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DISPOSITIFS ELECTRONIQUES POUR ALIMENTER DES MOTEURS CONTINUS AU MOYEN
DE COURANT ALTERNATIF.,
La présente invention se rapporte aux dispositifs redresseurs d'alimentation de l'induit d'un moteur à courant continu au moyen de tension réglable venant d'une source de courant alternatif, et elle a pour but principal, d'améliorer le facteur de forme du courant de moteur redressé, c'est-à-dire la réduction au minimum des impulsions ou de la composante alternative du courant.
On sait que le courant fourni par un redresseur à tension réglable a une caractéristique pulsatoire, ou s'il a une caractéristique continue, il comprend malgré tout une composante alternative appréciable.
La fréquence des .impulsions de courant ou de la composante alternative est représentée par le produit de la fréquence du réseau alternatif et du nombre de phases du redresseur. Dans les dispositifs de commande de moteur de ce genre, une composante alternative considérable dans le circuit de charge, qui se rencontre même dans les redresseurs polyphasés,a pour conséquences:
(1) plus de pertes dans le moteur (les pertes dans le cuivre augmentent en proportion directe du carré du facteur de forme du courant d'induot) ce qui exige de plus grandes dimensions pour la culasse du mo teur et diminue son rendement, (2) commutation plus difficile du moteur, (3) plus de vibrations dans le moteur, (4) plus de bruit produit par le moteur, et (5) courants de pointe instantanés augmentés dans les redresseurs. - '
Il y a donc de bonnes raisons pour essayer de réduire la composante alternative, c'est-à-dire amener le facteur de forme (Ieff/Iec) du courant d'induit aussi près que possible de l'unité. Particulièrement, dans la plupart des applications de commandes à redresseurs pour opérations de finissage, il est très important d'éliminer toutes traces de vibrations.
On sait que l'on peut filtrer le courant d'induit au moyen d'une réactance mise en série avec l'induit. Cependant,l'effet de filtrage de la réactance est limité par le fait que la FEM inductive de la réac-
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tance, qui tend à maintenir le courant dès que le courant de l'impulsion tend à décroître, doit surmonter la FEM opposée du transformateur réseau.
Dans le cas d'un redresseur symétrique biphasé ou même d'un redresseur tri- phasé, l'effet d'anti-filtrage du transformateur'réseau est important par- ce que la composante alternative du courant est normalement élevée. C'est pourquoi si le filtrage doit être parfait, il faut une self très grande pour filtrer la composante alternative inadmissible..De plus, si on augmen- te la self on augmente aussi la résistance et il est évident qu'il ne faut pas exagérer la résistance du circuit d'induit, à cause des problèmes-de régulation de la vitesse du moteur.
L'invention a plus particulièrement pour but de réaliser un filtrage efficace dans le circuit d'induit d'un dispositif de commande du type précité, qui soit capable d'améliorer grandement le facteur de forme du courant d'induit redressé au moyen d'un dispositif de filtrage de struc- ture simple et de prix relativement faible, avec une réactance de filtrage modérée seulement.
Dans les dispositifs à thyratrons pour l'alimentation de mo- teurs à courant continu au moyen de tension redressée réglable provenant d'une source de courant alternatif, le moment critique où deux impulsions séparées de courant de charge se joignent est souvent accompagné d'un phénomène d'allumage discontinu et instable .'des tubes redresseurs, phéno- mène évidemment très indésirable. Ce phénomène est particulièrement notable avec des charges très inductives et avec des tensions d'alimentation anodi- que élevées, et est provoqué par un changement brusque de la caractéristique critique de grille des thyratrons. Cette discontinuité a lieu dans le cas de charges inductives quand une tension sinusoïdale de grille de commande est appliquée aux grilles des thyratrons.
D'autre part, il y a toujours des impulsions de courant séparées dans l'induit, quelle que soit la valeur de la self de filtrage, quand le courant et la vitesse (EMF) du moteur sont faibles, ce qui est souvent le cas avec les commandes réglables à redresseurs.
De la conduction discontinue dans le-circuit de charge d'un redresseur ré- glable se présente dès que l'angle d'allumage des tubes redresseurs est re- tardé au-delà de l'angle dit "angle critique d'allumage", ce retard étant nécessaire pour assurer de faibles vitesses avec de faibles courants de charge. Ainsi, le passage instable et irrégulier d'une condition de cou- rant discontinu à une condition, de courant continu se fait normalement toujours dans les dispositifs moteurs-redresseurs qui ont une gamme étendue de vitesses et de charges bien que l'on mette en série avec l'induit du mo- teur une self de filtrage élevée.
Un autre but de l'invention est de réduire au minimum ou de supprimer cette instabilité de l'allumage des ignitrons, de manière amé- liorer la constance de la vitesse du dispositif moteur, et la continuité et la stabilité de son fonctionnement de manière à le rendre plus apte à entraîner des machines de haute précision.
Conformément à l'une des principales caractéristiques de l'invention, une réactance ou impédance inductive est mise en série avec l'induit d'un moteur à courant continu alimenté par l'intermédiaire de tubes redresseurs commandables au départ d'un transformateur d'énergie, et un circuit shunt à basse impédance et à conductivité unilatérale est connecté en shunt sur la réactance et l'induit réunis en série de sorte que le courant produit par la force électromotrice de la réactance série circule dans un circuit fermé comprenant la réactance, l'induit et le cir- , cuit shunt et ne circule pas dans le transformateur d'énergie.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, une résistance de précharge est aussi mise aux bornes de l'induit du mo- teur, de façon que, pour de faibles charges du moteur, cette résistance main- tienne un courant minimum dans la réactance de filtrage, courant suffisant pour empêcher le passage irrégulier précité de courant discontinu à courant
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continu en gardant un courant continu dans le circuit de charge pour 'tou- te la gamme de fonctionnements du dispositif.
La figure 1 représente le schéma de principe d'un dispositif de commande de moteur qui est un exemple d'une forme d'exécution de l'in- vention, tandis que les figures 2 et 3 sont des graphiques courant-temps et tension-temps expliquant la comparaison des rendements de dispositifs connus(fig. 2) et d'un dispositif conforme à l'invention (fig. 3).
Les bornes à courant alternatif 1 du dispositif de comman- de représenté à la figure 1 sont reliées à un transformateur 2 à trois en- roulements secondaires 3, 4 et 5. Les extrémités de l'enroulement secon- daire 3 sont reliées aux anodes de deux tubes redresseurs respectifs 6 et 7 du type à gaz ou à décharge à arc, par exemple des thyratrons. Les deux tubes ont un conducteur cathodique commun 8 relié par une résistance série faible 9 à l'induit 11 du moteur à courant continu à alimenter et comman- der. L'induit 11 est relié par l'intermédiaire d'un inducteur série 12 du moteur et en série avec la réactance de filtrage 13 à la prise médiane de l'enroulement secondaire 3 du transformateur.
L'inducteur principal 14 du moteur est excité de façon indépendante par une tension constante ve- , nant d'un redresseur 15 alimenté par l'enroulement secondaire 5 du trans- formateur 2. Une valve électronique (ou de liaison) 16 est montée dans un circuit en parallèle avec la combinaison série comprenant la résistance 9, l'induit 11, l'inducteur 12 et la self 13. Une résistance de précharge 17 est montée en parallèle sur l'induit 11 et la résistance 9.
Les tubes redresseurs 6 et 7 conduisent le courant successi- vement par demi-périodes du courant alternatif, réalisant ainsi un redres- sement à double alternance pour le circuit d'induit du moteur. L'amplitude de la tension redressée dépend du point ou angle d'allumage des tubes 6 et 7, c'est-à-dire du moment où le .tube est conducteur dans chaque demi-pério de. Cet angle d'allumage est commandé par des circuits de commande res- pectifs.
Le circuit de commande pour le tube 6 part de l'électrode ou grille de commande 21, passe par une résistance 22 et aboutit à une extré- mité de l'enroulement secondaire 23 d'un transformateur 24. Le circuit de commande pour le tube 7 part de l'électrode ou grille de commande 25 de ce- lui-ci, passe par une résistance 26 et aboutit à l'autre extrémité de l'en- roulement secondaire 23. Le primaire 27 du transformateur 24 est relié à travers un circuit déphaseur 28 et un transformateur déphaseur associé 29 à l'enroulement secondaire 4 du transformateur principal 2. Le transforma- teur 24 applique aux grilles de commande des tubes redresseurs 6 et 7 une composante de tension de commande alternative dont la phase retarde d'envi- ron 90 sur la tension anodique d'alimentation des tubes redresseurs res- pectifs.
Les circuits de commande des redresseurs ont une partie commu- ne qui part d'une prise médiane sur le secondaire de transformateur 23, passe par une partie réglable d'un rhéostat potentiométrique 31 connecté aux bornes d'une source de courant continu à tension constante représen- tée schématiquement en 32. Du rhéostat potentiométrique 31, la partie éom- mune des circuits de commande des tubes va par des résistances 33, 34 et 35, et une partie d'un rhéostat potentiométrique 36 pour aboutir à une ré- sistance 37 connectée aux bornes de l'induit de moteur 11 en série avec une résistance 38. La résistance 37 est shuntée par un condensateur de filtrage 39. De la résistance 37, la partie commune des circuits de com- mande des tubes va par la résistance série 9 au conducteur cathodique 8 commun aux tubes 6 et 7.
Les circuits de commande des tubes 6 et 7 reçoivent, en plus de la composante alternative de tension de commande, deux composantes de
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tension continues. Une de celles-ci est la tension constante existant aux bornes de la partie active du potentiomètre 31 et-la tension constante aux bornes des résistances 35 et 34 provenant d'une source de courant con- tinu représentée schématiquement en 40. L'autre composante de tension con- tinue est appliquée aux circuits de commande des tubes par la résistance 33. Cette dernière composante est variable et sa valeur détermine l'angle d'allumage des tubes redresseurs et donc la tension appliquée au circuit d'induit du moteur.
La résistance 33 se trouve en série dans le circuit plaque du maitre-tube de commande 41 qui est un tube à vide tel qu'une pentode, dont la plaque est alimentée au départ des résistance 34 et 35. Ila tension plaque aux bornes de ces résistances provient de la source 40 et est con- stante. La chute de' tension aux bornes de la résistance de charge 33 dé- pend cependant de la conductivité du maître-tube de commande 41. Quand le tube 41 est conducteur au maximum et que la chute de tension aux bornes de la résistance 33 est maximum, les tubes redresseurs 6 et 7 ont une conduc- tance nulle. Quand la conductivité du maître-tube de commande est assez ré- duite, l'angle d'allumage des thyratrons 6 et 7 est avancé au maximum de sorte qu'une tension maximum. est appliquée à l'induit du moteur.
La conductivité du maître-tube de commande 41 est réglée par le circuit de grille associé partant de la grille 42, par une résistance 43, une partie d'une résistance 44, un rhéostat 45, la résistance 37, et une partie du rhéostat 36, pour aboutir à la cathode du tube 41.
Le rhéostat 36 applique au circuit de grille une tension con- tinue réglable qui représente la tension de référence du dispositif régu- lateur et détermine la vitesse à laquelle le moteur doit tourner. Les ré- sistances 37 et 38 aux bornes de l'induit 11 forment ensemble un diviseur de tension de sorte que la résistance 37 applique au circuit de grille du tube 41 une tension proportionnelle à la tension d'induit du moteur.
Cette tension est opposée en série à la tension de référence constante réglée provenant du rhéostat de commande de vitesse 36 Quand le moteur tourne à une certaine vitesse, la tension aux bornes de la partie active du rhéo- stat de commande de vitesse 36 et la tension opposée aux bornes de la ré- sistance 37 s'équilibrent de telle façon qu'une tension négative résultan- te de quelquesvolts est appliquée à la grille de commande du tube 41. La tension de grille résultante correspond à une tension amplifiée définie aux bornes de la résistance 33 et donc à un angle d'Allumage défini des thyra- trons 6 et 7. Si le curseur du rhéostat 36 est éloigné de la cathode du tube 41, cet équilibre est momentanément rompu.
La grille de commande du tube 41 devient plus négative et la tension aux bornes de la résistance 33 diminue, ce qui avance le point d'allumage des thyratrons. Il s'ensuit une augmehtation de la tension d'induit et de la vitesse du moteur, et évidem- ment une augmentation aux bornes de la résistance 37 Cette augmentation est telle qu'un nouvel équilibre du système s'établit avec une tension de grille résultante du tube 41 légèrement plus négative.
Inversement, la vi- tesse du moteur diminue quand le curseur du rhéostat 36 est rapproché de la cathode du tube 41. Cependant, comme la tension d'induit d'un moteur de ce type n'est pas une indication précise de' la vitesse du moteur, mais qu'elle augmente plus que proportionnellement à la vitesse quand le couple moteur et donc le courant du moteur de la chute IR dans le circuit d'induit augmentent, il faut une commande correctrice du circuit de grille du tube de commande 41 afin d'établir une correspondance suffisamment précise entre le réglage du rhéostat 36 et la vitesse du moteur, quelles que soient les variations de charge du moteur.
Dans ce but, la partie de la résistance 44 active dans le cir- cuit de grille du tube de commande 41 est insérée dans le circuit plaque d'un tube amplificateur 47 tel qu'une triode à vide. Le circuit plaque est alimenté par une source de courant continu à tension constante représentée schématiquement en 48. La chute de tension aux bornes de la résistance 44
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dépend de la conductivité du tube 47 Cette conductivité est réglée par - un circuit de grille partant de la grille 49 du tube 47,par une résistan- ce 51 et une partie d'une résistance 52 mise aux bornes d'une source de ten- sion constante représentée en 53 Le circuit de grille continue-par la ré- sistance série 9 du circuit d'induit et le rhéostat 45 pour aboutir à la cathode du tube amplificateur-47.
Le circuit de grille susmentionné du tube 47 contient deux sources de composantes de tension de grille connectées en série. Une sour- ce consister en la partie active de la résistance 52 et fournit une polari- sation de grille constante négative réglée. L'autre source consiste en la résistance série 9 qui applique au circuit de grille une tension proportion- nelle au courant circulant dans le circuit d'induit et donc à la chute de tension IR dans le circuit d'induit. Quand la chute IR augmente,, par exem ple à cause d'un accroissement de charge ou de couple moteur, le tube 47 devient de plus en plus conducteur et la tension aux bornes de la résistan- ce 44 s'accroît. La polarité de la tension aux bornes de la résistance 44 relativement à la grille du tube 41 est la même que celle de la tension aux bornes du rhéostat 36.
De cette manière, la tension de grille résultante du tube 41 est corrigée de manière à compenser les variations de vitesse du moteur dues aux variations de la chute IR
Dans le dispositif de la fig. 1 décrit ci-dessus, la valve 16 représente avec la connexion 54 un circuit à conductance unilatérale de bas- se impédance en parallèle sur la combinaison série comprenant la résistance 9,-l'induit de moteur 11 et la self de filtrage 13. Le rôle de ce circuit fermé à basse impédance sera exposé en se reportant aux figures 2 et 30 '
Dans les figures 2 et 3, l'abscisse 0 représente l'axe des temps du graphique.
Les courbes V1 et V? représentent la tension anodique alternative appliquée par les deux parties de l'enroulement secondaire,3 aux tu- bes redresseurs 6 et 7 Les courbes A B et C représentent à une autre échelle, la chute IR dans le circuit d'induit ou le courant circulant dans l'induit.
Les courbes A, B et C sont données pour une vitesse de moteur et une charge faibles, c'est-à-dire pour un cas où les tubes redresseurs ne conduisent que pendant une partie de leurs demi-périodes respectives.
Dans ces conditions, le facteur de forme du courant d'induit redressé est spécialement élevé, c'est-à-dire que la composante alternative du courant d'induit continu redressé est beaucoup plus importante par rapport à la composante continue du courant que dans d'autres conditions.
On suppose d'abord pour faciliter l'explication que le dispo- sitif de commande ne contient ni la self de filtrage 13 ni le circuit shunt avec la valve 16 Si dans un tel dispositif, le circuit d'induit était-pu- rement résistif, le courant dans l'induit à l'instant de l'allumage de l'un ou l'autre tube redresseur monterait immédiatement de zéro à la valeur in- stantanée produisant une chute de tension instantanée IR égale à la différen- ce entre la valeur instantanée de la tension anodique à l'instant (T) d'al- lumage et la FEM du moteur. La courbe de la chute IR suivrait alors la tension anodique jusqu'au point où la tension coupe la droite 0' de la FEM du moteur.
En ce point particulier, le courant I sera égal à zéro puis qu'en ce point, la tension provoquant le passage de courant est nulle.
-Mais l'enroulement d'induit a toujours une self-induction en plus de sa résistance. Par conséquent, la courbe de l'impulsion de courant sera représentée schématiquement en A de la figure 2. Le courant continue au-delà du point d'extinction résistive, à l'encontre de la FEM opposée et d'une partie de la demi-période négative de la tension de transformateur.
Si l'on suppose maintenant que l'on ajoute seulement au disposi-
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tif une self de filtrage en série avec l'induit, la FEM inductive sera augmentée et le courant continuera encore davantage au-delà du point d'ex- tinction résistive. La chute de courant ou chute IR est représentée dans ce cas par la courbe B de la figure 2 On remarquera à nouveau que le cou- rant décroissant maintenu par la FEM inductive de la self et de l'induit circule dans une moitié de l'enroulement de transformateur 3 à l'encontre de la tension de transformateur opposéeo
En revenant au dispositif qui conformément à l'invention com- prend une self de filtrage 13 et un circuit à basse impédance avec valve 16 en shunt sur l'induit 11 et la self 13,
on remarquera que l'action d'en- tretenir le courant de la self est fortement accentuée parce que cette fois la FEM inductive de la self qui, lorsque le courant décroît, tend à le maintenir, agit par le circuit à faible impédance de la valve 16, plutôt que par l'enroulement transformateur en opposition avec la tension secon- daire du transformateur. En conséquence, la valve à décharge 16 commence à conduire dès que la vitesse de chute du courant dans un tube redresseur devient suffisante et laisse normalement passer le courant dans l'induit du moteur jusqu'à ce que l'autre tube redresseur recommence à conduire.
On obtient ainsi un courant de type continu représenté schématiquement par la courbe C de la figure 30
En comparant la courbe C aux courbes A et B on constate que dans un dispositif conforme à l'invention, l'effet de filtrage est consi- dérablement accru particulièrement pour de faibles vitesses de moteur.
Ceci est important parce que normalement il est intéressant d'avoir le plus de filtrage aux faibles vitesses de moteur quand le facteur de forme de courant d'induit a la valeur la plus élevée et provoque donc le plus de bruit et de troubles-.
La résistance de précharge 17 mise aux bornes de l'induit 11 assure un certain minimum de courant de charge dans la self de filtrage 13, spécialement lorsque le moteur tourne sans charge. Il s'ensuit que l'on obtient un passage continu de courant dans toute la gamme de charges et de vitesses et le passage irrégulier susmentionné de courant discontinu à courant continu ne peut pas se produire.
11 est entendu que le dispositif représenté au dessin et dé- crit ci-dessus ne représente qu'un des nombreux moyens de mise en applica- tion de l'invention, qui ne comprend d'ailleurs pas, par raison de simpli- fication de l'exposé, divers éléments auxiliaires de protection et autres habituellement nécessaires mais bien connus et ne faisant pas partie de l'invention.
Par exemple, on peut ajouter un dispositif de commande limi- teur de courant pour éviter des surcharges pouvant endommager les tubes redresseurs et régler l'accélération du moteuro Cependant le dispositif représenté, en ce qui concerne l'invention, fonctionne de la même façon précitée avec et sans commande de limitation de courant; et des surcharges excessives sont aussi évitées pendant les démarrages et les freinages si le moteur, dans le dispositif représenté, est démarré graduellement en fai- sant glisser le curseur du rhéostat de commande de vitesse 36 à l'opposé de la cathode du tube T4 et est arrêté en ramenant graduellement le cur- seur vers la cathode.
Il est évident d'autre part que les dispositifs conformes à l'invention peuvent être changés et modifiés à de nombreux points de vue sans s'écarter des buts, avantages et caractéristiques essentielles de l'invention et sans sortir de son cadre.
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ELECTRONIC DEVICES FOR POWERING CONTINUOUS MOTORS BY MEANS
OF ALTERNATIVE CURRENT.,
The present invention relates to rectifier devices for supplying the armature of a direct current motor by means of an adjustable voltage from an alternating current source, and its main aim is to improve the form factor. rectified motor current, i.e. reducing the pulses or the AC component of the current to a minimum.
It is known that the current supplied by an adjustable voltage rectifier has a pulsating characteristic, or if it has a continuous characteristic, it nevertheless comprises an appreciable ac component.
The frequency of the current pulses or of the AC component is represented by the product of the frequency of the AC network and the number of phases of the rectifier. In motor control devices of this kind, a considerable AC component in the load circuit, which is encountered even in polyphase rectifiers, results in:
(1) more losses in the motor (the losses in the copper increase in direct proportion to the square of the form factor of the induot current) which requires larger dimensions for the cylinder head of the motor and decreases its efficiency, ( 2) more difficult motor switching, (3) more vibration in the motor, (4) more noise produced by the motor, and (5) increased instantaneous peak currents in the rectifiers. - '
So there are good reasons to try to reduce the AC component, i.e. to bring the form factor (Ieff / Iec) of the armature current as close to unity as possible. Particularly, in most rectifier control applications for finishing operations, it is very important to eliminate all traces of vibration.
It is known that the armature current can be filtered by means of a reactance placed in series with the armature. However, the filtering effect of the reactance is limited by the fact that the inductive EMF of the reaction
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tance, which tends to maintain the current as soon as the current of the pulse tends to decrease, must overcome the opposite EMF of the network transformer.
In the case of a symmetrical two-phase rectifier or even a three-phase rectifier, the anti-filtering effect of the mains transformer is important because the ac component of the current is normally high. This is why, if the filtering must be perfect, a very large choke is needed to filter the inadmissible AC component. Moreover, if we increase the choke we also increase the resistance and it is obvious that we should not exaggerating the resistance of the armature circuit, because of the problems-regulating the speed of the motor.
The object of the invention is more particularly to achieve effective filtering in the armature circuit of a control device of the aforementioned type, which is capable of greatly improving the form factor of the armature current rectified by means of a filter device of simple structure and relatively low cost, with only moderate filter reactance.
In thyratron devices for supplying direct current motors by means of adjustable rectified voltage from an alternating current source, the critical moment when two separate pulses of load current join together is often accompanied by a The phenomenon of discontinuous and unstable ignition of the rectifier tubes, obviously a very undesirable phenomenon. This phenomenon is particularly noticeable with very inductive loads and with high anode supply voltages, and is caused by a sudden change in the critical gate characteristic of the thyratrons. This discontinuity occurs in the case of inductive loads when a sinusoidal control gate voltage is applied to the gates of the thyratrons.
On the other hand, there are always separate current pulses in the armature, regardless of the value of the filter choke, when the motor current and speed (EMF) are low, which is often the case. with adjustable rectifier controls.
Discontinuous conduction in the charging circuit of an adjustable rectifier occurs as soon as the ignition angle of the rectifier tubes is delayed beyond the angle called "critical ignition angle", this delay being necessary to ensure low speeds with low charge currents. Thus, the unstable and irregular transition from a discontinuous current condition to a direct current condition is normally always done in motor-rectifier devices which have a wide range of speeds and loads although one puts in place. series with the motor armature a high filter inductor.
Another object of the invention is to reduce to a minimum or to eliminate this instability of ignition of ignitrons, so as to improve the constancy of the speed of the driving device, and the continuity and stability of its operation so as to make it more suitable for driving high precision machines.
In accordance with one of the main characteristics of the invention, an inductive reactance or impedance is placed in series with the armature of a DC motor supplied via rectifier tubes which can be controlled from a transformer. energy, and a low impedance, unilateral conductivity shunt circuit is shunted across the reactance and armature joined in series so that the current produced by the electromotive force of the series reactance flows in a closed circuit including the reactance, the armature and the circuit, shunt and does not circulate in the energy transformer.
According to another characteristic of the invention, a precharge resistor is also placed across the motor armature, so that, for low motor loads, this resistor maintains a minimum current in the reactance. filter, current sufficient to prevent the aforesaid irregular passage of discontinuous current to current
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continuous by keeping a direct current in the load circuit for the whole range of operation of the device.
Figure 1 shows the block diagram of a motor controller which is an example of an embodiment of the invention, while Figures 2 and 3 are current-time and voltage-graphs. time explaining the comparison of the yields of known devices (FIG. 2) and of a device according to the invention (FIG. 3).
The AC terminals 1 of the control device shown in figure 1 are connected to a transformer 2 with three secondary windings 3, 4 and 5. The ends of the secondary winding 3 are connected to the anodes of the secondary winding. two respective rectifier tubes 6 and 7 of the gas or arc discharge type, for example thyratrons. The two tubes have a common cathode conductor 8 connected by a low series resistance 9 to the armature 11 of the direct current motor to be supplied and controlled. The armature 11 is connected via a series inductor 12 of the motor and in series with the filtering reactance 13 to the middle tap of the secondary winding 3 of the transformer.
The main inductor 14 of the motor is energized independently by a constant voltage coming from a rectifier 15 supplied by the secondary winding 5 of the transformer 2. An electronic (or link) valve 16 is mounted in it. a circuit in parallel with the series combination comprising the resistor 9, the armature 11, the inductor 12 and the choke 13. A precharge resistor 17 is mounted in parallel on the armature 11 and the resistor 9.
The rectifier tubes 6 and 7 conduct the current successively in half-cycles of the alternating current, thus achieving a full-wave rectification for the armature circuit of the motor. The amplitude of the rectified voltage depends on the point or angle of ignition of the tubes 6 and 7, that is to say of the moment when the .tube is conductive in each half-period of. This firing angle is controlled by the respective control circuits.
The control circuit for the tube 6 starts from the control electrode or grid 21, passes through a resistor 22 and ends at one end of the secondary winding 23 of a transformer 24. The control circuit for the tube 7 starts from the electrode or control grid 25 thereof, passes through a resistor 26 and ends at the other end of the secondary winding 23. The primary 27 of the transformer 24 is connected through a phase-shifting circuit 28 and a phase-shifting transformer associated 29 with the secondary winding 4 of the main transformer 2. The transformer 24 applies to the control gates of the rectifier tubes 6 and 7 an AC control voltage component, the phase of which is approx. - ron 90 on the anode supply voltage of the respective rectifier tubes.
The control circuits of the rectifiers have a common part which starts from a middle tap on the transformer secondary 23, passes through an adjustable part of a potentiometric rheostat 31 connected to the terminals of a direct current source at constant voltage. schematically represented at 32. From the potentiometric rheostat 31, the common part of the control circuits of the tubes goes through resistors 33, 34 and 35, and a part of a potentiometric rheostat 36 to end at a resistance 37 connected across the motor armature 11 in series with a resistor 38. Resistor 37 is shunted by a filter capacitor 39. From resistor 37, the common part of the tube control circuits goes through the series resistor 9 to the cathode conductor 8 common to the tubes 6 and 7.
The control circuits of the tubes 6 and 7 receive, in addition to the AC control voltage component, two components of
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continuous tension. One of these is the constant voltage existing across the active part of potentiometer 31 and the constant voltage across resistors 35 and 34 from a direct current source shown schematically at 40. The other component DC voltage is applied to the control circuits of the tubes by resistor 33. This latter component is variable and its value determines the firing angle of the rectifier tubes and therefore the voltage applied to the armature circuit of the motor.
Resistor 33 is found in series in the plate circuit of the master control tube 41 which is a vacuum tube such as a pentode, the plate of which is supplied from resistors 34 and 35. The plate voltage across these terminals. resistance comes from source 40 and is constant. The voltage drop across the load resistor 33, however, depends on the conductivity of the master control tube 41. When the tube 41 is maximum conductor and the voltage drop across the resistor 33 is maximum , the rectifier tubes 6 and 7 have zero conductivity. When the conductivity of the master control tube is sufficiently reduced, the firing angle of thyratrons 6 and 7 is maximized so that a maximum voltage. is applied to the motor armature.
The conductivity of the master control tube 41 is regulated by the associated grid circuit from the grid 42, by a resistor 43, part of a resistor 44, a rheostat 45, the resistor 37, and a part of the rheostat 36 , to end at the cathode of tube 41.
The rheostat 36 applies an adjustable DC voltage to the gate circuit which represents the reference voltage of the regulator and determines the speed at which the motor is to be run. Resistors 37 and 38 across armature 11 together form a voltage divider so that resistor 37 applies to the gate circuit of tube 41 a voltage proportional to the armature voltage of the motor.
This voltage is opposed in series to the set constant reference voltage from the speed control rheostat 36 When the motor is running at a certain speed, the voltage across the active part of the speed control rheostat 36 and the voltage opposite to the terminals of resistor 37 are balanced such that a negative voltage resulting from a few volts is applied to the control gate of tube 41. The resulting gate voltage corresponds to an amplified voltage defined across the terminals of resistance 33 and therefore at a defined firing angle of thyra- trons 6 and 7. If the cursor of rheostat 36 is moved away from the cathode of tube 41, this equilibrium is momentarily upset.
The control grid of tube 41 becomes more negative and the voltage across resistor 33 decreases, which advances the ignition point of the thyratrons. This results in an increase in the armature voltage and in the speed of the motor, and obviously an increase at the terminals of the resistance 37 This increase is such that a new equilibrium of the system is established with a grid voltage resulting from tube 41 slightly more negative.
Conversely, the speed of the motor decreases as the cursor of the rheostat 36 is moved closer to the cathode of the tube 41. However, since the armature voltage of a motor of this type is not an accurate indication of the speed. of the motor, but increases more than proportionally to the speed as the motor torque and therefore the motor current of the IR drop in the armature circuit increases, corrective control of the control tube gate circuit is required 41 in order to establish a sufficiently precise correspondence between the adjustment of the rheostat 36 and the speed of the motor, whatever the variations in load of the motor.
For this purpose, the portion of resistor 44 active in the gate circuit of control tube 41 is inserted into the plate circuit of an amplifier tube 47 such as a vacuum triode. The plate circuit is supplied by a constant voltage direct current source represented schematically at 48. The voltage drop across resistor 44
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depends on the conductivity of the tube 47 This conductivity is regulated by - a grid circuit starting from the grid 49 of the tube 47, by a resistor 51 and part of a resistor 52 placed across a voltage source. constant pressure shown at 53 The gate circuit continues through the series resistance 9 of the armature circuit and the rheostat 45 to terminate at the cathode of the amplifier tube-47.
The aforementioned grid circuit of tube 47 contains two sources of grid voltage components connected in series. One source consists of the active portion of resistor 52 and provides a set negative constant gate polarization. The other source consists of the series resistor 9 which applies to the gate circuit a voltage proportional to the current flowing in the armature circuit and therefore to the voltage drop IR in the armature circuit. As the IR drop increases, for example due to an increase in load or motor torque, tube 47 becomes more and more conductive and the voltage across resistor 44 increases. The polarity of the voltage across resistor 44 relative to the grid of tube 41 is the same as that of the voltage across rheostat 36.
In this way, the resulting grid voltage of tube 41 is corrected so as to compensate for variations in motor speed due to variations in IR drop.
In the device of FIG. 1 described above, the valve 16 represents with the connection 54 a unilateral low-impedance conductance circuit in parallel on the series combination comprising the resistor 9, the motor armature 11 and the filter choke 13. The role of this closed circuit at low impedance will be explained by referring to figures 2 and 30 '
In Figures 2 and 3, abscissa 0 represents the time axis of the graph.
The V1 and V curves? represent the alternating anode voltage applied by the two parts of the secondary winding, 3 to the rectifier tubes 6 and 7 Curves AB and C represent on another scale, the drop IR in the armature circuit or the current flowing in the armature.
Curves A, B and C are given for low engine speed and low load, i.e. for a case where the rectifier tubes only drive for part of their respective half-periods.
Under these conditions, the form factor of the rectified armature current is especially high, i.e. the AC component of the rectified DC armature current is much larger compared to the DC component of the current than in other conditions.
It is first assumed to facilitate the explanation that the control device contains neither the filter inductor 13 nor the shunt circuit with the valve 16 If in such a device, the armature circuit was purely resistive , the current in the armature at the instant of ignition of either rectifier tube would immediately rise from zero to the instantaneous value producing an instantaneous voltage drop IR equal to the difference between the instantaneous value of the anode voltage at the moment (T) of ignition and the EMF of the motor. The IR drop curve would then follow the anode voltage to the point where the voltage intersects the 0 'line of the motor EMF.
At this particular point, the current I will be equal to zero then that at this point, the voltage causing the current to flow is zero.
-But the armature winding always has a self-induction in addition to its resistance. Therefore, the curve of the current pulse will be shown schematically at A in figure 2. The current continues beyond the resistive extinction point, against the opposite EMF and part of the half. - negative period of the transformer voltage.
If we now suppose that we add only to the provision
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If a filter choke in series with the armature, the inductive EMF will be increased and the current will continue even further beyond the resistive cut-off point. The current drop or IR drop is represented in this case by the curve B of figure 2 It will be noted again that the decreasing current maintained by the inductive EMF of the choke and of the armature circulates in one half of the transformer winding 3 against opposite transformer voltage o
Returning to the device which in accordance with the invention comprises a filtering choke 13 and a low impedance circuit with valve 16 shunted on the armature 11 and the choke 13,
we will notice that the action of maintaining the current of the choke is strongly accentuated because this time the inductive EMF of the choke which, when the current decreases, tends to maintain it, acts through the low impedance circuit of the choke. valve 16, rather than by the transformer winding in opposition to the secondary voltage of the transformer. As a result, the discharge valve 16 begins to conduct as soon as the rate of current drop in one rectifier tube becomes sufficient and normally passes current through the motor armature until the other rectifier tube begins to conduct again. .
One thus obtains a current of continuous type represented schematically by the curve C of figure 30
By comparing curve C with curves A and B it can be seen that in a device according to the invention, the filtering effect is considerably increased, particularly at low engine speeds.
This is important because normally it is beneficial to have the most filtering at low motor speeds when the armature current form factor is highest and therefore causes the most noise and fuss.
The precharge resistor 17 across the armature 11 ensures a certain minimum load current in the filter choke 13, especially when the motor is running without load. As a result, a continuous flow of current is obtained over the whole range of loads and speeds and the above-mentioned irregular flow from discontinuous current to direct current cannot occur.
It is understood that the device shown in the drawing and described above only represents one of the many means of implementing the invention, which moreover does not include, for the sake of simplicity. the disclosure, various auxiliary protective elements and others usually necessary but well known and not forming part of the invention.
For example, a current limiting control device can be added to avoid overloads which could damage the rectifier tubes and to regulate the acceleration of the motor. However, the device shown, with regard to the invention, operates in the same way as mentioned above. with and without current limit control; and excessive overloads are also avoided during starting and braking if the motor, in the device shown, is started gradually by sliding the slider of the speed control rheostat 36 away from the cathode of the tube T4 and is stopped by gradually returning the cursor to the cathode.
It is obvious on the other hand that the devices in accordance with the invention can be changed and modified from many points of view without departing from the aims, advantages and essential characteristics of the invention and without departing from its scope.