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Dispositif d'entraînement pour film oscillographique . La présente invention, système Roger, Pierre DUBUSC, concerne un dispositif d'entraînement d'un film sur lequel on inscrit, par voie mécanique ou photographique, les déplacements d'un ou de plusieurs équipages oscillographiques, ces déplace- ments étant eux-mêmes proportionnels aux valeurs instantanées des courants électriques qui traversent les enroulements de ces équi- pages. Elle s'applique plus particulièrement à de tels films sur lesquels ces enregistrements se font à une échelle microscopique, les amplitudes des tracés étant, par exemple, de l'ordre du milli- mètre, et la résolution des détails de l'ordre de quelques microns.
A cette échelle, la vitesse de déroulement du film doit être abso- lument uniforme, sous peine de confondre les irrégularités de vi- tesses avec les irrégularités d'allure du phénomène enregistré.
Pour fixer les idées, si l'on enregistre un phénomène périodique
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dont la fréquence est de 500 périodes par seconde, il s'agit que l'échelle des temps soit uniforme à 1 % près, c'est-à-dire à 1/50.000 de seconde près. Autrement dit, si la période repré- sente 0,2 mm, le coefficient d'irrégularité de la vitesse de dé- roulement du film doit être inférieur à 2 microns par période.
Les dispositifs connus d'entraînement de film oscillo- graphiques se composent d'un moteur tournant à grande vitesse: moteur synchrone ou asynchrone, lorsque la source de tension d'alimentation est à courant alternatif .., moteur shunt lorsque la source est à courant continu, moteur universel, du type série avec régulateur de vitesse, lorsque la source est à courant conti- nu ou alternatif. Ce moteur entraine une roue à picots, sur la- quelle le film est engagé, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse mécanique, tel que train d'engrenages, vis tangente, etc.
Or, les réducteurs de vitesse, quelle que soit la précision avec laquelle ils sont taillés, ont des coefficients d'irrégularité très supérieurs aux chiffres indiqués ci-dessus. En outre, le film n'est pas tendu, et les à-coups provenant de la rotation ir- régulière du rouleau-magasin, lequel est soumis à des couples de frottement et d'inertie variables, se traduisent également par une irrégularité de la vitesse.
Un autre inconvénient de ces dispositifs connus provient du fait que, le moteur, tournant à grande vitesse, ne peut ni démarrer ni s'arrêter de façon pratiquement instantanée. Or, quand on veut enregistrer des phénomènes fortuits tels que les défauts survenant dans les réseaux de transport d'énergie élec- trique, on est obligé d'utiliser des oscillographes dits auto- matiques, c'est-à-dire des oscillographes dans lesquels le dérou- lement du film est commandé par l'apparition du phénomène caracté- risant le défaut, et il s'agit que le film atteigne sa vitesse de régime dans un temps très court, de l'ordre de quelques millièmes de seconde, sous peine de manquer le début du défaut. On est obli-
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gé alors de laisser tourner le moteur en permanence, et de 1' embrayer temporairement avec la roue d'entraînement du film.
Il y a là d'autres sources d'inconvénients, telles que débit permanent de la source, usure du moteur et de l'embrayage, etc.
La présente invention fournit un moyen de supprimer ces inconvénients en réalisant un dispositif d'entraînement d' un film à vitesse très régulière, et à mise en route et arrêt pratiquement instantanés. Elle est caractérisée par le fait que la roue à picots d'entraînement du film est montée directement sur le rotor à faible inertie d'un moteur d'induction à cloche ou à disque, et à phases équilibrées, le mouvement étant freiné par un amortisseur à courants de Foucault, à faible inertie et à grand facteur d'amortissement, monté directement sur une deuxiè- me roue à picots placée entre le rouleau-magasin et la roue à picots d'entraînement, et sur laquelle s'enroule le film à la sortie du rouleau-magasin, l'enregistrement sur le film s'effec- tuant sur une région de ce film située entre les deux roues à picots.
On réalise ainsi la combinaison d'un élément moteur à caractéristiqueasynchrone, couplé rigidement à un élément d'amor- tissement exerçant un couple antagoniste proportionnel à la vi- tesse de rotation, la raideur du film, qui sert de liaison entre les deux éléments étant grande par rapport aux autres grandeurs mécaniques mises en jeu. On obtient de cette manière un premier résultat important : film est toujours tendu, et sa tension est proportionnelle à sa vitesse de déroulement.
En outre,il est connu que, dans un tel système mécanique, si le moment d'inertie est faible par rapport à la constante d'amortissement, la vitesse de régime est atteinte dans un temps très court, et cette vites- se de régime est proportionnelle au quotient du couple moteur par la constante d'amortissement, pourvu que cette vitesse soit suf- fisamment éloignée de la vitesse de synchronisme.
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Un tel système obéit, en effet, à la loi suivante:
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où wt est la vitesse angulaire à l'instant t compté à par- tir du repos; C, le couple moteur; A, la constante d'amortisse- ment ; T, la constante de temps, définie par :
K T = , K, étant le moment d'inertie.
A
Pour fixer les idées, si on admet les valeurs sui- vantes : A = 100. 000 dynes.cm/radian/sec.; K = 500 g.cm2, on obtient T = 0,005 seconde.
Si, au lieu des vitesses, on exprime les déplacements angulaires, on a :
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Ót étant l'angle à l'instant t, compté à partir du repos.
La Fig. 1 représente la fonction exponentielle :
T t - T (1 - e t) pour T = 0,005 seconde.
La Fig. 2 représente l'enregistrement de deux sinu- soldes de fréquence 50 périodes par seconde, lorsque le déroule- ment du film obéit à la loi précédente, l'une des sinusoïdes étant égale à sin wt et l'autre à cos wt. Il est visible qu'à partir du premier quart de période les sinusoïdes ne sont prati- quement pas déformées.
Dans un tel système moteur, la constante de temps ne dépend que du rapport K , du moment d'inertie total à la cons-
A tante d'amortissement. Le couple moteur C n'intervient que pour définir la vitesse limite C. Cette vitesse pourra donc être
A réglée par le couple moteur C, sans modifier la constante de temps.
On aura donc ainsi un premier moyen de réglage de la vitesse de déroulement du film, en agissant, par exemple, sur la @
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tension d'excitation du moteur, par transformateur ou résistan- ce additionnelle.
On peut aussi, bien entendu, régler la vitesse en agis- sant sur la constante d'amortissement, mais on modifie ainsi la constante de temps. Par contre, on laisse constant le couple moteur, ce qui peut avoir un autre intérêt. En effet le couple moteur doit être aussi élevé que possible, de façon que les couples de frottement,soient négligeables. Si cette condition doit être satisfaite pour les faibles vitesses de déroulement, onpeut être conduit, pour les grandes vitesses, à donner au cou- ple moteur des valeurs exagérées, soit par suite de l'échauffe- ment du moteur, soit par suite de la tension mécanique imposée au film. Il sera donc préférable, dans certains cas, de diminuer la constante d'amortissement pour augmenter la vitesse du film.
Du reste, une grande gamme de vitesse n'est utile que .lorsqu'on enregistre des phénomènes de fréquences très différentes. Ce n'est le cas que pour les oscillographes non automatiques, où la constante de temps n'a qu'un intérêt secondaire, puisque les phénomènes enregistrés ne sont pas fortuits, mais provoqués.
La constante de la vitesse d'un ensemble moteur ainsi constitué tient à une particularité des moteurs d'induction po- lyphasés équilibrés, à savoir que leur couple est constant, c'est- à-dire sans aucune pulsation. Leur champ tournant est circulaire, c'est-à-dire qu'il ne comporte qu'un terme fondamental tournant à la vitesse de synchronisme. Au contraire, un moteur d'induc- tion polyphasé non équilibré produit un champ tournant elliptique, comportant, en plus du terme fondamental synchrone, un terme antisynchrone tournant en sens inverse. Un tel moteur produirait un couple pulsatoire, et la pulsation de ce couple se traduirait par une pulsation de même fréquence et d'amplitude proportionnel- le, dans la vitesse de déroulement du film.
@ On sait obtenir dans un moteur d'induction un champ
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tournant circulaire. Il suffit, soit d'alimenter les pôles par des tensions polyphasées équilibrées, soit, si l'on ne dispose que d'une tension monophasée, de déphaser artificiellement les tensions dans les différents pôles au :noyen d'artifices connus, tels que condensateurs, etc... tous artifices permettant d'ob- tenir sur les pôles des tensions polyphasées symétriques.
En outre,les moteurs d'induction à disque ou à cloche ont, à couple égal, un moment d'inertie très inférieur à tous les autres types de moteurs.
En vue de faire comprendre plus facilement les carac- téristiques nouvelles de l'invention, on se référera à la des- cription suivante et à la fig. 3 données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif.
Sur cette figure, 1 représente un film perforé pro- venant d'un rouleau-magasin 2 et passant sur une première roue à picots 3, un rouleau cylindrique 4, et une deuxième roue à picots 5. Sur l'axe de la roue à picots 5 est monté directement le rotor 6, en forme de cloche, d'un moteur d'induction dont le stator n'est pas représenté. Sur l'axe de la roue à picots 3 est monté directement un amortisseur 7 constitué par une cloche métallique placée dans l'entrefer d'un. aimant permanent. La roue à picots 5 tourne dans le sens de la flèche f . 8 représente un rayon lumineux, issu du miroir d'un équipage oscillographique qui impressionne le film.
Le rotor 6 du moteur d'induction entraîne le film 1 dans le sens de la flèche F. Ce mouvement de déplacement du film est freiné par l'amortisseur 7.
RESUME
Dispositif de déroulement d'un film oscillographique sur lequel on inscrit par voie mécanique ou photographique les déplacements d'un ou de plusieurs équipages oscillographiques, caractérisé par le fait que la roue à picots d'entraînement du
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Drive device for oscillographic film. The present invention, Roger system, Pierre DUBUSC, relates to a device for driving a film on which the movements of one or more oscillographic crews are registered, mechanically or photographically, these movements being themselves. proportional to the instantaneous values of the electric currents flowing through the windings of these teams. It applies more particularly to such films on which these recordings are made on a microscopic scale, the amplitudes of the traces being, for example, of the order of a millimeter, and the resolution of the details of the order of a few. microns.
On this scale, the speed of unwinding of the film must be absolutely uniform, under penalty of confusing the irregularities in speed with the irregularities of the appearance of the recorded phenomenon.
To fix ideas, if we record a periodic phenomenon
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the frequency of which is 500 periods per second, the time scale must be uniform to within 1%, that is to say to within 1 / 50,000 of a second. In other words, if the period represents 0.2 mm, the irregularity coefficient of the unwinding speed of the film must be less than 2 microns per period.
Known oscillographic film drive devices consist of a motor rotating at high speed: synchronous or asynchronous motor, when the supply voltage source is alternating current, shunt motor when the source is current. continuous, universal motor, series type with speed regulator, when the source is direct or alternating current. This motor drives a sprocket wheel, onto which the film is engaged, by means of a mechanical speed reducer, such as a gear train, tangent screw, etc.
However, speed reducers, regardless of the precision with which they are cut, have irregularity coefficients much higher than the figures indicated above. In addition, the film is not stretched, and the jerks resulting from the irregular rotation of the magazine roller, which is subjected to variable friction and inertia torques, also result in irregularity of the film. speed.
Another drawback of these known devices stems from the fact that the engine, rotating at high speed, can neither start nor stop practically instantaneously. However, when we want to record fortuitous phenomena such as faults occurring in electrical energy transport networks, we are obliged to use so-called automatic oscillographs, that is to say oscillographs in which the unwinding of the film is controlled by the appearance of the phenomenon characterizing the defect, and it is a matter of the film reaching its operating speed in a very short time, of the order of a few thousandths of a second, under worth missing the beginning of the fault. We are obli-
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Ge then to let the motor run continuously, and to temporarily engage with the film drive wheel.
There are other sources of inconvenience here, such as constant flow of the source, wear of the engine and clutch, etc.
The present invention provides a means of overcoming these drawbacks by providing a device for driving a film at very regular speed, and with almost instantaneous starting and stopping. It is characterized by the fact that the film drive sprocket wheel is mounted directly on the low inertia rotor of a bell or disc induction motor, and with balanced phases, the movement being braked by a damper. eddy current, low inertia and large damping factor, mounted directly on a second sprocket wheel placed between the magazine roller and the sprocket drive wheel, and on which the film is wound. exiting the magazine roll, the recording on the film taking place on a region of this film situated between the two sprocket wheels.
The combination of a motor element with synchronous characteristics is thus achieved, rigidly coupled to a damping element exerting an antagonistic torque proportional to the speed of rotation, the stiffness of the film, which serves as a link between the two elements being large compared to the other mechanical quantities involved. In this way a first important result is obtained: the film is always stretched, and its tension is proportional to its unwinding speed.
Further, it is known that, in such a mechanical system, if the moment of inertia is small compared to the damping constant, the engine speed is reached in a very short time, and this engine speed is proportional to the quotient of the motor torque by the damping constant, provided that this speed is sufficiently far from the synchronism speed.
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Such a system obeys, in fact, the following law:
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where wt is the angular velocity at the instant t counted from rest; C, the engine torque; A, the damping constant; T, the time constant, defined by:
K T =, K, being the moment of inertia.
AT
To fix ideas, if we admit the following values: A = 100,000 dynes.cm/radian/sec .; K = 500 g.cm2, we get T = 0.005 seconds.
If, instead of the speeds, we express the angular displacements, we have:
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Ót being the angle at time t, counted from rest.
Fig. 1 represents the exponential function:
T t - T (1 - e t) for T = 0.005 seconds.
Fig. 2 represents the recording of two sinusoids of frequency 50 periods per second, when the course of the film obeys the preceding law, one of the sinusoids being equal to sin wt and the other to cos wt. It is visible that from the first quarter of a period the sinusoids are practically not deformed.
In such a motor system, the time constant depends only on the ratio K, on the total moment of inertia at the con-
Has aunt sinking. The motor torque C only intervenes to define the limit speed C. This speed can therefore be
A regulated by the motor torque C, without modifying the time constant.
We will thus have a first means of adjusting the speed of unwinding of the film, by acting, for example, on the @
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motor excitation voltage, by transformer or additional resistor.
It is of course also possible to regulate the speed by acting on the damping constant, but the time constant is thus modified. On the other hand, the engine torque is left constant, which may have another interest. In fact, the engine torque must be as high as possible, so that the friction torques are negligible. If this condition must be satisfied for low unwinding speeds, it may be necessary, for high speeds, to give the motor torque exaggerated values, either as a result of the motor heating up, or as a result of overheating. mechanical tension imposed on the film. It will therefore be preferable, in certain cases, to decrease the damping constant in order to increase the speed of the film.
Moreover, a large speed range is only useful when recording phenomena of very different frequencies. This is only the case for non-automatic oscillographs, where the time constant has only a secondary interest, since the phenomena recorded are not fortuitous, but provoked.
The speed constant of a motor assembly thus formed is due to a peculiarity of balanced polyphase induction motors, namely that their torque is constant, that is to say without any pulsation. Their rotating field is circular, that is to say that it comprises only one fundamental term rotating at the speed of synchronism. On the contrary, an unbalanced polyphase induction motor produces an elliptical rotating field, comprising, in addition to the fundamental term synchronous, an antisynchronous term rotating in the opposite direction. Such a motor would produce a pulsating torque, and the pulsation of this torque would result in a pulsation of the same frequency and proportional amplitude, in the speed of the film.
@ We know how to obtain a field in an induction motor
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circular turning. It is sufficient either to supply the poles with balanced polyphase voltages, or, if only a single phase voltage is available, to artificially phase-shift the voltages in the different poles by: using known devices, such as capacitors , etc ... all devices enabling symmetrical polyphase voltages to be obtained on the poles.
In addition, disc or bell induction motors have, at equal torque, a much lower moment of inertia than all other types of motors.
In order to make the new characteristics of the invention easier to understand, reference will be made to the following description and to FIG. 3 data simply by way of example and without any limiting nature.
In this figure, 1 shows a perforated film coming from a magazine roller 2 and passing over a first sprocket wheel 3, a cylindrical roller 4, and a second sprocket wheel 5. On the axis of the sprocket wheel. pins 5 is mounted directly on the rotor 6, bell-shaped, of an induction motor, the stator of which is not shown. On the axis of the sprocket wheel 3 is directly mounted a shock absorber 7 consisting of a metal bell placed in the air gap of a. permanent magnet. The sprocket wheel 5 rotates in the direction of arrow f. 8 represents a light ray, coming from the mirror of an oscillographic crew which impresses the film.
The rotor 6 of the induction motor drives the film 1 in the direction of the arrow F. This movement of displacement of the film is slowed down by the damper 7.
ABSTRACT
Device for unwinding an oscillographic film on which the movements of one or more oscillographic units are recorded by mechanical or photographic means, characterized in that the drive spikes wheel of the