necessary to make the motor run at its normal speed, the cursor 81 being at the junction of the parts 151 and 153.
If the torque varies, the armature voltage varies as well as the voltage across resistor 87. As a result, the conductivity of master valve 101 changes. The polarity of the voltage on resistor 87 is such that an increase in torque, through resistor 87, decreases the conductivity of the
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master valve and advance the ignition of the control valves.
Likewise, the resistance voltage delays ignition if the torque decreases. In this way, the device compensates for variations in armature voltage due to variations in torque.
To compensate for variations in the IR drop in the armature due to load variations, a voltage is additionally established on a potentiometer 147. This is connected to a DC voltage source 155 via the anode 157. and the cathode 159 of a first auxiliary valve 161. The control circuit of this valve 161 starts from its control grid 163 via a resistor 165, part of a potentiometer 167, a capacitor 169 and a variable resistor 149, to end at cathode 159.
A small DC voltage is found across potentiometer 167 and tends to decrease the conductivity of first auxiliary valve 161. Capacitor 169 is placed in series with resistor 171 across resistor 29 in the power supply circuit. the armature. Consequently, the capacitor 169 applies a voltage to the control circuit of the first auxiliary valve 161, which is proportional to the current in the armature 41. The voltage at the terminals of the capacitor 169 therefore changes with the variations of the torque of l. 'induced. These variations in potential on capacitor 169 are amplified by auxiliary valve 161, and applied to potentiometer 147 in the control circuit of master-valve 101.
The potentiometer 147 is inserted into the master valve control circuit in such a way that an increase in armature current from an increase in torque advances the ignition of the control valves. Similarly, a decrease in torque delays the alignment of the control valves. Note that the amount of compensation can be adjusted by adjusting a potentiometer
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147 which serves to adapt the apparatus to any particular engine.
Thus the device compensates for both armature voltage variations and IR voltage drops due to torque or load variations so as to maintain the motor speed at the value determined by the adjustment of potentiometer 79 .
Starting and accelerating a DC motor poses several additional problems for motor control. In general there are two methods to obtain automatic acceleration: first, the delay method and second, the current limiting method. In the first case, the voltage applied to the armature is gradually increased to its normal value, so as to allow the motor to start smoothly. In the second case, the armature current is not allowed to exceed a determined limit and the acceleration is thus adapted to the nature of the load, the acceleration time being different for different loads.
In the system shown in FIG. 1, the motor automatically accelerates according to a method having at the. both the advantages of delay and current limiting. Resistor 87 in the master valve control circuit 101 is also inserted into an amplifier circuit extending from the positive end of resistor 75 through resistor 173, anode 175 and cathode 177 of a second. auxiliary valve 179, resistor 87, contactor 83 of relay 85, socket 81 and part of potentiometer 79, conductors 78 and 76, to end at the negative terminal of resistor 77. Thus the amplitude of the voltage to the terminals of resistor 87 also vary depending on the conductivity of second auxiliary valve 179.
When the voltage of resistor 87 is high, the master valve 101 is very conductive in order to prevent the
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current flow through control valves 17 and 23.
The second auxiliary valve 179 is preferably a pentode characterized by a sharp cut-off. The control circuit of the second auxiliary valve 179 starts from its control grid 181 via a grid resistor 183, part of a potentiometer 185, a conductor 187 and a resistor 29, to terminate at the cathode 177 of the valve. valve 179. The potentiometer 185 is put in series with a variable resistor 189, across a capacitor 191, through a contactor 193 of a relay 195 or a contactor 197 of another. relay 199. The capacitor 191 is in turn connected to another DC voltage source 201, through a variable resistor 203 and either a contactor 205 of relay 33, or a contactor 207 of relay 37.
Relays 33 and 195 are supplied after operation of a forward start switch 209, while relays 37 and 199 are supplied by operation of a reverse start switch 211. After operation either of the starter motor 209 or 211, the capacitor 191 charges to a level determined by the setting of the resistor 203. The voltage across the capacitor 191 appears on the potentiometer 185, and a part is applied to the control circuit of the capacitor. second auxiliary valve 179.
After actuation of one of the starters 209 or 211, the corresponding relay among the relays 195 and 199 is energized and closes the contactor 193 or 197. At this moment, a discharge circuit is closed on the capacitor 191, via the contactor. 193 or 197 and the contactors 213 and 215 of the relays 33 and 37 respectively, so as to discharge the capacitor. Therefore, the voltage applied to the control circuit by the potentiometer 185 is practically zero, and the second auxiliary valve 179 is very conductive. It follows that the master valve 101 is very
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conductive and prevents the control valves 17 and 23 from sending current to the armature. After a short time the discharge circuit is reopened by energizing relay 33 or 37 and capacitor 191 begins to charge again.
As the voltage on the potentiometer 185 increases with the load on the capacitor 191, the conductivity of the second auxiliary valve 179 decreases and tends to make the control valves 17 and 23 conductive earlier and earlier in successive half periods of the alternating current. from source 5.
When the current passes through the armature 41, a voltage proportional to the amplitude of the current appears at the terminals of the. resistor 29 in the control circuit of the second auxiliary valve 179. The polarity of the voltage across resistor 29 is opposite to that of the voltage on potentiometer 185 in the control circuit. Thus, an increase in the voltage of resistor 29 tends to delay the ignition of the control valves and an increase in potential on potentiometer 185 tends to advance the ignition of the control valves. The second auxiliary valve is therefore adjusted according to the difference between the voltage on the part of the potentiometer 185 located in the control circuit and the voltage on the resistor 29.
The voltage on potentiometer 185 provides most of the advantages of the retardation acceleration process. The ignition of the control valves is gradually advanced, from a point very far in a half-cycle, by the increase in the voltage of the potentiometer caused by the load of the capacitor 191, which gives a smooth and progressive acceleration.
The voltage of resistor 29 provides most of the advantages of the current limiting acceleration process.
The resistance voltage has no effect on the position of the
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ignition as long as the armature current does not exceed the normal value, but if it exceeds it, the voltage of the resistor delays the ignition so as to keep the armature current within the normal limits. Resistor 29 cannot have an effect at the start of the acceleration period since it cannot act on the ignition, as long as there is no current in the armature.
It is the voltage of the potentiometer which regulates the ignition at the start.
To have a smooth and progressive acceleration from the start and up to the desired speed, the charge of capacitor 191 is adjusted so that the ignition control by the voltage of the potentiometer is only done during the first few periods. current, during which the capacitor charges to a predetermined level. After that, the voltage is maintained on the capacitor and the voltage on resistor 29 is used to keep the armature current within normal limits. The upper limit for the armature current is obviously determined by the setting of potentiometer 185, this setting setting the maximum voltage in opposition to the voltage on resistor 29 in the control circuit of the second auxiliary valve.
If one wishes an extremely smooth and slow acceleration, one can obviously charge the capacitor more slowly so as to extend its action on the adjustment of the armature current, over a greater number of current cycles.
Note that the action of the second auxiliary valve 179 ¯ as a function of an increase in the armature current is opposite to that of the first auxiliary valve 161. This is necessary because the two auxiliary valves must fulfill two functions. different. However, the circuit constants are such that the second auxiliary valve 179 is kept non-conductive, by the negative bias applied by the potentiometer 185, within the normal limits of the armature current.
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So, within these normal limits, the armature current only influences the conductivity of the first auxiliary valve 161.
If, however, the armature current exceeds normal limits, such as during a period of acceleration, the second auxiliary valve 179 becomes conductive. The characteristics of the valves and the circuit constants are such that the amplifying action of the circuit associated with the second auxiliary valve is much more powerful than that of the circuit associated with the first auxiliary valve and completely submerges the latter.
Under these conditions, it is clear that the second auxiliary valve, in addition to its effect of limiting the starting armature current, delays the ignition of the control valves in the event of an overload so that the motor stops for a torque corresponding to the predetermined armature current limit.
The excitation 217 of the motor 43 is connected to receive its current from the alternating current source 5 via the secondary 219 of the transformer 11 and a pair of electric discharge excitation control valves 221 and 223, preference of thyratrons. The ends of the secondary 219 are connected by the anode 225 and the cathode 227 of each of the valves 221 and 223 to one end of the excitation 217. The other end of the latter is connected to the center tap 229 of the secondary 219. In this way, the field strength is controlled by the excitation control valves 221 and 223.
The grids 231 thereof are interconnected by grid resistors 233 and another secondary 235 of the transformer 61. The control circuit of one of the excitation control valves 221 starts from the grid 231. by the gate resistor 233, one half of the secondary 235 to the middle tap 237, then by a conductor 239, a contactor 241 of relay 85, a slider 243 of a potentiometer 245, a conductor 247, a resistor 249 ,
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a conductor 251, the potentiometer 79 and a conductor 253, to lead to the cathode 227.
The secondary 235 of the transformer 61 applies an alternating voltage to the. frequency of. source, but disconnected from it, to the control circuit of the excitation control valves 221 and 223. The potentiometers 79 and 245 apply a constant voltage to the control circuit, of a magnitude such as with the voltage alternative coming from transformer 61, 1a. The resulting voltage in the control circuit tends to exceed the critical value necessary to make the field control valves conductive at some point in each half period which depends on the setting of potentiometer 245. However, the.
resistor 249 is put in series with potentiometer 245 and a resistor 261 across resistors 75 and 77 put in series, so that there is a voltage across resistor 249. The polarity and magnitude of the voltage of Resistor 249 will exceed all possible voltages applied by potentiometer 245 to the control circuit of field control valves 221 and 223, and make the valves conductive at the start of a half cycle, regardless of the setting of potentiometer 245. A relay 255 is placed in series with a resistor 257 at the terminals of the armature 41 of the motor 43. This relay 255 is calculated so that it does not act before the armature voltage 41 reaches the. value corresponding to the normal speed of the motor.
When relay 255 operates, its contactor 259 short-circuits resistor 249. The voltage across this becomes zero so that the setting of potentiometer 245 now controls the amount of current sent into excitation 217.
As indicated above, relay 85 operates when the engine is running forward, but remains idle for reverse. When relay 85 is energized, contactors 83 and 241
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insert potentiometers 79 and 245 into the circuits, as described above. These potentiometers have their adjustable taps 81 and 243 assembled mechanically and work in tandem. The resistive element 151 and the conductive element 153 of the potentiometer 79 are connected in series so as to be traversed in the order cited by the cursor 1, when the latter scans the range of speed settings in the clockwise direction. .
The potentiometer 245 is also composed of a resistance element 263 and a conductive element 265, but these are connected in the reverse order with respect to the corresponding elements of the potentiometer 79, with regard to their cursor 243.
With this arrangement, the two potentiometers 79 and 245 are placed simultaneously at the desired point on the scale from speeds going in the direction of clockwise from the middle.
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ni,; - L = ii, for the extreme 6 [l '.. lche, at .t12.xL,.' lliJ1, for the extreme right.
The s rl Gl, b8S of potentiometers 79 and 245 in the left half of the scale correspond to speeds below the normal speed of the motor. For gear settings below the
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normal speed the cursor 1Ji of the potentiometer 7i 'is on the resistive element 151 to determine the induced voltage
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but the cursor 243 of the potentiometer 245} is located on the element COllc1'.ctc: ur 265 and has no weakening effect on the current .lli :): i, .1.: 1: ; 1 of c¯ .....: o ..- n of addition: ¯ots, 1 tension ati '1;. = <I;,:
1 .t is only set for speeds below the normal speed.
When the two sliders S1 and 243 are at the point
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of junction E 1: 1, r #. l'0.1 (... en'c rÉsi :: tr..nt and .i. 1'1 '.- ¯cmt driver of their potentiometers c01TeSl) OnC: L:' 1t.5, we obtain te :. his induced normal with the excitation: a = i1..lu.!. The; 110tCLll 'turns dors at its speed of- K' S8. It takes ::. ,, - ncucr that the :: ol; c: o: o t: m. v: i11 <always 0 '.)' :, ";: with full excitation 2 ;. of the speeds',; [; é, les or infericures to the normal speed.
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When cursors 81 and 243 are in the middle
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right tick of the cBl10 of their corresponding potentiometers these settings refer to speeds above normal speed. In this case the cursor 81 is on the conductive element 153 and we have the normal armature voltage. The cursor 243, on the contrary, is on the resist element 263,
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so that CLpJ "as soon as the motor has reached its normal speed and the relay 255 is switched on, the excitation is reduced for
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increase the speed to the value c1, {s11 '(; 8.
If you want to reverse the direction of motor operation, relay 35 r0St .. :: C (C0lii;: Ct and its contacts 83 and 241 insert a second pair of potentiometers 267 and 269 in the cii ? cooked, instead of the potw¯ '.- tio ..' .; tx es 79 and 2.45. the potentiometers 267 and 269 correspond to and are connected in the same way as the potentiometers 79 and 2h, d, respectively.
The second pair of JGtC: t7.i:; - ¯C, 't; -' CS l is not necessary for the operation of the device but it allows to choose in advance a running speed? .Rï'i: r2 different from that of 1; - ²,? I'c1J.c V; .ii ;, so that one can make successive operations of steps 2.V2, Út and backward in the manner described C1 - =. ß; lf 'S', without having to touch the ÜU'.eWt7. Olf '.;.; 2'e,. to prime the ^ t ':: le of co5: im: ldE :, we close,: l2, l'l'.cllC? - ment 1'iiter:' ator 7, which connects the siô; st ';. :: e at the source of couj'aut:. l'l: ern; .wl; it '5. 1 "! lr': s a dull s.lî.:; mt 1) 0l1Y '..,.,., t": rn l': ciïau'fe , lē.aL of the various valves 2.U by means of their c12.s3iques cathode heating circuits, which, due to sii;
i * there <: Fi- cation, not shown, it is possible to operate the forward switch 209 or the reverse switch 211, depending on the direction of rotation desired.
If the forward switch 209 is closed, the relay 195 is supplied by a circuit from one of the lines
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of alternating current 271 and continuing by a stop switch
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273 normally closed the c # iLlmt2.tel;:. R of: .K.rche before? 09, the coil 275 of the relay 195 to lead to the other line 277 of the source. When relay 195 is energized, its first contactor 279 closes a hold circuit by a normally closed contactor 281 of relay 199.
The second contactor 283 of relay 195 opens :, but does not affect the circuit during start-up.
The third contactor 193 closes the circuit between the condenser.
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tor 191 and potentiometer lE5 and resistor 189 connected to each other and thus complete the discharge circuit for capacitor 191 by normally closed contactors 215 and 213 of relays 37 and 33. The fourth contactor 285 of relay 195 closes to complete the circuit going from the source p. r
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coil 287 of relay 35 and CL1 (ui1J1E: CO ', ltrcte1.èr 2S9 closes POL1. :::.' <: c.; - pi; 1.icx.) 2.rt1cÜJ.e ': ent un circuit passing through the 8oIJlu (: "2.1 6.11 rc.l. '. i 33.
1.1,. [LÙ relay .35 is energized by 1. =; fer¯: lLt: 'LI'C du C¯î) e: t¯ 1.:¯.ir cont ctaur 235 of relay 195, the first CO! lt ::. Ct (, 1.D' 293 of relay 35 se fc: r¯: C '. CO "': lÜ, t: ', l1t a circuit going from .Li /; ne 271 of the source through coil 291 of relay s 3, the contactor: ior..1 = # 1e - <= cixt fCrEL "'295 of relay 3'7, the fifth fernic conti cteUl 289 of relay 195 and cciit; .. cte.ur closes 293 of relay 85, to end up on the other line 277 of the It is ;; uic that the relay 33 being energized its 'pr ::; Ücr contactor' 2C5 fer ..-, c the circuit of clls.r :, of the capacitor 191. Read it; llolJient it second contactor 213 of relay 33 opens the discharge circuit of the con-
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densifier and the third cost: lct2ur 297 opens a circuit containing coil 299 of relay 37.
The fourth and fifth contactors 47 and 31 of relay 33 close the circuit, passing through lead 41, for the forward operation of the latter. The sixth contactor 301 of the rela.is 33 opens a shunt circuit on the armature 41 and con-
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holding a resistor 303 for braking as well as the normally closed contactor 305 of relay 37.
Note that at this time, relay 255 is at rest because the armature voltage is low, so that the voltage across resistor 249 is applied to the control circuit of the field control valves. 221 and 223 so that we have full excitation on the motor, regardless of the setting of potentiometer 245.
When the contactors 47 and 31 of the relay 33 close inserting the armature 41 into its supply circuit, the capacitor 191 has already discharged and the voltage on the potentiometer 185 is equal to. zero. The second auxiliary valve 179 is therefore very conductive, creating a high voltage across the resistor 87 in the control circuit of the. master valve 101.
Because of the high voltage on resistor 87, master valve 101 is highly conductive, developing a high voltage across resistor 73 in the control circuit of armature control valves 17 and 23. As a result these are not conductive when the contactors of relay 33 close. At this time, capacitor 191 begins to charge to a level determined by the setting of resistor 203.
The voltage on resistor 185 gradually increases with the load on capacitor 191, gradually decreasing the plate current of second auxiliary valve 179. The voltage on resistor 87 and therefore the voltage on resistor 73, are then reduced so that the ignition of the control valves 17 and 23 is continuously advanced in the successive half-current periods.
When armature 41 is traversed by current, a voltage develops across resistor 29, and the conductivity of second auxiliary valve 179 is adjusted as a function of the difference between the voltage applied to its circuit.
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control by potentiometer 185 and the voltage of resistor 29. The voltage applied by potentiometer 185 is obviously higher, at the start and normally advances the ignition of control values 17 and 23.
However., If the armature 41 tends to pass an excessive current, the. voltage on resistor 29 rises to a level such that the speed of advance of the ignition of the control valves 17 and 23 is braked, The capacitor 191 is sufficiently charged after the first few periods to no longer have a retarding effect on the 'ignition.
Then, during the remainder of the acceleration, the progress of the ignition is limited to its position corresponding to the chosen rotational speed, solely by the action of the resistor 29 which opposes an exaggerated current. the final position of the ignition point is obviously determined both by the adjustment of the potentiometer 79 and by the normal fixed load, the maximum advance being obtained when the cursor 81 is at the point corresponding to an equal or greater speed at basic speed and for full engine load.
If potentiometer 79 is set for a speed above normal engine speed, the maximum firing advance of armature control valves 17 and 23 is the same as for normal speed setting. The required speed increase is then obtained by weakening the excitation of the motor.
When the engine reaches its normal speed after the operation of the forward switch 209, the relay 255 is energized by-circuiting the resistor 249 and allowing the delay of the ignition of the field control valves 221 and 223 in operation. adjustment of potentiometer 245. The ignition of the excitation control valves 221 and 223 cannot be delayed entirely instantaneously, the induction of the chanp 217 only allowing a gradual decrease in the current until
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only to the value corresponding to the setting of potentiometer 245.
It is obvious that if the excitation current decreases too quickly, it will be necessary to add devices to slow down this fall in the excitation current. This may be necessary in the case of loads with high inertia and for a very wide range of speeds obtained by weakening of the field.
It should be noted that when the field begins to weaken, the armature current tends to increase rapidly, especially in the case of loads with high inertia. However, the second auxiliary valve 179 prevents, in the manner already described, that the armature is traversed by an excessive current.
At the end of the acceleration period, the armature current falls within normal limits and the second auxiliary valve 179 is no longer conducting. After that, the first auxiliary valve 161 intervenes to compensate for the IR drop. The valve 161 produces a voltage across the potentiometer 147 varying as a function of the armature current. However an increase or decrease in the armature current has an opposite effect on the conductivity of the master valve 101 when it is applied to its control circuit by the potentiometer 147, to the effect obtained when it is applied by the second. auxiliary valve 161 and resistance 87.
In other words, if the torque increases, calling for a higher current in the armature, the voltage on potentiometer 147 increases, which decreases the potential of resistor 73 and advances the ignition of control valves 17 and 23. The ignition of the main valves 17 and 23 is thus sufficiently advanced for the armature to receive its additional current without reducing the speed.
If the engine is to be stopped, the stop switch 273 must be open to disconnect the relay 195. When it is, the same applies to relays 85 and 33. The sixth contact
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tor 301 of relay 33 closes the shunt circuit on the motor by resistor 303 so that the armature 41 brakes as a generator.
If you want to reverse the direction of travel of the motor, instead of simply stopping the engine, you set potentiometers 267 and 269 to any desired speed in the reverse direction and close the switch directly. - version of the direction of travel 211, instead of opening the stop switch 273. When the inverter 211 closes, the relay 199 is energized and its second contactor 281 opens the maintenance circuit so as to disconnect relay 195, while contactor 307 closes a hold circuit for relay 199.
If relay 195 is disconnected, so are relays 85 and 33. The third contactor 197 of relay 199 closes the circuit connecting potentiometer 185 and resistor 189 to the terminals of capacitor 191 and also completes the circuit. discharge of the capacitor 191 by the contactors 215 and 213 of the relays 33 and 37. The fourth contactor 309 of the relay 199 closes the supply circuit of the relay 37 going to one side 271 of the source by the coil 299 of the relay 37 , the contactor 297 of the relay 33, the contactor 311 of the relay 85 and by the contactor 309 to the other end 277 of the source. Note that relay 37 cannot be energized until relay 33 has been disconnected because the third contactor 297 of relay 33 is in the supply circuit of relay 37.
Therefore, there is a moment between the opening of the first contactors 205 and 207 of the relays 33 and 37 and the closing of the second contactors 213 and 215, which allows the capacitor 191 to discharge. For the same reason, there is a moment during which the sixth contactors 301 and 305 of the two relays 33 and 37 are closed to allow the armature
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41 to brake in generator. The time interval is not sufficient to stop completely the armature ruais to slow it down only, and the reversal of the direction of travel brings it first to a stop and then rapidly accelerates it in the opposite.
Once the armature has started to rotate in the opposite direction, the electronic control sys- tem takes over all control in dwarfs, and all motor operations are done in reverse in the same way as for forward travel. but with potentiometers 267 and 269 replacing potentiometers 79 and 245.
Many modifications can be made to the preferred embodiment shown and described above, and the present invention is by no means limited thereto.
CLAIMS -----------------------------
1.- Control system for a direct current motor having an armature, comprising an alternating current source connected to this armature, and an electric discharge valve device of the arc type inserted in the circuit between the aforementioned source and the armature , characterized by devices containing a starter for making the valve device conductive during each half period of current from the source after operation of the starter, and a device responsive to the passage of current through the armature, serving to delay the instant in which the valve device is made conductive in each half-period so as to limit the armature current to a predetermined maximum.