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DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE COMMANDE DE MOTEUR POUR L'ADAPTATION DE LA
VITESSE OU L'AMPLIFICATION DU COUPLE.
La présente invention se rapporte aux dispositifs électroniques pour la commande d'un moteur à courant continu alimenté depuis une source de courant alternatif par l'intermédiaire d'appareils à décharge réglables, en vue de le faire fonctionner à vitesse commandée.
L'invention a pour but de créer un tel dispositif., capable de fonctionner comme multiplicateur de vitesse ou amplificateur de couple.
Plus particulièrement, l'invention a pour but de créer un dis- positif de ce type dont le moteur est 'amené à tourner à une vitesse déterminée par une vitesse étalon variable ou par d'autres appareils ou machines de sorte que les deux vitesses soient adaptées l'une à l'autre ou maintenues pratique- ment dans un rapport désiré.
Par exemple, dans certaines machines-outils, le chariot porte- outil peut être déplacé le long de la pièce à traiter ou vers celle-ci par l'intermédiaire'd'un volant à main ou d'une manivelle; et un but de l'inven- tion est de réaliser un dispositif de commande .électronique servant à mouvoir un tel chariot au moyen d'un moteur électrique dont la vitesse est réglée par la vitesse de rotation du volant à main ou manivelle de manière à agir comme amplificateur de couple entre les commandes à main et à moteur.
Pour citer un autre exemple., il est souvent intéressante dans des installations de machines, qu'un de leurs moteurs électriques se main- tienne dans un rapport de vitesses constant relativement à un autre moteur ou à un élément entraînée et un but de l'invention est de réaliser un dispositif de commande de moteur relativement simple capable de maintenir un certain rap- port de vitesses indépendamment des variations de charge ou de couple appli- quées au moteur commandé.
Ces buts et d'autres, ainsi que les formes d'exécution de l'inven- tion resserviront clairement de la description ci-dessous de deux formes d'exé- cution préférées, représentés à titre d'exemple au dessin annexé.
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La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif de comman- de servant à assurer une vitesse déterminée ou une vitesse variable résul- tante ou d'adaptation.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution en partie sem- blable à celle de la figure 1, le schéma ne donnant que les parties différen- tes.
Les bornes pour courant alternatif 1 du dispositif sont reliées à un transformateur principal 2 ayant des enroulements secondaires 3 et 4.
Les anodes respectives de deux thyratrons 5 et 6 sont reliées aux extrémi- tés de l'enroulement secondaire 3 par l'intermédiaire des primaires 7 et 8, respectivement, d'un transformateur de courant 9 ayant un enroulement secon- daire à prise médiane 10. Les thyratrons 5 et 6 ont un conducteur commun de cathode 11 relié par l'induit 12 du moteur M à la prise médiane de l'enroule- ment de transformateur 3. Le moteur a un enroulement d'excitation série 13 et un enroulement d'excitation principal 14. L'enroulement d'excitation princi- pal est alimenté par une source séparée de courant continu à tension prati- quement constante, par exemple, un redresseur alimenté par un autre enroule- ment secondaire (non représenté) du transformateur 2. Deux résistances 22 et 23 connectées en série sont mises aux bornes de l'induit 12.
La résistance 23 est shuntée par un condensateur de filtrage 24.
Les circuits de commande des thyratrons 5 et 6 partent des grilles de commande, passent par les résistances respectives 25 et 26 at aboutissent aux extrémités de l'enroulement secondaire 27 du transformateur 28. Celui-ci est alimenté, à travers un circuit déphaseur 29, par le secondaire 4 du trans- formateur 2 et applique aux circuits de commande des thyratrons une composante alternative de tension de grille déphasée en arrière d'environ 90 par rap- port à la tension anodique des thyratrons respectifs.
A partir de la prise médiane 32 du secondaire 27, les deux cir- cuits de commande de thyratron. se confondent et passent par une partie d'un rhéostat 33 qui reçoit de la tension continue d'une source appropriée de cou- rant continu représentée schématiquement en 34. De la prise du rhéostat 33, la partie commune des circuits de commande de thyratron passe par des résis- tances 35, 36, 37, 38 et un rhéostat de réglage de vitesse 39 dont le curseur ou prise 41 est relié par une connexion 42 et la résistance 23 au conducteur cathodique 11 des thyratrons.
La partie de dérivation du rhéostat 33 applique aux circuits de commande des thyratrons 5 et 6 une tension continue dont l'amplitude réglée reste constante pendant tout le fonctionnement du dispositif. Une source appre- priée de courant continu à tension constante, représentée en 45, est connec- tée aux bornes des résistances 36, 37, 38 et du rhéostat 39 par le contact 40 d'un interrupteur S. La différence algébrique entre la chute de tension aux bornes de la partie active du rhéostat 39 et la tension apparaissant aux bor- nes de la résistance 23 est petite et reste pratiquement constante, son ef- fet sur le circuit de commande du thyratron étant négligeable.
Par conséquent, la somme algébrique des tensions prises aux bornes des résistances et rhéo- stats 23, 33, 36, 37, 38 et 39 est constante et représente une tension con- tinue qui est une composante de tension de grille constante pour les tbyra- trons 5 et 6 superposée à la tension de grille alternative fournie par le transformateur de grille 28. Les composantes de tension mentionnés jusqu'ici forment une tension de commande périodique synchrone à la tension anodique des thyratrons, mais convenablement déphasée par rapport à celle-ci.
Une autre composante essentielle de la tension de grille est ap- pliquée aux circuits de commande des thyratrons par la résistance 35.Cette résistance est mise en série dans le circuit plaque d'un maître-tube de com- mande 51 qui est un tube à vide amplificateur, par exemple une pentode. La tension anodique du tube 51 est fournie par la source 45 et prélevée aux bor- nes des résistances 36 et 37. La chute de tension continue aux bornes de la résistance 35 varie en fonction de la conductivité du tube 51 et détermine l'angle d'allumage des thyratrons. Il s'ensuit que la tension redressée appli- quée à l'induit du moteur 12 dépend de l'état de tension du circuit de grille
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pour le tube 51.
Le circuit de grille du tube 51 part de la grille de commande 52, passe par une résistance 53, un rhéostat 54, une résistance 55 et une résis- tance 56 pour aboutir au fil de cathode de thyratron 11, puis par la résis- tance 23 et le conducteur 42 au curseur 41 du rhéostat 39 et par la résistan- ce 38 à la cathode du maitre-tube de commande 51.
Le circuit de grille du tube 51 mentionné ci-dessus contient deux sources principales de tension de grille. Une source consiste dans la partie réglable du rhéostat 39 (rhéostat de réglage de vitesse). La tension continue fournie par le rhéostat 39 tend à rendre la grille de commande du tube 51 né- gative par rapport à la cathode . L'amplitude de cette tension détermine la vitesse de régine du moteur M. La seconde source importante de tension de gril- le consiste dans la résistance 23. La tension aux bornes de la résistance 23 est proportionnelle à la tension aux bornes de l'induit et donc approximative- ment proportionnelle à la vitesse du moteur.
La tension aux bornes de la ré- sistance 23 est opposée à la tension du rhéostat de réglage de vitesse 39, c'est-à-dire qu'elle tend à rendre la grille de commande 52 du tube 51 posi- tive par rapport à la cathode.
Le circuit de grille susmentionné pour le maître-tube 51 comprend une partie ajustée du rhéostat 54. Celui-ci sert à appliquer à la grille de commande du maître-tube de commande une tension de correction proportionnelle au courant d'induit de manière à compenser les variations de vitesse dues aux variations de chute de tension IR dans le circuit d'induit. Le rhéostat 54 est mis aux bornes d'une source convenable de courant continu à tension con- stante représentée schématiquement en 60, en série avec un tube amplificateur à vide 61. Par conséquent, l'amplitude de la composante correctrice de la ten- sion de grille du tube 51 dépend de la conductance du tube 61 qui, à son tour, est déterminée par la tension de.grille appliquée au tube 61.
Le circuit de grille du tube 61 part de la grille de commande 62, passe par une résistance 63 et une partie réglée d'un rhéostat 64 qui reçoit de la tension constante d'une source appropriée de courant continu représen- tée en 65. De là, le circuit de grille passe par une partie réglée d'un rhéo- stat 67 et la résistance 55 pour aboutir à la cathode du tube 61. Une polari- sation de grille négative constante est appliquée au circuit de grille aux bornes de la partie réglée du rhéostat 64. La polarisation négative vient en opposition avec une tension de grille variable qui apparaît aux bornes de la partie active du rhéostat 67 et est proportionnelle au courant de charge dans le circuit d'induit du moteur. Cette proportionnalité est assurée de la ma- nière suivante.
Un circuit redresseur 70 est connecté au secondaire 10 du trans- formateur 9. Comme le primaire du transformateur 9 est parcouru par le courant de charge d'induit (par le courant anodique des tubes redresseurs 5 et 6), la tension secondaire du transformateur et la tension de sortie du redresseur 70 sont proportionnelles au courant de charge. La tension de sortie redressée est appliquée aux bornes du rhéostat 67 par l'intermédiaire d'une résistance 69.
Un troisième ,tube à vide amplificateur 71 est prévu pour limiter le courant d'induit du moteur surtout durant les périodes d'accélération.
Le tube 71 est une pentode caractérisée par un cutoff brusque. Son circuit plaque est alimenté par la source 45 et part de la borne négative de cette source 45 par l'interrupteur S, le rhéostat 39, le conducteur-42, la résistan- ce 23, le conducteur de cathode 11 et la résistance 56, pour aboutir à la cathode du tube 71.
Le circuit de grille de commande du tube 71 va de la grille de commande 72 par une résistance 73 à la prise ou curseur 74 d'un rhéostat potentiométrique 75, et par une partie du rhéostat 67 à la cathode du tube 71. Il s'ensuit que la tension aux bornes de la partie de dérivation du rhé- ostat 67 qui,, comme il a été dit, est une mesure du courant d'induit, inter- vient aussi dans le circuit de grille du tube limiteûr de courant 71. Une au- tre composante de tension de grille pour le tube 71 apparaît aux bornes de la partie active du rhéostat 75.Cette tension est prise à la source 65.
L'in-
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terrupteur S précité a deux contacts 76, 77 en plus du contact 40. Quand l'@n terrupteur S se trouve dans la position indiquée, le rhéostat 39 est connec- té à la source de courant 45 et produit donc une chute de tension constante.
En conséquence, la tension de commande de vitesse est alors déterminée par la position choisie pour le curseur 41. La vitesse du moteur est nulle quand le curseur 41 est à son extrémité droite, et la vitesse augmente au fur et à mesure que le curseur 41 se déplace vers la gauche.
Quand l'interrupteur S est commuté dans son autre position, le rhéostat 39 est déconnecté de la source 45 et est, au contraire, relié par les contacts 76 et 77 à une source de tension variable qui, dans l'exemple donné, est une génératrice tachymètre G. Dans cette nouvelle position de l'in- terrupteur S, la vitesse du moteur dépend de la tension de la génératrice G.
Le moteur est donc arrêté quand la génératrice G est arrêtée;, et ne tourne que lorsque la génératrice est entraînée, la vitesse du moteur étant alors linéairement proportionnelle à celle de la génératrice.
La fonction de commande de la vitesse de la tension aux bornes de la partie active du rhéostat 39 (entre curseur 41 et résistance 38) ressor- tira plus clairement de la description suivantes Quand le moteur tourne à une vitesse choisie quelconque, la tension positive aux bornes de la résistan- ce 23 et les tensions négatives opposées aux bornes de la partie active des rhéostats 39 et 54 dans le circuit de grille du maître-tube de commande 51 ' s'équilibrent au point qu'une tension négative résultante de quelques volts est appliquée à la grille de commande du maître-tube 51. Cette tension de grille résultante correspond à une tension amplifiée définie aux bornes de la résistance 35 dans le circuit plaque du tube 51, et donc à un angle d'alluma- ge déterminé des thyratrons 5 et 6.
Quand l'interrupteur S est dans la posi- tion indiquée et que l'on écarte de plus en plus le curseur 41 de sa posi- tion zéro, cet équilibre est momentanément dérangé, La grille de commande du maître-tube 51 devient plus négative, et la tension aux bornes de la résis- tance 35 diminue ce qui avance le point d'allumage des thyratrons. Il en résulte un accroissement de la tension d'induit et de la vitesse du moteur, Cet accroissement entraîne une augmentation correspondante de tension aux bornes de la résistance 23 d'importance telle qu'un nouvel équilibre s'éta- blit à une tension de grille résultante légèrement plus négative pour le maitre-tube 51. Inversement, la vitesse du moteur décroît quand le curseur 41 est ramené vers sa position arrêt.
En résumé, avec l'interrupteur S dans la position indiquée, la vitesse de régime du moteur tend à se maintenir à une valeur qui dépend de la position choisie pour le curseur 41. Quand l'in- terrupteur S est mis dans l' autre position, une augmentation ou une diminu- tion de la tension de la génératrice G a le même effet sur la tension acti- ve du rhéostat 39 que le déplacement précité du curseur. La vitesse du mo- teur est donc alors déterminée suivant une proportionnalité linéaire par la tension de la génératrice, le curseur 41 restant à la même place. Dans l'é- tat cité en dernier lieu, un déplacement du curseur 41 a comme seul effet de changer le rapport entre les vitesses de la génératrice G et du moteur M.
Comme la tension d'induit du moteur M, mesurée aux bornes de la résistance 23, n'est pas une indication correcte de la vitesse du moteur puisqu'elle augmente plus que proportionnellement à la vitesse, quand le cou- ple appliqué au moteur et donc la chute de tension IR dans le circuit d'in- duit augmentent, un réglage correctif du circuit de grille du maître-tube 51 est nécessaire pour établir la linéarité voulue entre le réglage du cur- seur de rhéostat 41 ou la vitesse de la génératrice G, suivant le cas et la vitesse du moteur, indépendamment des variations de charge du moteur.
Cette correction est apportée par la chute de tension variable qui se produit aux bornes de la partie du rhéostat 54 comprise dans le cir- cuit de grille du maître-tube 51. Comme il a été dit, la tension appliquée aux bornes du rhéostat 54 est commandée par le tube 61 dont le circuit de grille comprend le rhéostat 64, agissant comme une source de tension de gril- le constante, et le rhéostat 67, agissant comme une source de tension qui varie en proportion directe de la chute de tension IR dans le circuit d'in-
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duit.
Quand la chute de tension IR augmente à cause d'une augmentation de la charge ou du couple moteur, le tube 61 devient de plus en plus conducteur et applique au rhéostat 54 une tension amplifiée croissante qui, dans le circuit de grille du maître-tube 51, s'ajoute à la tension négative du rhé- ostat 39. De cette manière, la tension de grille résultante du maître-tube 51 est corrigée pour compenser les variations dans la chute de tension IR.
La résistance indicatrice de tension d'induit 23, qui forme une des sources principales de tension de grille pour le maître-tube de comman- de 51, et une résistance 56 sont insérées dans le circuit plaque du tube de commande de l'accélération du moteur 71. Par conséquent, une chute de ten- sion, provenant de la source de courant plaque 45 du tube 71 et commandée par les conditions de tension dans le circuit de grille du tube 71, peut être ap- pliquée aux résistances 23 et 56. Le circuit de grille du tube 71 contient le rhéostat indicateur de courant de charge 67 et le rhéostat de polarisation 75 alimenté par la source 65. üne étude -du circuit plaque du tube 71 montre que l'action du tube 71 est exactement opposée à celle du tube de compensa- tion de chute de tension IR 61.
En général, un courant d'induit croissant me- suré par la tension aux bornes du rhéostat 67 tend à rendre la grille de com- mande du tube accélérateur 71 moins négative par l'influence de la chute de tension aux bornes du rhéostat 67, ce qui fera augmenter le courant plaque du tube 71. Il s'ensuit une augmentation de chute de tension aux bornes des résistances 23 et 56, et la grille de commande du maître-tube 51 devient moins négative et le courant plaque du tube 51 augmente. En conséquence, l'angle d'allumage des thyratrons 5 et 6 est retardé de manière correspondan- te.
Dans la gamme normale des courants d'induit, de zéro à courant plein, le tube 71 n'est pas conducteur parce qu'il est polarisé au cut-off par une tension de grille très négative provenant du rhéostat 75. C'est pour- quoi, dans cette gamme, le courant d'induit n'affecte que le tube compensa- teur de chute de tension RI 61, comme il a été dit. Si, au contraire, le cou- rant d'induit croit au-delà d'une valeur critique déterminée, le tube 71 com- mence à conduire. La caractéristique du tube et la constante de circuit sont telles que l'action amplificatrice du tube 71 est beaucoup plus énergique que celle du tube 61.
Par conséquent, dès que le tube 71 se met à conduire, par exemple, à cause d'un courant excessif dans le circuit d'induit, l'action du tube 71 est très énergique alors que l'action du tube 51 est arrêtée parce que celui-ci se sature pour des courants légèrement supérieurs à la pleine charge. Le tube 71 retarde ainsi fortement l'angle d'allumage des thyratrons 5 et 6. Ceci s'oppose à la tendance qu'à le courant de croître et d'établir une limite définie pour le courant d'induit. La valeur limite du courant est réglable au moyen du rhéostat 75, et pratiquement dans la plupart des cas, cette limite est maintenue entre 1,8 et 2,5 fois le courant d'induit de régime du moteur.
Le dispositif décrit ci-dessus peut trouver de nombreuses appli- cations. Par exemple, le dispositif peut être appliqué à une machine-outil, telle qu'une foreuse pour déplacer le porte-pièce par rapport à l'outil.
Quand l'interrupteur S se trouve dans la position indiquée et que le courant est mis, le moteur M fait avancer le porte-pièce de manière continue à la vitesse voulue déterminée par le réglge du rhéostat de vitesse 39. Quand l'interrupteur S est placé dans l'autre,position, l'entraînement de la gé- nératrice G, par exemple au moyen d'un volant à main, permet le .déplacement du porte-pièce à n'importe quelle vitesse lente, par exemple à des fins de mise au point ou d'inspection.
Le dispositif précité trouve aussi son application dans des pro- blèmes d'adaption de vitesses. Par exemple, si le dispositif sert à entraî- ner le moteur M dans un rapport de vitesses fixe relativement à un autre moteur ou appareil entraînée ce dernier doit être couplé à la génératrice G.
Le dispositif commande alors le moteur M, l'interrupteur S se trouvant dans la bonne position, de manière à ce qu'il tourne à la vitesse ou dans le rap- port de vitesses demandé.
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Il est évident que, si le dispositif ne doit servir que d'ampli- ficateur de vitesse ou de couple, l'interrupteur S peut être supprimé et la génératrice G connectée en permanence au dispositif. Il est aussi évident que, si le dispositif doit fonctionner en liaison avec un autre dispositif de commande ou de force qui fournit une tension référence indicatrice de la vitesse à suivre, la génératrice G peut être supprimée et la tension de référence disponible directement appliquée au dispositif de commande confor- mément à l'invention.
Au cas où l'on désire une commande réversible, par exemple pour régler le porte-outil ou le porte-pièce d'une fraiseuse, le dispositif peut être transformé de manière qu'un renversement de polarité de la tension de référence ou de génératrice provoque l'inverion du commutateur principal dans le circuit d'induit du moteur. Comme la tension de la génératrice doit toujours être appliquée avec la même polarité, un redresseur à double al- ternance peut être interposé entre la génératrice G et l'interrupteur S, ou on peut inverser la polarité de connexion de la génératrice en fonction d'une inversion de polarité de sa tension.
La variante de la figure 2 est un exemple des possibilités sus- dites. La figure 2 ne donne que les conducteurs de courant pour l'induit et les thyratrons et les partiesmodifiées des circuits de la génératrice, tou- tes les autres parties du dispositif étant supposées identiques aux parties correspondantes de la figure 1.
La génératrice G est équipée d'un interrupteur 79 de vitesse zé- ro dont le contact ne se ferme que lorsque la génératrice tourne dans un sens donné. Quand l'interrupteur de zéro 79 se ferme, il relie une source de cou- rant appropriée 80 à la bobine 81 d'un inverseur 82 dont les contacts 83, 84 se trouvent dans le circuit d'induit du moteur et les contacts 85, 86 dans le circuit de la génératrice G. L'inverseur 82 inverse alors la polarité de la liaison de l'induit du moteur 12 par rapport aux thyratrons 5,6, tandis que les contacts 85 et 86 inversent la polarité de liaison de la génératrice G.
Quand la génératrice est entraînée par exemple en avant alors que l'interrupteur S est mis dans la position opposée, l'inverseur 82 reste dans la position indiquée et le moteur 12 fonctionne en marche avant. Quand la génératrice G change de sens, l'interrupteur 79 amené le contact 82 à faire changer de sens le moteur et la génératrice de sorte que le moteur tourne cette fois en sens opposé mais toujours sous la commande de la ten- sion de la génératrice, A tous les autres points de vue, les performances du dispositif modifié sont semblables à celles décrites en se référant à la figure 1.
EMI6.1
RIÉV lÉ N D I C àT I o N s .
1. - Dispositif électronique de commande de moteur, comprenant un redresseur réglable reliant un moteur à courant continu à une source de courant alternatif, un circuit de commande pour le redresseur comprenant un dispositif de circuit servant à lui amener de la tension pour régler la vi- tesse du moteur, une machine mobile à vitesse variable et mécaniquement sé- parée du moteur, et une source de, tension répondant à la vitesse et comman- dée par la machine précitée faisant partie du dispositif de circuit et ser- vant à faire tourner le moteur à une vitesse déterminée par la machine pré- citée.