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Moteurs à vitesse variable commandée par self-inductance.
La présente invention concerne les dispositifs de commande pour régler et stabiliser la vitesse d'un moteur à courant con- tinu, et plus particulièrement des dispositifs de commande de moteur comprenant une selfsaturation de prémagnétisation ré- glable utilisée comme élément de régulation ou d'amplification.
L'invention a pour but de procurer un moteur à commande par self du tyoe susmentionné, exigeant un minimum de bace pour l'enroulement des bobines de commande de orémagnétisation et bermettant d'obtenir de ces enroulements un rendement de commande optimum.
L'invention a aussi pour but de produire un dispositif d'alimentation d'un moteur à courant continu à partir d'une li- gne de courant alternatif au moyen de régulateurs et de commandes de vitesse et de circuits toujours simples, permettant un réglage de vitesse très étendu et de grande précision; elle a en outre
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pour but de réaliser ce dispositif de telle manière qu'à oart le moteur à commander, il n'utilise pour l'alimentation, la com- mande et la régulation de vitesse du moteur, que de l'appareillage statique, en opposition avec des machines rotatives et des régula- teurs à vibreurs.
Essentiellement, l'invention consiste en un moteur à vi- tesse réglable, comorenant un moteur Electrique à courant con- tinu ayant un circuit d'induit, des bornes d'alimentation en courant alternatif, un redresseur et une self à saturation dont les enroulements principaux sont connectés en série entre les bornes, le redresseur étant raccordé au circuit d'induit pour lui fournir de la tension continue, la self étant pourvue d'un enroulement de prémagnétisation à courant continu servent à commander le redresseur dans le but de faire varier la tension, une alimentation en courant contint à tension réglable reliée à cet enroulement servant à fournir celui-ci une première compo- sante d'excitation de commande déterminant une vitesse de moteur donnée, et ur.
circuit reliant cet enroulement au circuit d'induit pour fournir à cet enroulement une seconde composante d'excita- tion de commande en opposition avec la première comoosante d'excitation.
Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention, le moteur d'entraînement est alimente par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant alternatif en courant continu comprenant un redresseur mis en série avec l'enroulement ' courant alterna- tif d'une self à saturation, de sorte que l'amblitude du courant continu apoliqué au moteur déoend de la valeur de la self-induc- tance; et cette valeur de self est commandée par un seul enrou- lement de brémagnétisation à courent continu placé sur la self- inductance et excité par trois composentes de tension de comman- de. La crémière comoosante ce tension de commande est fournie par une source de courant continu \ tension réglable qui détermine la
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vitesse de moteur voulue.
La seconde composante de tension de commande est dérivée de l'induit du moteur de sorte qu'elle varie en oroportion de la tension aux bornes du moteur ; seconde composante de tension est en série et en opoosition avec la première composante. La troisième composante de tension de commande est fournie par un circuit connecté au circuit d'induit du moteur ou à la source de courant alternatif associée, de sorte que le troisième comoosante de tension varie en fonction du courant d'induit. Quant à son effet sur l'enroulement de commande de la self-inductance, la troisième composante de ten- sion s'ajoute à la première composante tout en n'étant que de petite amplitude relative, et sert à compenser les variations de vitesse dues aux variations du courant du moteur.
De cette manière, un enroulement de commande de self unique, de Déférence avec un enroulement de feed-back additionnel servant à augmenter l'amblification, suffit à assurer un réglage souple et orcis de le vitesse choisie du moteur, indépendamment des variations de charge.
Plusieurs formes d'exécution préférées de l'invention sont représentées à titre d'exemple aux dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1 à 4 représentent schématiqument les cir- cuits de quatre dispositifs de commande conformes à l'invention.
Dans le dispositif de le figure 1, l'induit du moteur d'entraînement à commander porte la référence 1 et son excita- tion la référence 2. L'induit est alimenté à partir des bornes de sortie d'un redresseur à double alternance 3. Les éléments de ce redresseur Deuvent être des redresseurs secs ou des tubes électroniques. Les bornes d'entrée, côté courant alternatif, du redresseur Z sont reliées aux bornes de courant alternatif 4 à connecter à une source d'énergie aporooriée, telle qu'une li- gne à courant alternatif. L'enroulement principal 5 d'une self- inductance à saturation 6 est inséré entre les bornes 4, en
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série avec le redresseur 3. Cette self a un noyau magnétique à trois branches.
Les deux branches extérieures du noyau portent des nombres de soires égaux de l'enroulement 5, de sorte que pratiquement aucun flux n'est induit dpns la branche centrale par le courant alternatif circulant dans l'enroulement 5. La branche centrale est oourvue d'une unique bobine de commande à courant continu. L'excitation de cette bobine détermine la pré- magnétisation du noyau de self et, par conséquent, l'impédance réactive de l'enroulement orimaire 5. Quand la bobine de commande 7 est déconnectée, la prémagnétisation de la self est pratiquement nulle de sorte que le noyau n'est pas saturé et la réactance de l'enroulement 5 est maximum. La tension appliquée, dans ces con- ditions, aux bornes du redresseur 3 est minimum de sorte que le moteur reçoit un minimum de tension et se trouve au repos ou tourne la dus petite vitesse.
Un interrupteur ou contacteur peut être prévu oour déconnecter le moteur du redresseur ou pour couper l'alimentation de courant alternatif au redresseur Z, mais il n'en est cas prévu au dessin. Quand on augmente l'excitation de la bobine de commande 7, le noyau de self se sature Drogressi- vement de sorte oue la rractence de 1'enroulement 5 diminue et la tensionla sortie du redresseur 3 augmente. Le moteur se met ainsi à tourner vitesse de plus en plus grande. La branche centrale du noyau de self est aussi pourvue d'une babine de feed- back 8 servant à augmenter l'amplification.
L'enroulement c'excitation 2 du moteur reçoit une excita- tion constante de barres de distribution de courant continu 9 et 10 alimentées car les bornes de courent alternatif 4travers un redresseur 11. Le circuit 'excitation du moteur Deut conte- nir une résistance d'excitation 12.
La bobine de feed-beck 8 est connectée aux bornes de sortie du redresseur 3, par exemnle, en parallèle avec celles-ci, de fa- çon être excitée proportionnellementla tension vérifie de sortie du redresseur. La connexion comprend, de préférence, une
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résistance d'étalonnage 13 destinée ajuster l'excitation de feed-back de la self à la valeur voulue. Cette excitation oeut être réglée de telle manière qu'elle fournit une grande oartie ou presque l'entièreté de la prémagnétisation nécessaire à main- tenir la réactance de l'enroulement 5 la valeur oropre. La bo- bine de commande 7 sert alors uniquement à fournir le reste de l'excitation de orémagnétisation.
Il s'ensuit que la bobine 7 exige une tension d'excitation beaucoup plus faible pour commander une tension de sortie du redresseur 3 relativement beaucoup plus grande, qu'en absence de feed-back.
Le circuit de la bobine de commande 7 comorend trois sour- ces de tensions composantes de commande. La première source est constituée oar un rhéostat de commande de vitesse dont la résis- tance 14 est mise aux barres de tension constante 9 et 10 et au curseur 15 de laquelle on dérive une tension. La oosition du curseur 15 détermine la vitesse à leauelle le moteur doit tourner. Le flux magnétique oroduit par la bobine 7 dans le cas où seulement la tension dérivée de la résistance 14 est dérivée, se suoeroose au flux de feed-back de l'enroulement 8.
La seconde source de tension composante de commande est constituée Der une dérivation d'une résistance 16 mise aux bor- nes de l'induit 1 du moteur M. La seconde tension de comm&nde est donc proportionnelle à la tension existent au moteur même. Le sens de connexion du rhéostat ce commende de vitesse par rapport àla résistance 16 est tel que la seconde tension comoosante de com- mande s'oppose à celle dérivée du rhéostat.
La troisième source de tension comoosante de commande est constituée car une résistance 17 en série dans le circuit de la bobine 7 sur laquelle est appliquée une tension varietle prove- nant d'un transformateur de courant 16 à travers un redresseur 19.
Le transformateur 18 se trouve en série dans le circuit courant alternatif de l'enroulement principal 5 et du redresseur 3. Par
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conséquent, la troisième composante de tension de commande appas raissant eux bornes de la résistance 17 est pratiquement orooor- tionnelle au courant traversant le redresseur 3 et, de ce fait, eu courant d'induit du moteur M. La polarité de la troisième composante de tension de commande est telle que cette tension s'ajoute à la première composante de tension dérivée du théostat de commande de vitesse.
L'amolitude de la troisième tension de commande est norm&lement faible car raooort à la bremière compo- sante de tension et est prooortionnée de façon comoenser les variations de vitesse dues aux variptions du courant de charge.
Fn d'autres mots, la troisième composante de tension de commande sert compenser le chute de tension IR.
Quand le moteur tourne à la bonne vitesse déterminée par la oosition du curseur 15, la seconde composante de tension fonction de le tension aux bornes du moteur même est négative par rapport à la somme des deux autres composantes et de valeur telle que l'excitation résultante de le bobine de commande 7 a la va- leur nécessaire pour maintenir la réactance de l'enroulement principal 5 à le valeur exacte. Tout écart ce la vitesse du mo- teur par rapoort à la vitesse imposée fait varier l'excitation différentielle de la bobine de commande 7. Il en résulte que la réactance de l'enroulement 5 et le tension redressée la sortie du redresseur changent dans le sens et de la quantité néces- saires pour rétaltlir la vitesse du moteur.
La compensation de la chute de tension IR oroduite car la tension aux bornes de la résistance 17 prend soin de modifier le rapoort susmentionné, de manière que la vitesse ne soit cas affectée oar des variations dans la charge du moteur.
On réalise ainsi une commande sûre et une régulation de vitesse de grande brécision quoique le système ne comprenne que des disnositifs électriques statiques en plus du moteur com- mander. Comme une seulp bobine de commande suffit, l'espace de botinage de la self Deut être utilisa au mieux et la self Deut
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être plus petite ou avoir un olus grand rendement Qu'il ne serait oossible autrement.
Dans le disoositif de la figure 2, l'induit du moteur 21 est alimenté car un redresseur 23 dont les bornes d'entrée sont connectées aux bornes de courant alternatif 24 en série avec les enroulements principaux 25 et 25' de deux selfs a noyau fermé 26 ou 26'. Une bobine de commande 27 est couplée inductivement avec les deux selfs qui sont aussi pourvues d'une bobine de feed- back 28. L'enroulement d'excitation du moteur est alimenté par les barres de courent continu 29 et 30 recevant leur courant d'un redresseur 31 dont les bornes d'entrée sont connectées aux bor- nes de courant alternatif ±4.
La bobine de feed-back 28 reçoit de la tension Drise aux bornes de sortie du redresseur 23, la connexion pouvant compren- dre une résistance d'étalonnage 33.
La bobine de commande 27 est excitée dans un circuit com- prenant la résistance 34 d'un rhéostat de réglage de vitesse. La résistance 34 est connectée entre les barres 29 et 30. La posi- tion du curseur associé 35 détermine la vitesse imposée au moteur.
Le circuit de la bobine de commande 27 se comoose en plus d'une partie d'une résistance 36 placée aux bornes de l'induit 21 du moteur, servant à fournir une seconde comoosante de tension de commande proportionnelle %. la tension aux bornes du moteur même.
Une résistance 37 est mise en série dans le circuit d'induit du moteur tout en se trouvant en mêmp temos dans le circuit de la bobine de commande 27, en série avec la résistance 34 et la par- tie de dérivation de le résistance 36. La chute de tension pro- duite dans la résistance 37 par le courant d'induit du moteur est une mesure de la chute de tension IR dans le circuit d'induit.
Cette chute de tension est la troisième composante de tension de commande pour le circuit de la bobine de commande de la self. Les oolarités et grandeurs relatives des trois composantes de tension
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de commande sont semblables à celles des composantes de tension de commande mentionnées ci-dessus lors de la description de la figure 1. Par conséquent, le dispositif représenté à la figure 2 fonctionne aussi de façon à régler et stabiliser la vitesse du moteur y dans le but de maintenir celle-ci la valeur Imoosée indépendamment des variations de charge du moteur et en fonction du réglage du curseur du rhéostat de commande de vitesse.
Le système moteur reorésenté schématiquement à la figure 3 est alimenté à partir des bornes de courant alternatif 101, à travers un transformateur 102 à deux enroulements secondaires 103 et 104. L'enroulement secondaire 104 est connecté aux bor- nes d'entrée d'un redresseur 105 qui oroduit une tension de sortie redressée d'amolitude pratiquement constante. L'enroulement 103 est relié aux bornes d'entrée d'un autre redresseur 106 en série avec l'enroulement de self-inductance orincioal 107 d'une self saturation 108. La tension de sortie du redresseur 106 est pra- tiquement proportionnelle à la tension alternative appliquée à l'entrée du redresseur, et cette tension alternative varie en fonction de la réactance de l'enroulement 107.
Les bornes de sortie du redresseur 106 sont reliées à l'induit 109 du moteur commander. L'enroulement d'excitation 110 du moteur est connecté aux bornes de sortie du redresseur 105 et est donc alimenté sous tension normalement constante. Si on le désire, un rhéostat d'excitation peut être orévu dans le circuit de l'excitation 110 du moteur.
La self à saturation reorésentée a un noyau à trois branches, quciqu'il soit bien entendu que l'on beut utiliser des réactances à saturation d'autres types, telles que deux selfs Interconnectées avec circuits magnétiques séparés. L'enroulement princiosl 107 de le self 108 est composé de deux quantités égales de spires enroulées sur les deux branches extérieures, de sorte que l'enroulement 107 n'induit oratiquement aucun flux dans la branche centrale. Celle-ci est munie de bobines à courant continu
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111, 112 et 113. Le bobine 113 est reliée aux bornes de sortie du redresseur 106 et est équipée, de oréférence, avec une rétis- tance d'étalonnage 114.
La bobine 113 joue le r8le de bobine de feed-back qui prémagnétise le noyau de self dans une proportion fonction de la tension de sortie du redresseur 106. L'amplitude de la prémagnétisation de feed-back est réglée de telle façon, par exemple au moyen du rhéostat 114, que l'excitation de la bobine 113 fournit une grosse oartie de la prémagnétisation né- cessaire à la self 108 pour maintenir la réactance de l'enroule- ment 107 la valeur à laquelle la tension de sortie du redres- seur 106 corresoond la vitesse imoosée eu moteur.
Par exemple, l'excitation de l'enroulement 113 oeut être telle que celui-ci fournit oresque toute la prémagnétisation requise pour les con- ditions de fonctionnement mentionnées l'instant, insi, les autres bobines à courant continu de la self sont aooelées uni- quement fournir une légère prémegnétisation suoolémentaire né- cessaire pour une condition de fonctionnement donnée de l'enrou- lement 107, c'est--dire oour une tension de sortie donnée du redresseur 106. Il s'ensuit que de faibles changements de tension dans les circuits des bobines 111 et 112 suffisent Dour produire des changements oroportionnellement beaucouo olus importants dans la tension de sortie du redresseur 106.
En d'autres mots, les conditions de fonctionnement mentionnées ci-dessus comprennent un facteur d'amolification élevé du disoosltif à réactance va- riFble.
La bobine 111 représente la bobine de commande orincipale de la self-induetpnce, tendis que la bobine 112 sert de correc- teur. La bobine 111 est reliée au curseur ou orise 115 d'un rhéos- tat potentiométrique 116 connecté aux bornes de sortie du redres- seur 105 et reçoit, de ce fait, de la tension praticuement cons- tante. Le circuit de le bobine 111 est aussi connecté aux bornes du circuit d'induit du moteur. Par conséquent, le circuit de la @
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bobine 111 est soumis aux deux composantes de tension de commande.
Une'de celles-ci a une valeur réglée et normalement fixe E1 (ten- sion de base) et provient de la dérivation du rhéostat 116. Cette tension E1 et donc la position du curseur 115 déterminent la vitesse imposée au moteur. La seconde composante de tension de commande (tension de pilotage) appliquée au circuit de la bo- bine 111 correspond \ la tension E2 aux bornes de l'induit du moteur. La tension de base E1 et la tension de pilotage E2 sont opposées l'une l'autre. Par conséquent, l'excitation de la bobine de commande 111 est fonction de la différence entre les deux tensions. Celles-ci s'annulent en grande partie quand la vitesse du moteur correspond à celle imposée par la position du curseur 115.
La bobine 112 est connectée au circuit d'induit du moteur de sorte que son excitation est proportionnelle au courant par- courant le circuit d'induit. La prémagnétisation due à la bobine 112 s'ajoute à la prémagnétisation due à la tension de base E1 et s'oppose à celle de la tension de pilotage E2. La bobine 112 peut être considérée comme correcteur de la tension de base. La prémagnétisation due 1 la bobine 113 s'ajoute aussi l'effet de la tension de base E1.
Un commutateur-inverseur, représente schématiquement en 117, sert \ inverser le sens de rotation du moteur. L'inverseur peut consister en une paire de contacteurs inverseurs avec les circuits de commande associés, habituellement utilisés dans les systèmes de commande de moteurs.
En supposant que le commutateur 117 se trouve fermé dans un sens de rotation donnr du moteur et que le curseur 115 du rhéostat de commande de vitesse 116 se trouve réglé pour une vitesse voulue du moteur, la mise sous tension des bornes 101 a pour effet de simultanément alimenter l'excitation du moteur 11C, le rhéostat 116 et le redresseur 106. Au début, le noyau de self n'est pas saturé de sorte que l'enroulement 107
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a une réactance élevée. Par conséquent, la tension appliquée car le redresseur 106 à l'induit du moteur 109 est faible et l'excitation de la bobine de commande 111 est déterminée en ma- jeure partie par la tension de base E1. La prémagnétisation qui en découle réduit la réactance de l'enroulement 107, de sorte que la tension de sortie du redresseur 106 s'élève et le moteur accélère.
Quand la tension à la sortie du redresseur ou aux bor- nes de l'induit augmente, l'excitation de l'enroulement de commande 111 décroît à cause de l'effet différentiel de la ten- sion pilote E2 et l'effet de la bobine de feed-back 113 augmente aussi, jusque ce que la tension pilote E2 égale à peu près la tension de base E1. A ce moment, l'enroulement de feed-back 113 fournit la plus grande partie de la magnétisation requise par le réglage du rhéostat 116. Si la tension à la sortie du redresseur ou aux bornes du moteur augmente au delà de la valeur imposée, l'excitation différentielle de la bobine de commande 111 est ren- versée, s'opposant à la bobine de feed-back 113 et réduisant la tension redressée d'induit à la valeur voulue.
Si la tension re- dressée descend en-dessous de la valeur imposée, l'excitation de la bobine 111 augmente dans le sens déterminé car la polarité de la tension de base E1. Ceci fait remonter la tension du re- dresseur 106 à la valeur voulue. De cette manière, le dispositif à self tend à maintenir la vitesse du moteur pratiquement à la valeur déterminée par la position du curseur 115, et tout chan- gement du curseur 115 change la vitesse du moteur en conséquence.
La commande telle qu'elle vient d'être décrite, n'assu- rerait la proportionnalité entre le réglage du curseur 115 et la vitesse du moteur, que si le courant de charge du moteur restait constant. Il en résulterait une imprécision de fonctionnement, sans la bobine de commande correctrice 112. Cette bobine de com- mande augmente la prémagnétisation de la self-inductance, quand la charge augmente et, car conséquent, réduit la réactance de
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l'enroulement 107 et augmente la tension de sortie du redresseur
106 de la quantité nécessaire à comnenser la chute de vitesse qui serait provoquée oar 1'accroissement du courant de charge.
En d'autres mots, la bobine 112 tient compte, dans la commande de de la vitesse, de la chute de tension IR et la compense.
Dans la forme d'exécution de la figure 4, les bornes à courant alternatif 121 du système moteur sont reliées aux bornes d'entrée d'un redresseur 122 en série avec l'enroulement princi- pal de self 123 d'une self-inductance \ saturation 124 munie d'une bobine de feed-back 125 et de deux bobines de commande le-6 et 127.
L'induit 128 du moteur à commander est relié aux bornes de sortie du redresseur 122. L'enroulement d'excitation 129 du moteur est aliment-' par l'intermédiaire d'un rhéostat d'excita- tion 130 à partir d'un redresseur 131 dont les bornes d'entrée sont aussi reliées aux bornes à courant alternatif 121 et qui fournit une tension pratiquement constante.
La bobine de feed-back 125 est connectée aux bornes de sortie du redresseur 122 en série avec une r'sistance 132. Le circuit de la bobine de commande 126 est connecté entre la borne de sortie négative du redresseur 131 et le curseur 134 d'un rhéostat de réglage de vitesse 135. Ce rhéostat est placé aux bornes du circuit d'induit du moteur. Par conséquent, le circuit de la bobine 126 est alimenté par la différence entre deux ten- sions oooosées entre elles. Une tension (E1) est crise aux bornes de sortie du redresseur 131 et a une valeur constante. L'autre tension (E) est dérivée d'une partie du rhéostat 135 et varie en fonction de la tension du moteur ou de la tension de sortie du redresseur 122.
La bobine de comoensation de chute de tension IR 127 est placée aux bornes d'une résistance 136 en série dans le circuit d'induit de sorte que la chute de tension dans la résistance 136 est orooortionnelle au courant de charge ou à la
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chute de tension dans le circuit d'induit.
Le fonctionnement du dispositif est en principe le même que celui du système représenté la figure 3. Cependant la figure 4 permet de se rendre compte que l'on oeut modifier, dans les dispositifs conformes à l'invention, des éléments de circuit et leurs liaisons, sans s'écarter des caractéristiques principales de l'invention.
REVENDICATIONS
1) Moteur à vitesse variable, comprenant un moteur à cou- rant continu ayant un circuit d'induit, des bornes d'alimentation à courant alternatif, un redresseur et une self à saturation ayant des enroulements principaux mis en série entre les bornes d'ali- mentation, le redresseur étant relié au circuit d'induit pour lui fournir de la tension continue, la self ayant des bobinages à courant continu de prémagnétisation pour commander le redresseur de façon à faire varier sa tension, un dispositif d'alimentation en courant continu à tension variable relié aux bobinages de oré- magnétisation, jour leur fournir une première comoosante d'exci- tation de commande indicative d'une vitesse de moteur désirée,
et un dispositif de circuits reliant les bobinages de prémagnétisa- tion au circuit d'induit oour fournir ces bobinages une seconde composante d'excitation de commande de oolarité conosée àla première excitation.
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Variable speed motors controlled by self-inductance.
The present invention relates to control devices for regulating and stabilizing the speed of a DC motor, and more particularly to motor control devices comprising an adjustable premagnetizing self-saturation used as a regulating or amplifying element. .
The object of the invention is to provide a self-controlled motor of the aforementioned type, requiring a minimum of space for the winding of the oremagnetization control coils and enabling optimum control efficiency to be obtained from these windings.
Another object of the invention is to produce a device for supplying a direct current motor from an alternating current line by means of regulators and speed controls and circuits which are always simple, allowing adjustment. very wide speed and high precision; she also has
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The purpose of this device is to achieve this device in such a way that, for the motor to be controlled, it only uses static equipment for the power supply, the control and the speed regulation of the motor, in opposition to rotary machines and vibrator regulators.
Essentially, the invention consists of an adjustable speed motor, comprising a direct current electric motor having an armature circuit, alternating current supply terminals, a rectifier and a saturation choke whose windings. main are connected in series between the terminals, the rectifier being connected to the armature circuit to supply it with DC voltage, the inductor being provided with a DC premagnetizing winding serve to control the rectifier in order to vary voltage, an adjustable voltage current supply connected to this winding serving to provide the latter with a first control excitation component determining a given motor speed, and ur.
circuit connecting this winding to the armature circuit to provide this winding with a second control excitation component in opposition to the first excitation comoosant.
According to a preferred embodiment of the invention, the drive motor is supplied by means of an alternating current to direct current converter comprising a rectifier placed in series with the alternating current winding of the invention. a saturation choke, so that the amblitude of the direct current applied to the motor deviates from the value of the self-inductance; and this choke value is controlled by a single DC bremagnetization winding placed on the choke and energized by three control voltage components. The creamer comoosante this control voltage is provided by a DC source \ adjustable voltage which determines the
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desired engine speed.
The second control voltage component is derived from the motor armature so that it varies in oroportion of the voltage across the motor; second voltage component is in series and in opposition with the first component. The third control voltage component is provided by a circuit connected to the armature circuit of the motor or to the associated alternating current source, so that the third voltage comoosante varies with the armature current. As for its effect on the self-inductance control winding, the third voltage component is added to the first component while being only of small relative amplitude, and serves to compensate for the speed variations due to it. to variations in motor current.
In this way, a single choke control winding, Deference with an additional feedback winding serving to increase the amblification, is sufficient to ensure a smooth and smooth adjustment of the chosen motor speed, regardless of load variations.
Several preferred embodiments of the invention are shown by way of example in the accompanying drawings, in which:
Figures 1 to 4 schematically represent the circuits of four control devices according to the invention.
In the device of FIG. 1, the armature of the drive motor to be controlled bears the reference 1 and its excitation the reference 2. The armature is supplied from the output terminals of a full-wave rectifier 3. The elements of this rectifier may be dry rectifiers or electronic tubes. The input terminals, on the alternating current side, of the rectifier Z are connected to the alternating current terminals 4 to be connected to an aporooriated energy source, such as an alternating current line. The main winding 5 of a saturation inductor 6 is inserted between the terminals 4, in
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series with rectifier 3. This choke has a three-branched magnetic core.
The two outer branches of the core carry equal numbers of winding 5 so that hardly any flux is induced in the central branch by the alternating current flowing in the winding 5. The central branch is devoid of a single direct current control coil. The excitation of this coil determines the pre-magnetization of the choke core and, consequently, the reactive impedance of the original winding 5. When the control coil 7 is disconnected, the premagnetization of the choke is practically zero so that the core is not saturated and the reactance of winding 5 is maximum. The voltage applied, under these conditions, to the terminals of the rectifier 3 is minimum so that the motor receives a minimum voltage and is at rest or turns at the due low speed.
A switch or contactor may be provided to disconnect the motor from the rectifier or to cut off the alternating current supply to the rectifier Z, but this is not the case provided for in the drawing. When the excitation of the control coil 7 is increased, the choke core becomes gradually saturated so that the retraction of winding 5 decreases and the voltage at the output of rectifier 3 increases. The engine thus begins to run faster and faster. The central branch of the choke nucleus is also provided with a feedback chuck 8 serving to increase the amplification.
Motor excitation winding 2 receives constant excitation from direct current distribution bars 9 and 10 energized because the ac terminals 4 pass through a rectifier 11. The motor excitation circuit can contain a resistor d. excitement 12.
The feed-beck coil 8 is connected to the output terminals of the rectifier 3, for example, in parallel therewith, so as to be excited in proportion to the verified output voltage of the rectifier. The connection preferably comprises a
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calibration resistor 13 intended to adjust the feed-back excitation of the choke to the desired value. This excitation can be adjusted in such a way that it provides much or almost all of the premagnetization necessary to keep the reactance of the winding 5 at the proper value. The control coil 7 then serves only to supply the rest of the oremagnetization excitation.
It follows that the coil 7 requires a much lower excitation voltage to control a relatively much greater output voltage of the rectifier 3, than in the absence of feedback.
The circuit of the control coil 7 comprises three sources of control component voltages. The first source is a speed control rheostat, the resistor 14 of which is placed at the constant voltage bars 9 and 10 and at the cursor 15 from which a voltage is derived. The position of cursor 15 determines the water speed the engine should run. The magnetic flux oroduct by coil 7 in the case where only the voltage derived from resistor 14 is derived, is suoeroose to the feed-back flux of winding 8.
The second control component voltage source is formed by a derivation of a resistor 16 placed at the terminals of the armature 1 of the motor M. The second control voltage is therefore proportional to the voltage existing at the motor itself. The direction of connection of the rheostat and this speed control with respect to the resistor 16 is such that the second comoosante control voltage opposes that derived from the rheostat.
The third source of control comoosante voltage is formed because a resistor 17 in series in the circuit of the coil 7 to which is applied a variable voltage coming from a current transformer 16 through a rectifier 19.
The transformer 18 is in series in the alternating current circuit of the main winding 5 and of the rectifier 3. By
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Consequently, the third control voltage component appearing at the terminals of resistor 17 is practically oroooronal to the current passing through rectifier 3 and, therefore, to the armature current of the motor M. The polarity of the third component of control voltage is such that this voltage is added to the first voltage component derived from the speed control theostat.
The amolitude of the third control voltage is normally low because of its ratio to the first voltage component and is proportioned to compensate for speed variations due to variations in the load current.
In other words, the third control voltage component is used to compensate for the IR voltage drop.
When the motor rotates at the correct speed determined by the position of cursor 15, the second voltage component which is a function of the voltage at the terminals of the motor itself is negative with respect to the sum of the other two components and of a value such as the resulting excitation of the control coil 7 to the value necessary to maintain the reactance of the main winding 5 at the exact value. Any deviation of the motor speed from the imposed speed varies the differential excitation of the control coil 7. As a result, the reactance of winding 5 and the rectified voltage at the output of the rectifier change in the circuit. direction and amount needed to restore engine speed.
The compensation for the voltage drop IR oroduit because the voltage across resistor 17 takes care to modify the aforementioned ratio, so that the speed is not affected by variations in the motor load.
This achieves safe control and high-brecision speed regulation, although the system only includes static electrical devices in addition to the motor to be controlled. As a single control coil is sufficient, the choke space of the D-coil can be used to the best of the day and the D-coil
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be smaller or have a higher yield than would otherwise be possible.
In the device of Figure 2, the armature of the motor 21 is powered because a rectifier 23 whose input terminals are connected to the alternating current terminals 24 in series with the main windings 25 and 25 'of two closed-core chokes 26 or 26 '. A control coil 27 is inductively coupled with the two chokes which are also provided with a feedback coil 28. The excitation winding of the motor is supplied by the direct current bars 29 and 30 receiving their current from. a rectifier 31, the input terminals of which are connected to the alternating current terminals ± 4.
Feedback coil 28 receives voltage Drise across the output terminals of rectifier 23, the connection possibly comprising a calibration resistor 33.
The control coil 27 is energized in a circuit comprising the resistor 34 of a speed control rheostat. Resistor 34 is connected between bars 29 and 30. The position of associated cursor 35 determines the speed imposed on the motor.
The circuit of the control coil 27 is made up of a part of a resistor 36 placed across the armature 21 of the motor, serving to provide a second comoosante of proportional control voltage%. the voltage across the motor itself.
A resistor 37 is put in series in the armature circuit of the motor while being at the same time in the circuit of the control coil 27, in series with the resistor 34 and the bypass part of the resistor 36. The voltage drop produced across resistor 37 by the armature current of the motor is a measure of the voltage drop IR in the armature circuit.
This voltage drop is the third control voltage component for the choke control coil circuit. The oolarities and relative magnitudes of the three voltage components
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control voltage are similar to those of the above-mentioned control voltage components when describing Figure 1. Therefore, the device shown in Figure 2 also operates to adjust and stabilize the speed of the motor y in the The goal is to maintain this value Imoosée independently of the variations in load of the motor and according to the adjustment of the cursor of the speed control rheostat.
The motor system shown schematically in FIG. 3 is supplied from the alternating current terminals 101, through a transformer 102 with two secondary windings 103 and 104. The secondary winding 104 is connected to the input terminals of a rectifier 105 which oroducts a rectified output voltage of practically constant amolitude. Winding 103 is connected to the input terminals of another rectifier 106 in series with the original self-inductor winding 107 of a saturation choke 108. The output voltage of rectifier 106 is roughly proportional to the voltage. AC voltage applied to the rectifier input, and this AC voltage varies as a function of the reactance of winding 107.
The output terminals of the rectifier 106 are connected to the armature 109 of the motor to be controlled. The excitation winding 110 of the motor is connected to the output terminals of the rectifier 105 and is therefore supplied with a normally constant voltage. If desired, an excitation rheostat can be provided in the excitation circuit 110 of the motor.
The re-represented saturation choke has a three-branched core, although it is understood that saturation reactors of other types can be used, such as two interconnected chokes with separate magnetic circuits. The main winding 107 of the coil 108 is made up of two equal amounts of turns wound on the two outer branches, so that the winding 107 oratically induces no flow in the central branch. This is fitted with direct current coils
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111, 112 and 113. Coil 113 is connected to the output terminals of rectifier 106 and is equipped, preferably, with calibration resistance 114.
The coil 113 plays the role of the feedback coil which premagnetizes the choke core in a proportion depending on the output voltage of the rectifier 106. The amplitude of the feedback premagnetization is adjusted in such a way, for example at by means of rheostat 114, that the excitation of coil 113 provides a large portion of the premagnetization necessary for choke 108 to maintain the reactance of coil 107 the value at which the rectifier output voltage 106 corresponds to the imoosated speed of the motor.
For example, the excitation of winding 113 can be such that it provides all the pre-magnetization required for the operating conditions mentioned at the instant, therefore, the other DC coils of the choke are joined together. - only provide a slight suoolementary pre-registration necessary for a given operating condition of the winding 107, that is to say for a given output voltage of the rectifier 106. It follows that small voltage changes In the circuits of the coils 111 and 112, it is sufficient to produce orortionally much larger changes in the output voltage of the rectifier 106.
In other words, the above-mentioned operating conditions include a high amolification factor of the variable reactance disosol.
Coil 111 represents the primary control coil of the self-induetpnce, while coil 112 serves as a corrector. The coil 111 is connected to the cursor or orise 115 of a potentiometric rheostat 116 connected to the output terminals of the rectifier 105 and, thereby, receives a substantially constant voltage. The circuit of the coil 111 is also connected to the terminals of the armature circuit of the motor. Therefore, the circuit of the @
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coil 111 is subjected to two control voltage components.
One of these has a regulated and normally fixed value E1 (base voltage) and comes from the bypass of the rheostat 116. This voltage E1 and therefore the position of the cursor 115 determine the speed imposed on the motor. The second control voltage component (drive voltage) applied to the coil 111 circuit corresponds to the voltage E2 across the armature of the motor. The base voltage E1 and the driving voltage E2 are opposite to each other. Consequently, the excitation of the control coil 111 is a function of the difference between the two voltages. These are largely canceled out when the motor speed corresponds to that imposed by the position of cursor 115.
Coil 112 is connected to the armature circuit of the motor so that its excitation is proportional to the current flowing through the armature circuit. The premagnetization due to the coil 112 is added to the premagnetization due to the base voltage E1 and opposes that of the pilot voltage E2. The coil 112 can be considered as a corrector of the base voltage. The premagnetization due to the coil 113 is also added to the effect of the base voltage E1.
A reversing switch, shown schematically at 117, serves to reverse the direction of rotation of the motor. The changeover switch may consist of a pair of change-over contactors with associated control circuits, commonly used in motor control systems.
Assuming that switch 117 is closed in a given direction of motor rotation and that slider 115 of speed control rheostat 116 is set for a desired motor speed, energizing terminals 101 has the effect of simultaneously supply the excitation of the motor 11C, the rheostat 116 and the rectifier 106. At the start, the choke core is not saturated so that the winding 107
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has a high reactance. Consequently, the voltage applied because the rectifier 106 to the armature of the motor 109 is low and the excitation of the control coil 111 is mainly determined by the base voltage E1. The resulting premagnetization reduces the reactance of winding 107, so that the output voltage of rectifier 106 rises and the motor accelerates.
When the voltage at the output of the rectifier or at the armature terminals increases, the excitation of the control winding 111 decreases due to the differential effect of the pilot voltage E2 and the effect of the pilot voltage E2. Feedback coil 113 also increases, until the pilot voltage E2 roughly equals the base voltage E1. At this time, the feedback winding 113 provides most of the magnetization required by the adjustment of the rheostat 116. If the voltage at the output of the rectifier or at the motor terminals increases beyond the set value, l The differential excitation of the control coil 111 is reversed, opposing the feedback coil 113 and reducing the rectified armature voltage to the desired value.
If the rectified voltage falls below the imposed value, the excitation of the coil 111 increases in the direction determined because the polarity of the base voltage E1. This raises the tension of straightener 106 to the desired value. In this way, the choke device tends to maintain the speed of the motor substantially at the value determined by the position of the cursor 115, and any change in the cursor 115 changes the speed of the motor accordingly.
The control as just described would only ensure proportionality between the adjustment of slider 115 and the motor speed if the motor load current remained constant. This would result in imprecision of operation, without the corrective control coil 112. This control coil increases the premagnetization of the self-inductance, when the load increases and, therefore, reduces the reactance of
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winding 107 and increases the output voltage of the rectifier
106 of the amount necessary to compensate for the drop in speed that would be caused by the increased charge current.
In other words, the coil 112 takes into account, in the control of the speed, the voltage drop IR and compensates for it.
In the embodiment of FIG. 4, the AC terminals 121 of the motor system are connected to the input terminals of a rectifier 122 in series with the main choke winding 123 of a choke. \ saturation 124 equipped with a feedback coil 125 and two control coils le-6 and 127.
The armature 128 of the motor to be controlled is connected to the output terminals of the rectifier 122. The excitation winding 129 of the motor is supplied by means of an excitation rheostat 130 from a rectifier 131 whose input terminals are also connected to the alternating current terminals 121 and which supplies a practically constant voltage.
The feedback coil 125 is connected to the output terminals of the rectifier 122 in series with a resistor 132. The circuit of the control coil 126 is connected between the negative output terminal of the rectifier 131 and the slider 134 of. a speed adjustment rheostat 135. This rheostat is placed at the terminals of the armature circuit of the motor. Therefore, the circuit of coil 126 is energized by the difference between two voltages ooooosed between them. A voltage (E1) is crisis at the output terminals of the rectifier 131 and has a constant value. The other voltage (E) is derived from part of the rheostat 135 and varies according to the motor voltage or the output voltage of the rectifier 122.
The IR voltage drop comoensation coil 127 is placed across a resistor 136 in series in the armature circuit so that the voltage drop across resistor 136 is proportional to the load current or the load current.
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voltage drop in the armature circuit.
The operation of the device is in principle the same as that of the system shown in FIG. 3. However, FIG. 4 makes it possible to realize that one oeut to modify, in the devices according to the invention, circuit elements and their connections. , without departing from the main characteristics of the invention.
CLAIMS
1) Variable speed motor, comprising a DC motor having an armature circuit, AC power supply terminals, a rectifier and a saturation inductor having main windings connected in series between the terminals. power supply, the rectifier being connected to the armature circuit to supply it with direct voltage, the inductor having pre-magnetization direct current windings to control the rectifier so as to vary its voltage, a current supply device variable voltage DC connected to the oremagnetization windings, providing them with a first control excitation comoosante indicative of a desired motor speed,
and a circuit device connecting the premagnetization coils to the armature circuit to provide these coils with a second control excitation component of polarity corresponding to the first excitation.