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PERFECTIONNEMENT AUX COMMANDES ELECTROMECANIQUES A PLUSIEURS MOTEURS
ELECTRIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionnements, changements et additions a.celle faisant l'objet du brevet principal et concerne particulièrement le contrôle des moteurs dits jumeaux, attaquant chacun un cylindre de laminoir, spécialement lorsque les moteurs sont respectivement alimentés par des transmissions Ward-Léonard.
Comme expliqué dans le brevet principal, il est nécessaire, dans le cas d'attaque de chaque cylindre par un moteur, d'assurer d'une part une synchronisation suffisante de la vitesse à vide des deux moteurs d'entraînement des cylindres de laminage et, d'autre part, en période d'ac- célération, de ralentissement et de travail de laminage, de réaliser l'é- galisation des couples des moteurs.
Le brevet principal revendique des moyens de réalisation de ces conditions. '
Le présent perfectionnement est essentiellement caractérisé en ce que le maintien du rapport, entre elles, des vitesses à vide des moteurs étant réalisé par une action différentielle agissant sur les excitations des génératrices Ward-Léonard et contrôlée par la pleine valeur de l'écart pouvant exister entre les tensions appliquées aux induits des moteurs, grâce à la réalisation d'un point commun entre les balais de même signe de ces induits et ce rapport pouvant être ajusté, au départ, par actions dif- férentielles sur les excitations des moteurs, l'égalisation des couples fournis par ceux-ci en charge, est assurée par une action différentielle agissant sur les excitations des génératrices Léonard et contrôlée par 1' écart entre les courants débités par celles-ci;
des ajustages effectués en sens inverse sur ces deux actions différentielles agissant sur les excita- tions des génératrices Ward-Léonard, permettent de modifier à volonté l'ef- ficacité relative des réglages des vitesses à vide et des couples en char- ge, de manière à choisir la combinaison qui, dans chaque cas particulier, donne le meilleur résultat pratique.
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La Figure 1 représente schématiquement un exemple., donne à titre non limitatifde mise en oeuvre de l'invention, dans un équipement de com- mande de chacun des deux cylindres d'une cage de laminoir réversible par un moteur à courant continu alimenté par une génératrice Ward-Léonard, les deux moteurs étant supposés identiques.
Les deux moteurs., 1 et 2, sont respectivement alimentés par les génératrices Ward-Léonard 3 et 4 (les moteurs actionnant celles-ci n' ont pas été figurés).
Les enroulements inducteurs, 5 et 6, respectivement des généra- trices 3 et 4, ont été supposés alimentés directement et respectivement par les amplidynes 7 et 8, à réaction d'induit secondaire exactement neutralisée.
Les enroulements inducteurs 9 et 10, respectivement des moteurs 1 et 2,sont alimentés par la source de tension constante 11, à travers les amplidynes 12 et 13,montées en survoltrices-dévoltrices.
Les deux amplidynes 7 & 8 sont contrôlées identiquement par le potentiomètre 14, alimenté par la source à tension constante 11 et action- né par le levier de manoeuvre de 3' équipement; ce potentiomètre 14 alimente et contrôle directement les enroulements magnétisants de commande, 15 & 16, des amplidynes. Lorsque la tension des génératrices 3 & 4 est stabilisée à sa valeur de régime, les ampères-tours de 15 et de 16 sont respectivement équilibrés par ceux fournis par les enroulements voltmétriques 17 & 18 bran- chés, à travers de fortes résistances., aux bornes des génératrices 3 & 4.
Tant que ce régime n'est pas établie les amplidynes 7 & 8 sont soumises à ;L'action des enroulements 19 & 20 alimentés respectivement par les enroule- ments secondaires 21 & 22 montés sur les noyaux polaires des génératrices 3 et 4. Les tensions, induites dans 21 et dans 22 étant respectivement pro- portionnelles à la valeur du taux de la variation., par rapport au temps., du flux dans 3 & 4, donne une image précise de 1-'accélération imposée aux moteurs 1 et 2; par réglage des résistances prévues dans les circuits 21-19 et 22-20, on peut aisément régler la rapidité de montée en tension de 3 et 4, donc celle de la montée en vitesse des moteurs 1 & 2.
Si, pour une raison imprévue - serrage excessif ou lingot trop froid par exemple - l'accélération ainsi réglée se trouvait être excessive, les enroulements 23 & 24, alimentés par les enroulements secondaires des inductances 25 & 26, dont les enroulements primaires- sont respectivement traversés par le courant principale interviendraient par l'effet du taux de variation, par rapport au temps de l'intensité de ce courant principale d'une manière d' autant plus active que la rapidité de montée de cette intensité serait plus élevée;
il en résulterait immédiatement un freinage temporaire de la vites- se de montée en tension et même)! dans les cas limites)) une inversion de tendance de la tension qui imposerait aux moteurs 1 & 2 de libérer une fraction de leur force vive pour accroître le couple appliqué aux cylindres.
Il va de soi que cette action ne peut être que temporaire et que si le couple demandé reste excessif,, les protections habituelles de- vront intervenir pour provoquer le déclenchement des disjoncteurs qui met- tra 1-'équipement à l'arrêt. On peut remarquer., en autre, qu'une fraction de l'enroulement secondaire des inductances 25 & 26 est directement fer- mée sur les balais secondaires des ampUdynes 7 & 8, balais qui sont ha- bituellement réunis en court-circuit.
Le but de ce montage est d'obtenir une plus grande rapidité d'action de l'effet du taux de variations par rap- port au tempsde l'intensité du courant principal en évitant le retard de l'étage de contrôle; l'importance des puissances mises en jeux dans 25 & 26, lorsque la rapidité de montée du courant est grande., permet en ef- fet de disposer sur les secondaires de ces inductances d'une énergie suf- fisante pour permettre 1-'attaque directe du second étage d'amplification de 7 et de 8.
Dans ces conditions,, Inaction de 23 et de 24, bien que plus tardive, ., permet de prolonger Inefficacité de la disposition et au besoin d'en amplifier l'effet en jouant sur la valeur des résistances prévues dans leur circuit.
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Il reste à assurer., conformément aux perfectionnements objet de l'invention, l'égalisation rigoureuse des vitesses tangentielles des deux cylindres de laminoir (dont les diamètres peuvent différer jusqu'à 8 à 10 %, par suite d'usure inégale), qui sont séparément actionnés par les moteurs 1 & 2, lorsque ceux-ci tournent à vide et ensuite l'égalisa- tion des efforts fournis par les moteurs lorsque le lingot est pris par les cylindres.,
L'égalisation des vitesses à vide est obtenue,, d'une part, par l'égalisation rigoureuse des tensions à vide de 3 & 4 et d'autre part, par action différentielle sur les champs des moteurs (ajustée chaque fois qu'un cylindre est changé).
L'égalisation rigoureuse des tensions à vide de 3 & 4 est réalisée très simplement par le jeu des enroulements d'égalisation, 27 & 28, montés respectivement sur les amplidynes 7 & 8. A cet effet, un point commun 29 est créé entre des balais de même signe., ici les balais négatifs, des moteurs 1 & 2 et le circuit des enroulements 27 & 28, montés entre eux en série, est dérivé entre les autres balais, ici les balais positifs,les ampères-tours créés respectivement par les enroulements 27 & 28 sur les amplidynes 7 & 8 étant de sens opposés entre eux.
La création du point commun 29 permet ainsi d'appliquer au circuit voltmétrique com- portant 27 & 28,la pleine valeur de l'écart pouvant exister entre les ten- sions appliquées aux induits de 1 et de 2, les ampères-tours créés par cet écart dans celui des enroulements 27 & 28, qui correspond à la génératrice donnant la tension la plus faible, agissant sur l'amplidyne correspondante pour augmenter cette tension., et les ampères-leurs créés en même temps dans l'autre enroulement agissant en sens contraire sur l'amplidyne exci- tatrice de l'autre génératrice.
Cette disposition, qui est d'une grande sensibilité, permet de réaliser une égalisation rigoureuse des tensions appliquées à 1 & 2.
L'action différentielle sur les champs des moteurs 1 & 2 est ob- tenue à l'aide de deux résistances potentiométriques., à commandes conjuguées.
L'une de ces résistances 30, agit sur la répartition des courants d'exci- tation des enroulements 31 & 32 des amplidynes survoltrices-dévoltrices 12 & 13, courants qui déterminent ceux d'excitation de plein champ des moteurs 1 & 2, les amplidynes 12 & 13 étant supposées systématiquement sous-neutra- lisées.. L'autre résistance, 33, agit sur la répartition des courants d'ex- citation des enroulements 34 & 35 qui provoquent la désexcitation du moteur.
On peut ainsi.. par une répartition appropriée des résistances entre touches de ces deux résistances potentiométriques à commandes conju- guées, obtenir un écart constant en valeur relative entre les vitesses des deux moteurs quelle que soit l'importance de la désexcitation produite par la manoeuvre du rhéostat 36 commandée comme le potentiomètre 14, par l'appareil de manoeuvre de l'équipement,, On peut remarquer;
, à ce sujet, que la manoeuvre de désexcitation des moteurs par 36, dans l'équipement figuré, a été supposée électriquement freinée en cas de charge excessive par le jeu d'un amplificateur magnétique 37 cette disposition perfection- nant la manoeuvre de désexcitation faisant également un objet de la présen- te invention., on en comprendra mieux le fonctionnement en se reportant à la figure 2 qui représente l'application de cette disposition à un moteur à courant continu, mais il est bien entendu que la. réalisation décrite ne limite en rien la portée de l'invention et que toutes dispositions équiva- lentes devront être considérées comme faisant partie de l'invention.
On sait que, lorsqu'on diminue rapidement l'excitation d'un mo- teur à courant continu, en vue d'augmenter sa vitesseil peut se produire des surintensités dangereuses si le moteur est alors sous forte charge et n'accélère que lentement; cette éventualité risque notamment de se produire dans les moteurs à charge très variable, tels que ceux actionnant des la- minoirs réversibles.
Des inconvénients de même nature peuvent survenir d'une manière générale du fait d'une manoeuvre trop rapide (à la main ou automatiquement)
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d'un appareil de réglage d'excitation d'une machine électrique à courant continu, lorsque l'intensité du courant principal a, initialement, une valeur déjà 'élevée.
Les procédés cossus de compoundage (moteurs) ou d'anticompoun- dage (génératrices) ne permettent pas toujours de limiter dans des condi- tions satisfaisantes les surintensités en question. D'une part, en effet en agissant en fonction de la seule intensité du courante ils peuvent ris- quer de ralentir intempestivement le réglage; d'autre part, dans le cas de moteurs réversibles de grande puissance, leur mise en oeuvre peut nécessi- ter un appareillage d'inversion coûteux et de réalisation difficile.
La disposition représentée à titre d'exemple à la figure 2, a pour objet un nouveau procédé qui évite ces inconvénients.
Ce nouveau procédé est essentiellement caractérisée en ce que 1-'on fait intervenir' dans le circuit où s'effecte le réglage de l'excita- tion de la machine à protéger, une tension auxiliaire produite par un am- plificateur., magnétique ou autre, contrôlé par au moins deux enroulements ayant des ampères-tours de sens opposés et dont l'un est alimenté par un courant fonction directe du courant principal, tandis que l'autre est ali- mentépar un courant fonction directe du courant d'excitation, des redres- seurs ne permettant l'application effective de cette tension auxiliaire,
que lorsque les ampères-tours du premier enroulement de saturation sont pré- pondérants et que la dite tension auxiliaire a un sens tel qu'elle vient réduire 1-'effet de la manoeuvre de l'appareil de réglage, l'application effective de la tension auxiliaire se faisant ainsi pour des valeurs de 1-'intensité principale d'autant plus fortes que la machine a été moins désexcitée (moteurs) ou moins excitée (génératrices), un enroulement auxiliaire à courant fixe pouvant alors être utile pour faciliter le ré- glage.
Dans la disposition de la figure 2, on supposera que le moteur à courant continu représenté actionne un laminoir réversible (ce dernier n'étant pas figuré) et qu'il est alimenté par une génératrice Ward- Léonard (également non figurée).
Le moteur à courant continu, actionnant un laminoir réversible, est désigné par 102; son enroulement d'excitation, 116, est alimenté par une source à tension constante 126, à travers une amplidyne 117 montée en dévoltrice et supposée à réaction d'induit secondaire sous-neutralisée.
L'enroulement de commande, 118, de cette amplidyne est alimenté par la source à tension constante 126,par l'intermédiaire du rhéostat de manoeuvre 122, qui permet de réduire l'excitation du -moteur 102 pour réaliser les gran- des vitesses de laminage.
Pour régler le courant de plein flux, un enroulement 119, monté dans l'axe primaire de l'amplidyne 117 et alimenté, à travers la résistance 120, par la tension constante de 126, vient contre-balancer la sous-neutra- lisation de l'amplidyne., et cela jusqu'à l'obtention du courant d'excita- tion nécessaire.
Pour ne pas avoir une trop grande rapidité de réponse de l'amplidyne 117, on utilise un circuit d'asservissement 127-128,,
En vue d'éviter les surintensités dangereuses qui pourraient se produire si on provoquait, par la manoeuvre de 122, une désexcitation trop rapide de 102, alors que l'intensité du courant principal est déjà élevée, on met en oeuvre, par les dispositions suivantes, le procédé qui fait un des objets de la présente invention.
Ces dispositions comportent un amplificateur magnétique, dont les bobines deself-induction, à circuit magnétique saturable, sont désignées par 130 et 131; l'ensemble de ces bobines est dérivé aux bornes d'une résis- tance 125, montée en série dans le circuit de l'enroulement de commande 118 contrôlé par le rhéostat de manoeuvre, des redresseurs 132 & 133 ne laissant passer le courant que dans le sens pourlequel la tension ainsi fournie par l'amplificateur magnétique est dévoltrice par rapport à la tension de la source 126, a' est-à-dire augmente la chute de tension dans 125.
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L'amplificateur magnétique comporte deux enroulements de satura- tion de son circuit magnétique. L'un de ces enroulements, 134, est alimenté, à travers un pont de redresseurs 136, par un courant fonction directe du cou- rant principal du moteur 102;le pont 136 peut ainsi être dérivé aux bornes d'un shunt, inductif ou non., ou d'un enroulement (par exemple., ici.. l'enrou- lement 137 des pôles de commutation du moteur),parcouru par ce courant prin- 'cipal.
L'autre enroulement de saturation 135, dont les ampères-tours sont en opposition à ceux de 134, est alimenté, à travers une résistance ajustable 139, par la tension prise aux bornes d'un shunt 138, inductif ou non,. parcouru par le courant d'excitation du moteur 102.
Les nombres de spires respectifs des enroulements 134 & 135 sont choisis,compte tenu de l'ajustage de 139, de manière que les ampères-tours de 134 deviennent prépondérants quand, le moteur 102 étant à son excitation minimum (rhéostat 122 en court-circuit)., l'intensité du courant principal dépasse dans une certaine mesure,, par exemple de cinquante pour cent, l'in- tensité normale.
Dans ces conditionslorsqu'on agit sur le rhéostat 122 en vue de désexciter le moteur 102, c'est-à-dire lorsqu'on manoeuvre le rhéostat 122 de manière à réduire sa résistance, si les ampères-tours de 134 sont prépondérants sur ceux qui apparaissent dans 135 du fait de la variation réalisée dans le courant d'excitation du moteur 102, l'amplificateur magné- tique introduit aux bornes de 125 une tension qui accroit la chute de ten- sion se produisant déjà dans 125,ce qui réduit par conséquent le courant dans 118 et augmente l'intensité dans 116.,réduisant ainsi la désexcitation du moteur 102 etpar'conséquent., la surintensité principale.
Cette intervention de la tension de l'amplificateur magnétique se produit bien pour des valeurs de l'intensité du courant principal d'autant plus fortes que le moteur est moins désexcitée puisque la tension aux bornes de 138 et par conséquent les ampères-tours de 135, sont d'autant plus forts que le moteur 102 est moins désexcité.
En se reportant à la figure 1 et à la lumière des explications qui viennent d'être données au sujet de la figure 2, on comprendra aisément la façon dont intervient l'amplificateur magnétique 37 qui introduit.. par chute ohmique dans la résistance 38, une tension s'opposant à celle du ré- seau d'excitation; le pont de redresseur 39 permettant de dépolariser la charge et le courant d'opposition étant proportionnel au courant d'excita- tion de 1 et de 2, l'effet de freinage de la désexcitation est d'autant plus marqué que la vitesse est plus élevée, ce qui élimine tout risque d'altéra- tion de la commutation aux vitesses élevées.
L'égalisation des efforts fournis par les moteurs lorsque le lin- got est pris par les cylindres, est réalisée par le jeu des enroulements 40 & 41 montésdans des sens opposés., sur les amplidynes 7 & 8. L'ensem- ble des deux enroulements 40 & 41, en série entre eux, recueille l'écart de chute de tension pouvant exister entre le circuit comportant l'induc- tance 25 et les enroulements de compensation et de commutation du moteur 1 et le circuit symétrique du moteur 2. La valeur relativement élevée de la chute ohmique dans ces circuits permet d'obtenir une grande sensibilité, et une résistance, en série avec 40 & 41, permet d'adapter cette sensibili- té au-mieux des besoins.
On remarque que des résistances réglables 42 & 43 sont prévues dans les circuits d'égalisation 27-28 et 40-41; ces résistances se réglant simultanément en sens contraires, il est facile, par cette simple manoeuvre, de passer d'un réglage d'égalisation des vitesses à un réglage d'égalisa- tion de couples.
Entre ces réglages extrêmes il en existe un pour lequel les sensibilités des deux circuits d'égalisation sont égales,ce qui permet de compenser un écart relatif de tension entre les tensions de 1 et de 2, par un écart relatif de courant inverse, c'est-à-dire que si, par erreur, l'égalisation des vitesses tangentielles à vide n'a pas été préalablement effectuée de manière correcte, par retouche des excitations de 31-32 et 34- 35, la correction s'effectue automatiquement en charge par l'intervention
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des circuits d'égalisation 27-28 et 40-41. On dispose donc d'un moyen ex- trêmement souple qui permet,,
au cours des essais de laminage dans diverses conditionsde déterminer aisément les réglages de sensibilité des deux cir- cuits d'égalisation qui conduisent au meilleur résultat pratiqua celui-ci n'étant pas nécessairement obtenu pour une puissance égale des moteurs.
Comme on le voit, les possibilités de l'équipement qui vient d'être décrit., dépendent essentiellement des qualités de réponse et d'am- plification des amplidynes qui excitent les génératrices Ward-Léonard, et on sait que ces amplidynes peuvent être réalisées de manière que leur re- tard de réponse ne dépasse pas quelques centièmes de secondes.
Aucun appareillage automatique n'intervient en fonctionnement normal, en particulier à l'inversion, qui s'obtient par simple passage au point milieu du potentiomètre 14. Il en résulte un fonctionnement doux et progressif., suivant des consignes fixées impérativement par des organes de réglage qui ne dépendent pas du machiniste;, lequel peut effectuer les manoeuvres suivant ses propres réflexes., sans aucune consigne particulière.
Ainsi qu'on l'a précisé, l'équipement de la figure 1 n'a été donné qu'à titre d'exemple. L'invention s'applique aussi à des équipe- ments comportant des amplidynes contrôlées autrement., comme aussi à des équipements dans lesquels l'excitation des génératrices et celle des moteurs n'est pas assurée par l'intermédiaire d'amplidynes.
C'est ainsi par exemple., que les enroulements d'égalisation 27 & 28 d'une part., 40 & 41, d'autre part,, pourraient être prévus sur des ex- citatrices ordinairesau même directement sur les pôles inducteurs des gé- nératrices principales 3 & 4.
De même les amplidynes 12 & 13 pourraient être remplacées par des excitatrices normales montées en survoltrice-dévoltrice d'un réseau d' excitation ou en circuit séparé indépendant, ou encore être supprimées, le réglage d'excitation s'effectuant alors directement dans le champ des moteurs 1 & 2.
Dans les équipements dont les moteurs ne sont pas identiques entre eux, les ajustements nécessaires seront apportés au moyen de résis- tances ou de potentiomètres modifiant dans le sens et la proportion vou- lus les éléments du réglage.