<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne une@commande de vitesse convenant spé- cialement pour les moteurs à induction polyphasés du type à rotor bobiné.
Les moteurs à induction du type à rotor bobiné sont très intéressants à cause de la simplicité de leur construction, de leur robustesse et de leur ren- dement élevé. Le réglage de la vitesse de ces moteurs d'une façon simple et effi- cace a constitué un problème qui a limité nettement les cas d'application de ces moteurs jusqu'ici. La commande de vitesse classique des moteurs à induction com- prend des circuits pour le réglage de l'impédance des secondaires ou rotors de ces moteurs. Il a été proposé d'utiliser des commandes électroniques avec des thyra- trons ou d'autres tubes commandés à décharge à arc pour la commande des circuits secondaires de ces moteurs. La présente invention concerne une forme de commande perfectionnée de ce dernier type.
Comme il est connu, dans les moteurs à induction du type à rotor bobi- né, la fréquence du courant induit dans les enroulements de rotor varie de la fréquence du réseau à l'arrêt à une valeur voisine de zéro quand le moteur atteint la vitesse synchrone.C'est cette caractéristique des moteurs à induction qui rend le problème du réglage de l'impédance des secondaires des moteurs à l'aide de thyratrons ou d'autres commutateurs électroniques (dénommés ci-après "dispositifs à décharge commandée") difficile, et c'est ce problème qui est résolu d'une façon simple, économique et efficace par la présente invention.
La présente invention concerne un circuit de commande stable et effi- cace pour des moteurs à induction du type à rotor bobiné dans lequel l'impédance du secondaire du moteur est réglée à l'aide de thyratrons ou d'autres dispositifs à décharge commandés. Le circuit est agencé de façon que la vitesse du moteur puisse être réglée à l'aide d'une tension de commande continue par l'intermédiai- re de circuits simples n'utilisant que des résistances et des condensateurs peu coûteux, légers et compacts.
En bref, ces résultats sont obtenus en utilisant un circuit de com- mande dans lequel des thyratrons ou d'autres dispositifs à décharge commandés équi- valents règlent l'impédance des enroulements secondaires du moteur, et dans lequel la tension de commande appliquée à la grille ou électrode de commande de chaque thyratron ou équivalent consiste en une composante alternative dérivée de l'enrou- lement secondaire à commander et appliquée aux électrodes de commande des thyra- trons par l'intermédiaire d'un circuit résistance-capacité agencé de façon que le déphasage entre la composante alternative et la tension anodique reste en substance constante et que l'amplitude de la composante alternative soit mainte- nue à une valeur en substance constante.
Le déphasage et l'amplitude restent en substance constants indépendamment des variations de fréquence et de la valeur des tensions secondaires qui suivent les variations de vitesse du moteur. Afin d'obte- nir une bonne régulation, la tension de commande est, de préférence, déphasée d'environ 90 degrés par rapport à la tension anodique. Quand une tension alterna- tive de ce genre est disponible, il est relativement aisé de régler la vitesse du moteur à l'aide d'une tension continue de polarisation qui règle le niveau de la tension de commande.
Avec un arrangement de ce genre, le temps durant lequel, au cours de chaque demi-période positive, les thyratrons ou autres dispositifs à décharge com- mandés sont allumés, et, par conséquent, l'impédance du secondaire du moteur, peuvent être réglés en variant la polarisation continue. En faisant varier la tension continue, le moteur peut être réglé de façon à fonctionner à tout pourcen- tage de sa charge de régime entre pleine charge et zéro; et, en utilisant des com- mandes de vitesse pouvant se présenter sous toute forme convenable, le moteur peut être commandé de façon à tourner à une vitesse en substance constante indépendam- ment des variations de charge ne dépassant pas la capacité du moteur en faisant varier la polarisation continue de manière à compenser ces variations de charge.
L'invention consiste en un appareil de commande d'un moteur à induc- tion du type à rotor bobiné comprenant plusieurs dispositifs à décharge commandés
<Desc/Clms Page number 2>
en circuit avec et destinés à régler l'impédance du secondaire du moteur et un circuit pour la commande de l'allumage des dispositifs à décharge, caractérisé en ce que le circuit de commande d'allumage comprend un circuit à résistance- capacité pouvant produire une tension alternative de commande ayant la même fré- quence et nettement déphasée par rapport à la tension anodique appliquée aux dis- positifs à décharge, ce circuit à résistance-capacité maintenant le déphasage en- tre la tension de commande et la tension anodique en substance constante dans toute la gamme des fréquences secondaires se présentant au cours du fonctionne- ment du moteur.
Dans les dessins annexés qui représentent une forme d'exécution préfé- rée de l'invention :
La figure 1 est un schéma représentant le circuit de commande complet.
La figure 2 représente le circuit de commande d'un seul thyratron.
La figure 3 représente une modification du circuit de commande d'un seul thyratron représenté à la figure 2, et
La figure 4 donne le déphasage entre la tension de grille et la ten- sion anodique des thyratrons et la façon dont l'allumage des thyratrons est com- mandé pour deux vitesses de moteurs différentes.
La figure 1 représente un moteur à induction triphasé classique à ro- tor bobiné M. Dans ce moteur, le stator, constituant le primaire, reçoit du courant alternatif triphasé des conducteurs 11, 12 et 13 reliés à toute source convenable comme les lignes 15, 16 et 17 d'un réseau à courant alternatif. Le ro- tor du moteur constitue le secondaire, les enroulements de rotor étant connectés, de façon classique, par des bagues de contact et des balais, aux conducteurs 18,
19 et 20. Afin de régler l'impédance du secondaire du moteur et, de ce fait, le débit de ce moteur, des thyratrons ou-des dispositifs semblables à décharge à arc commandés sont connectés dans le circuit secondaire.
Dans la forme d'exécu- tion représentée, deux thyratrons connectés à l'envers l'un par rapport à l'autre sont associés à chaque phase du secondaire du-rotor. Les thyratrons 21 et 22 sont connectés aux lignes 18 et 19 ; lesthyratrons 23 et 24 sont connectés aux lignes 19 et 20 ; etles thyratrons 25 et 26 sont connectés aux lignes 18 et 20 du cir- cuit de rotor. Avec cet arrangement, une commande des deux demi-périodes, c'est- à-dire à double alternance, est obtenue dans les trois phases du secondaire du mo- teur.Il va de soi que, dans certains cas, une commande à une alternance suffit, et, dans ce cas, un seul thyratron suffit par phase des enroulements de rotor.
Les connexions et les éléments composant les commandes des trois pha- ses sont identiques. Il suffit donc de décrire en détail la commande de l'enrou- lement secondaire connectée aux conducteurs 18 et 19 Des référencesidentiques ont été uti- 'lisées pour -les commandes des deux autres phases du circuit de loLor et il est évident que ces commandes fonctionnent de la même façon que la commande décrite ci-après.
Comme le dessin le montre, l'anode du thyratron 21 est reliée à la ligne 18 par le conducteur 27, tandis que sa cathode est reliée à la ligne 19 par le conducteur 28. La plaque du thyratron 22 est reliée à la ligne 19 par le con- ducteur 28 et sa cathode est reliée à la ligne 18 par le conducteur 27. Ces thy- ratrons règlent dont l'impédance d'une phase de l'enroulement de rotor, et les thyratrons 23, 24 et 25, 26 commandent d'une manière semblable les impédances des autres phases des enroulements de rotor. Les grilles des thyratrons commandent l'allumage de ceux-ci et règlent, par conséquent, l'impédance du circuit secondai- re.
Si la tension de grille dépasse la tension critique des tubes tard dans les demi-périodes positives de leurs tensions anodiques, les tubes s'allument tard dans les demi-périodes et l'impédance des tubes ainsi que du circuit secondaire du moteur est relativement grande, le moteur fonctionnant à faible charge ou à un pourcentage relativement faible de sa capacité totale. Si la tension de grille change de sorte que la tension critique des tube est dépassée plus tôt durant les
<Desc/Clms Page number 3>
demi-périodes positives de la tension anodique,, les tubes s'allument plus tôt, l'impédance du circuit secondaire est réduite et le moteur fonctionne à un pour- centage plus élevé de sa capacité totale ou à plus grande vitesse pour une charge donnée.
Si les tubes s'allument en substance au début de chaque demi-périodes de la tension anodique, le moteur fonctionne en substance à pleine charge. Si, au contraire, la tension de grille est maintenue suffisamment négative pour ne jamais dépasser la valeur critique, le moteur s'arrête. Par conséquent, le moteur peut, comme il est connu, être réglé dans toute sa gamme de vitesse par une commande convenable de la tension de grille des thyratrons; la présente invention concerne la commande de cette tension.
Suivant la présente invention, la tension de grille contient une com- posante alternative dérivée du secondaire du moteur et réglée automatiquement par un circuit à résistance-capacité de manière à être déphasée en substance de façon constante par rapport à la tension anodique appliquée aux thyratrons et à avoir une amplitude en substance constante, indépendamment de la vitesse de mar- che du moteur (l'hypothèse étant faite que la tension du réseau à courant alter- natif alimentant le moteur reste en substance constante). De préférence, la com- posante alternative de la tension de grille est déphasée en arrière d'environ 90 degrés par rapport à la tension anodique.
La tension de grille contient aussi une composante continue ou de polarisation, et, en faisant varier cette composante continue tout en maintenant la composante alternative en substance constante au point de vue phase et amplitude, le moment dans la demi-période positive de la tension anodique à laquelle la tension de grille dépasse la tension critique du tube peut être varié et, par conséquent, on peut, de cette manière, régler l'al- lumage des tubes.
Le circuit de production de la tension de grille déphasée en arrière comprend, de préférence, un condensateur 30 et une résistance 31 connectés en sé- rie entre les conducteurs 27 et 28 et, par conséquent, aux bornes du circuit ano- de-cathode du thyratron 21. Le potentiel de grille est appliqué par un conducteur 32 atteignant la grille du thyratron 21 par l'intermédiaire d'une résistance 33, le conducteur 32 étant relié au point 34 de jonction du condensateur 30 et de la résistance 31. Un condensateur 35 est connecté, par l'intermédiaire du conducteur 28, entre grille et cathode du thyratron 21, afin de compléter le circuit résis- tance-capacité de déphasage. La composante alternative de la tension de grille est donc la tension apparaissant aux bornes du condensateur 35.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention représentée au dessin annexé, un petit con- densateur 36 est mis aux bornes de la résistance 31. Ce condensateur renforce la précision de maintien du déphasage entre les tensions de grille et de plaque dans une gamme de fréquences étendue, mais il n'est pas nécessaire pour obtenir un fonctionnement même parfaitement satisfaisant du système.
La tension continue de polarisation nécessaire pour la mise à niveau de la tension de grille est obtenue par application d'un signal continu entre le point neutre N des résistances 38, 39 et 40 connectées en étoile entre les conduc- teurs 18, 19 et 20, et le conducteur B relié au point 34 par la résistance 41.
L'alimentation en continu peut être obtenue à l'aide de tout type convenable de commande. Par exemple, on peut utiliser un rhéostat en série avec une source de courant continu convenable, si on désire une commande manuelle. Une commande dé vitesse automatique peut être obtenue avec un appareil comprenant une généra- trice tachymétrique produisant une tension fonction de la vitesse du moteur. Cet- te tension est comparée à une tension de référence réglable, et la tension de com- mande ou de polarisation est tirée de la différence entre le débit de la généra- trice tachymetrique et la tension de référence. Les principes de base de comman- des de ce genre sont bien connus et ne font pas partie, par eux-mêmes, de la pré- sente invention.
Il suffit de dire ici qu'un signal de commande ou une tension de référence continue est appliquée entre le point N et conducteur B.
La commande de la tension de grille du thyratron 22 est en substance identique à celle décrite pour le thyratron 21. Ce circuit de commande comprend
<Desc/Clms Page number 4>
le condensateur 42 et la résistance 43 connectas aux bornes du circuit anode-ca- thode du thyratron 22 ; la résistance 44 est connectée entre le point 45 et la grille du thyratron 22 ; le condensateur 47 est connecté entre la grille et le cir- cuit de cathode du thyratron, et le petit condensateur 48 est mis aux bornes de la résistance 43. La polarisation continue est appliquée par le conducteur B au travers de la résistance 49 qui est reliée au point 45.
L'analyse vectorielle montre qu'avec ce circuit, le déphasage entre la tension anodique du thyratron et la composante alternative de la tension de grille peut être maintenu en substance constant dans toute la gamme des vitesses de marche du moteur, l'amplitude de la tension de grille restant aussi en substan- ce constante. Les valeurs des résistances et des condensateurs peuvent être cal- culées facilement par les méthodes habituellement utilisées pour le calcul des circuits à résistance-capacité. A titre d'exemple, (voir tableau 1), le circuit associé au thyratron 22 comporte des valeurs convenant pour la commande d'un mo- teur triphasé à rotor bobiné, 1750 tours/minute, 230 volts, 60 périodes, d'une puissance nominale de dix chevaux et utilisant un thyratron du type C6J pour le réglage du courant secondaire.
Des éléments ayant les mêmes valeurs doivent être utilisés avec les autres thyratrons de la commande.
TABLEAU I.
EMI4.1
<tb>
Désignation <SEP> Valeur
<tb>
<tb> Valeur <SEP> ohmique <SEP> de
<tb> chaque <SEP> phase <SEP> 0,056 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 49 <SEP> 2,2 <SEP> megohms
<tb>
<tb> 44 <SEP> 0,47 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0,39 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 48 <SEP> 0,0005 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 42 <SEP> 0,25 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0,001 <SEP> mfd
<tb>
Dans les moteurs plus puissants, des courants secondaires relative- ment plus importants doivent être commandés par les thyratrons en vue du réglage de la vitesse du moteur suivant l'invention.
Si on utilise des thyratrons capables de laisser passer un courant anodique de 30 ampères par exemple, le courant de grille critique s'écoulant de la plaque vers la grille, immédiatement avant que la tension critique soit atteinte, provoque une chute de tension appréciable dans la résistance de grille, par exemple la résistance 33 associée à la grille du thyratron 21 de la figure 1. De ce fait, la grille elle-mêm'-' se trouve à un poten- tiel plus élevé que lorsque le courant critique de grille est plus faible. Ce po- tentiel positif de grille supplémentaire a pour effet que le tube s'allume plus t8t que désiré.
L'allumage se produit encore plus tôt lors du cycle suivant, du fait qu'une partie de ce potentiel positif supplémentaire est maintenue par le condensateur grille -cathode, par exemple le condensateur 35 associé à la grille du tube 21 de la figure 1. Cet effet est cumulatif et rend la commande instable.
La figure 3 représente un circuit de déphasage de grille qui est pré- féré dans le cas où des courants anodiques importants doivent être commandés, en vue de supprimer cette instabilité. Une comparaison des valeurs des éléments des tableaux 1 et 2 montre que la résistance de grille est augmentée afin de limiter le courant critique de grille et le condensateur grille-cathode est mis en paral- lèle avec la résistance de grille afin d'empêcher des variations rapides de la ten. sion de grille. En outre, on peut ajouter un très faible condensateur grille-ca- thode pour augmenter le déphasage, comme, par exemple, le condensateur 50 repré- senté d'une valeur de 0,0002 mfd.
La tension de grille est toujours déphasée de 90 degrés en substance par rapport à la tension anodique, et le fonctionnement
<Desc/Clms Page number 5>
est régulier et stable.
TABLEAU II.
EMI5.1
<tb>
Désignation <SEP> Valeur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> ohmique <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chaque <SEP> phase <SEP> 0,056 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 49 <SEP> 0,3 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 44 <SEP> 1,5 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0,1 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> 1,0 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0,001 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0,0002 <SEP> mfd
<tb>
La figure 4 représente des graphiques donnant la relation entre les tensions de plaque et de grille à l'arrêt et à mi-vitesse du moteur. Sur ces graphiques, les tensions ne sont pas portées à l'échelle. A l'arrêt, une tension de 60 périodes est induite dans le rotor ; cette tension est représentée par la courbe du graphique A.
La tension critique du thyratron est représentée par la courbe en traits interrompus b, et la tension de grille par la courbe en traits pleins c. Cette dernière représente le cas d'une tension continue de commande nulle. Avec une tension de grille comme représenté, le thyratron s'allume au mo- ment où la courbe de tension de grille coupe la courbe de tension critique. La partie de chaque demi-période pendant laquelle le thyratron est conducteur est indiquée par les parties hachurées de la courbe de tension de plaque a. D'autres conditions de tension de grille sont données par les courbes en traits interrom- pus c' et c". Si la tension continue de signal applique une polarisation négati- ve entre le point N et le conducteur B, la courbe de tension de grille descend comme représenté par la courbe c'.
Dans ce cas,la tension de grille atteint la tension critique plus tard dans la période et le tube s'allume plus tard aussi, augmentant ainsi l'impédance du circuit secondaire du moteur. L'autre cas est re- présenté par la courbe c". Cette fois, le signal continu applique une¯polarisation positive, la tension de grille est relevée et égale la tension critique plus tôt dans chaque demi-période positvedesote que le tube est conducteur pendant la, majeure partie du cycle et l'impédance du circuit secondaire est réduite. Sur le graphi- que A, la courbe c" est relevée au point que le moteur fonctionne dans le voisi- nage de sa capacité nominale.
Le graphique B de la figure 4 représente le cas de marche du moteur à la moitié de la vitesse sychrone. L'augmentation de la vitesse a pour résultat de réduire la tension anodique a à la môitié de la valeur de la tension anodique sur le graphique A, et la fréquence est de 30 périodes au lieu de 60 périodes.
Il est à noter cependant que l'amplitude de la tension de grille représentée par la courbe c est en substance la même que sur le graphique A à 1arrêt; la fréquen- ce de la tension de grille a été réduite de sorte qu'elle est la même que la fréquence de la tension anodique; et le déphasage entre la tension de grille ± et la tension anodique a reste en substance la même pour le graphique B que pour le graphique A; c'est-à-dire que la tension de grille ± est toujours déphasée de 90 degrés en substance par rapport à la tension anodique a.
Un facteur contribuant à la stabilité du circuit est la caractéristi- que des thyratrons qui demandent une polarisation négative moindre pour l'alluma- ge quand la tension anodique est réduite. Ceci ressort clairement d'une comparai- son des courbes de tension critique b des graphiques A et B. Cette caractérist- que donne à la commande de la présente invention un effet d'auto-régulation. Si la vitesse du moteur augmente, la tension anodique a diminue. La tension critique b diminue aussi, c'est-à-dire que la polarisation négative requise pour empêcher
<Desc/Clms Page number 6>
le tube de s'allumer diminue. Par conséquent, le tube s'allume plus tard dans la demi-période positive, augmentant ainsi l'impédance du secondaire du moteur et tendant à limiter l'augmentation de la vitesse du moteur.
Inversement, si le mo- teur ralentit, le tension anodique augmente et les tubes s'allument un peu plus tôt durant les demi-périodes positives, même si la tension continue de polarisa- tion appliquée à la commande reste inchangée. L'effet d'une variation de la ten- sion critique ressort clairement de la comparaison des parties hachurées des gra- phiques A et B ; peut constater que, quand le moteur est à l'arrêt, les tubes s'allument plus tôt dans chaque demi-période positive que lorsque le moteur est à mi-vitesse, malgré le fait que le rapport entre la courbe ± et la tension anodi- que n'ait subi aucun changement par variation de la polarisation appliquée à la commande. Cet effet n'est pas suffisant pour que le moteur marche à vitesse cons- tante pour une polarisation continue donnée.
La vitesse du moteur diminue avec l'augmentation de la charge par un réglage donné de la commande. Cependant, cette caractéristique augmente la stabilité de la commande et assure un réglage et un fonctionnement réguliers dans toute la gamme de vitesse du moteur.
La description ci-dessus montre que l'invention procure une commande de vitesse réglable efficace pour des moteurs à induction du type à rotor bobiné.
Les circuits de déphasage pour la, commande des thyratrons n'utilisent que des con- densateurs et des résistances simples sans parties mobiles, ce qui constitue une commande sûre et de coût raisonnable. Les éléments de la commande sont compacts et légers, et le fonctionnement du moteur est régulier et aisément réglable dans toute la gamme des vitesses. Le dispositif de l'invention peut être facilement adapté à des moteurs à. rotor bobiné de dimensions et de types différents, et di- vers types de commandes manuelles ou automatiques peuvent être utilisés pour pro- duire le signal continu de commande nécessaire pour régler le niveau de la ten- sion de grille.
Diverses modifications peuvent être apportées à la forme préférée de commande décrite sans sortir du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil pour la commande d'un moteur induction du type à rotor bobiné comprenant plusieurs dispositifs à décharge commandés en circuit avec et destinés rëgler l'impédance du secondaire du moteur et un circuit de commande de l'allumage de ces dispositifs à décharge, caractérisé en ce que ce circuit de commande de l'allumage comprend un circuit à résistance-capacité destiné à produi- re une tension alternative de commande ayant la même fréquence mais nettement déphasée par rapport à la tension anodique appliquée aux dispositifs à décharge, ce circuit à résistance-capacité maintenant le déphasage entre la tension de com- mande et la tension anodique en substance constant dans toute la gamme des fré- quences secondaires se produisant au cours du fonctionnement du moteur.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a speed control specially suitable for polyphase induction motors of the wound rotor type.
Wound rotor type induction motors are very attractive because of their simplicity of construction, robustness and high efficiency. The adjustment of the speed of these motors in a simple and efficient manner has been a problem which has markedly limited the applications of these motors heretofore. The conventional speed control of induction motors includes circuits for adjusting the impedance of the secondaries or rotors of these motors. It has been proposed to use electronic controls with thyra- trons or other controlled arc discharge tubes for controlling the secondary circuits of these motors. The present invention relates to an improved form of control of the latter type.
As is known, in wound rotor type induction motors, the frequency of the current induced in the rotor windings varies from the frequency of the network at standstill to a value close to zero when the motor reaches speed. synchronous. It is this characteristic of induction motors that makes the problem of adjusting the impedance of motor secondaries by using thyratrons or other electronic switches (hereinafter referred to as "controlled discharge devices") difficult , and it is this problem which is solved in a simple, economical and efficient manner by the present invention.
The present invention relates to a stable and efficient control circuit for wound rotor type induction motors in which the impedance of the secondary of the motor is controlled using thyratrons or other controlled discharge devices. The circuit is so arranged that the speed of the motor can be regulated with the aid of a DC control voltage through simple circuits using only inexpensive, lightweight and compact resistors and capacitors.
Briefly, these results are obtained using a control circuit in which thyratrons or other equivalent controlled discharge devices adjust the impedance of the secondary windings of the motor, and in which the control voltage applied to the gate or control electrode of each thyratron or equivalent consists of an AC component derived from the secondary winding to be controlled and applied to the control electrodes of the thyra- trons by means of a resistance-capacitor circuit arranged so that the phase shift between the AC component and the anode voltage remains substantially constant and the amplitude of the AC component is maintained at a substantially constant value.
The phase shift and the amplitude remain substantially constant regardless of the frequency variations and the value of the secondary voltages which follow the variations in motor speed. In order to achieve good regulation, the control voltage is preferably about 90 degrees out of phase with the anode voltage. When an AC voltage of this kind is available, it is relatively easy to control the speed of the motor using a DC bias voltage which adjusts the level of the control voltage.
With such an arrangement, the time during which, in each positive half-period, the thyratrons or other controlled discharge devices are turned on, and hence the impedance of the motor secondary, can be set. by varying the continuous polarization. By varying the DC voltage, the motor can be set to run at any percentage of its speed load between full load and zero; and, using speed controls which may be in any suitable form, the motor can be controlled to run at a substantially constant speed regardless of load variations not exceeding the capacity of the motor by varying the polarization continues so as to compensate for these variations in charge.
The invention consists of a control apparatus for a wound rotor type induction motor comprising a plurality of controlled discharge devices.
<Desc / Clms Page number 2>
in circuit with and intended to regulate the impedance of the secondary of the engine and a circuit for the control of the ignition of the discharge devices, characterized in that the ignition control circuit comprises a resistance-capacitance circuit capable of producing a AC control voltage having the same frequency and significantly out of phase with the anode voltage applied to the discharge devices, this resistance-capacitance circuit keeping the phase shift between the control voltage and the anode voltage substantially constant over the entire range of secondary frequencies occurring during engine operation.
In the accompanying drawings which show a preferred embodiment of the invention:
Fig. 1 is a diagram showing the complete control circuit.
Figure 2 shows the control circuit of a single thyratron.
Figure 3 shows a modification of the control circuit of a single thyratron shown in Figure 2, and
Figure 4 shows the phase shift between the gate voltage and the anode voltage of the thyratrons and how the ignition of the thyratrons is controlled for two different engine speeds.
FIG. 1 represents a conventional three-phase induction motor with wound rotor M. In this motor, the stator, constituting the primary, receives three-phase alternating current from the conductors 11, 12 and 13 connected to any suitable source such as lines 15, 16 and 17 of an alternating current network. The motor rotor constitutes the secondary, the rotor windings being connected, in a conventional manner, by contact rings and brushes, to the conductors 18,
19 and 20. In order to regulate the impedance of the secondary of the motor and hence the output of that motor, thyratrons or similar controlled arc discharge devices are connected in the secondary circuit.
In the embodiment shown, two thyratrons connected upside down to each other are associated with each phase of the rotor secondary. Thyratrons 21 and 22 are connected to lines 18 and 19; thyratrons 23 and 24 are connected to lines 19 and 20; andthyratrons 25 and 26 are connected to lines 18 and 20 of the rotor circuit. With this arrangement, a control of the two half-periods, that is to say of double half-wave, is obtained in the three phases of the secondary of the motor. It goes without saying that, in certain cases, a control at one alternation is sufficient, and in this case only one thyratron is sufficient per phase of the rotor windings.
The connections and the elements composing the controls of the three phases are identical. It is therefore sufficient to describe in detail the control of the secondary winding connected to conductors 18 and 19 Identical references have been used for the controls of the other two phases of the loLor circuit and it is evident that these controls work. in the same way as the command described below.
As the drawing shows, the anode of thyratron 21 is connected to line 18 by conductor 27, while its cathode is connected to line 19 by conductor 28. The plate of thyratron 22 is connected to line 19 by the conductor 28 and its cathode is connected to the line 18 by the conductor 27. These thy- ratrons regulate whose impedance of a phase of the rotor winding, and the thyratrons 23, 24 and 25, 26 control similarly the impedances of the other phases of the rotor windings. The grids of the thyratrons control the ignition of the latter and therefore regulate the impedance of the secondary circuit.
If the grid voltage exceeds the critical voltage of the tubes late in the positive half periods of their anode voltages, the tubes ignite late in the half periods and the impedance of the tubes as well as the secondary circuit of the motor is relatively large. , the motor operating at low load or at a relatively low percentage of its total capacity. If the grid voltage changes so that the critical tube voltage is exceeded earlier during
<Desc / Clms Page number 3>
positive half-periods of the anode voltage, the tubes ignite earlier, the impedance of the secondary circuit is reduced and the motor operates at a higher percentage of its total capacity or at higher speed for a given load .
If the tubes substantially light up at the start of each half-cycle of the anode voltage, the motor is essentially running at full load. If, on the contrary, the gate voltage is kept negative enough never to exceed the critical value, the motor stops. Therefore, the motor can, as is known, be adjusted throughout its speed range by proper control of the gate voltage of the thyratrons; the present invention relates to the control of this voltage.
According to the present invention, the gate voltage contains an AC component derived from the secondary of the motor and automatically adjusted by a resistance-capacitance circuit so as to be substantially constantly out of phase with the anode voltage applied to the thyratrons and to have a substantially constant amplitude, independently of the running speed of the motor (assuming that the voltage of the alternating current network supplying the motor remains substantially constant). Preferably, the AC component of the gate voltage is out of phase by about 90 degrees from the anode voltage.
The gate voltage also contains a DC or bias component, and, by varying this DC component while keeping the AC component substantially constant in phase and amplitude, the moment in the positive half-period of the anode voltage at which the grid voltage exceeds the critical voltage of the tube can be varied and, therefore, the lighting of the tubes can be adjusted in this way.
The back-phase-shifted gate voltage generation circuit preferably comprises a capacitor 30 and a resistor 31 connected in series between the conductors 27 and 28 and, therefore, across the anode-cathode circuit of the. thyratron 21. The gate potential is applied by a conductor 32 reaching the gate of thyratron 21 via a resistor 33, the conductor 32 being connected to the junction point 34 of the capacitor 30 and the resistor 31. A capacitor 35 is connected, through the intermediary of the conductor 28, between the grid and the cathode of the thyratron 21, in order to complete the resistance-phase shift capacitor circuit. The AC component of the gate voltage is therefore the voltage appearing at the terminals of capacitor 35.
In the preferred embodiment of the invention shown in the accompanying drawing, a small capacitor 36 is placed across resistor 31. This capacitor enhances the precision of maintaining the phase shift between the gate and plate voltages in a wide frequency range, but it is not necessary to achieve even fully satisfactory operation of the system.
The DC bias voltage necessary for leveling the gate voltage is obtained by applying a DC signal between the neutral point N of the resistors 38, 39 and 40 connected in star between the conductors 18, 19 and 20 , and conductor B connected to point 34 by resistor 41.
Continuous power can be achieved by using any suitable type of control. For example, a rheostat can be used in series with a suitable direct current source, if manual control is desired. Automatic speed control can be obtained with an apparatus comprising a tacho generator producing a voltage dependent on the speed of the engine. This voltage is compared to an adjustable reference voltage, and the control or bias voltage is taken from the difference between the flow rate of the tacho generator and the reference voltage. The basic principles of such controls are well known and do not in themselves form part of the present invention.
It suffices to say here that a control signal or a DC reference voltage is applied between point N and conductor B.
The control of the gate voltage of the thyratron 22 is in substance identical to that described for the thyratron 21. This control circuit comprises
<Desc / Clms Page number 4>
capacitor 42 and resistor 43 connected across the anode-cathode circuit of thyratron 22; resistor 44 is connected between point 45 and the gate of thyratron 22; the capacitor 47 is connected between the grid and the thyratron cathode circuit, and the small capacitor 48 is put across resistor 43. DC bias is applied by conductor B through resistor 49 which is connected at point 45.
Vector analysis shows that with this circuit, the phase shift between the anode voltage of the thyratron and the AC component of the gate voltage can be kept substantially constant over the entire range of motor running speeds, the amplitude of the gate voltage also remaining in constant substance. The values of resistors and capacitors can be easily calculated by the methods usually used for the calculation of resistance-capacitance circuits. By way of example (see table 1), the circuit associated with the thyratron 22 comprises values suitable for controlling a three-phase motor with wound rotor, 1750 revolutions / minute, 230 volts, 60 periods, of a rated power of ten horsepower and using a C6J type thyratron for secondary current adjustment.
Elements having the same values must be used with the other thyratrons of the command.
TABLE I.
EMI4.1
<tb>
Designation <SEP> Value
<tb>
<tb> Ohmic <SEP> value <SEP> of
<tb> each <SEP> phase <SEP> 0.056 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 49 <SEP> 2,2 <SEP> megohms
<tb>
<tb> 44 <SEP> 0.47 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0.39 <SEP> megohm
<tb>
<tb> 48 <SEP> 0.0005 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 42 <SEP> 0.25 <SEP> mfd
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0.001 <SEP> mfd
<tb>
In more powerful motors, relatively larger secondary currents must be controlled by the thyratrons in order to control the speed of the motor according to the invention.
If thyratrons capable of passing an anode current of for example 30 amps are used, the critical gate current flowing from the plate to the gate, immediately before the critical voltage is reached, causes an appreciable voltage drop in the circuit. gate resistor, for example resistor 33 associated with the gate of thyratron 21 of Figure 1. Therefore, the gate itself is at a higher potential than when the critical gate current is weaker. This additional grid positive potential causes the tube to light up earlier than desired.
Ignition occurs even earlier during the next cycle, due to the fact that part of this additional positive potential is maintained by the grid-cathode capacitor, for example the capacitor 35 associated with the grid of the tube 21 of FIG. 1. This effect is cumulative and makes the drive unstable.
FIG. 3 shows a gate phase shift circuit which is preferred in the case where large anode currents have to be controlled, in order to eliminate this instability. A comparison of the values of the items in Tables 1 and 2 shows that the gate resistance is increased in order to limit the critical gate current and the gate-cathode capacitor is put in parallel with the gate resistor to prevent variations. rapids of the ten. grid sion. In addition, a very small gate-cathode capacitor can be added to increase the phase shift, such as, for example, capacitor 50 shown with a value of 0.0002 mfd.
The gate voltage is always substantially 90 degrees out of phase with the anode voltage, and operation
<Desc / Clms Page number 5>
is regular and stable.
TABLE II.
EMI5.1
<tb>
Designation <SEP> Value
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ohmic <SEP> value <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> each <SEP> phase <SEP> 0.056 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 49 <SEP> 0.3 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 44 <SEP> 1.5 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 43 <SEP> 0.1 <SEP> megohm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> 1.0 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 47 <SEP> 0.001 <SEP> mfd
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0.0002 <SEP> mfd
<tb>
Figure 4 shows graphs showing the relationship between the plate and gate voltages at standstill and at half engine speed. In these graphs, the voltages are not drawn to scale. When stopped, a voltage of 60 periods is induced in the rotor; this voltage is represented by the curve in graph A.
The critical thyratron voltage is represented by the dotted line curve b, and the gate voltage by the solid line c curve. The latter represents the case of a zero DC control voltage. With a gate voltage as shown, the thyratron turns on at the point where the gate voltage curve intersects the critical voltage curve. The part of each half-period during which the thyratron is conductive is indicated by the hatched parts of the plate voltage curve a. Other grid voltage conditions are given by the dotted lines c 'and c ". If the signal DC voltage applies a negative bias between point N and conductor B, the voltage curve of grid descends as represented by the curve c '.
In this case, the gate voltage reaches the critical voltage later in the period and the tube turns on later as well, thus increasing the impedance of the secondary circuit of the motor. The other case is represented by the curve c ". This time the DC signal applies a positive bias, the gate voltage is raised and equal to the critical voltage earlier in each half-period as the note that the tube is conducting. during most of the cycle and the secondary circuit impedance is reduced. In graph A, the curve c "is raised to the point that the motor is operating in the vicinity of its rated capacity.
Graph B of FIG. 4 represents the case of running the motor at half the synchronous speed. The increase in speed results in reducing the anode voltage a to half the value of the anode voltage in graph A, and the frequency is 30 periods instead of 60 periods.
Note, however, that the amplitude of the gate voltage represented by curve c is substantially the same as in graph A at stop; the frequency of the gate voltage has been reduced so that it is the same as the frequency of the anode voltage; and the phase shift between the gate voltage ± and the anode voltage a remains substantially the same for graph B as for graph A; that is, the gate voltage ± is always substantially 90 degrees out of phase with the anode voltage a.
One factor contributing to the stability of the circuit is the characteristic of thyratrons which require less negative bias for ignition when the anode voltage is reduced. This is evident from a comparison of the critical voltage curves b of graphs A and B. This characteristic gives the control of the present invention a self-regulating effect. If the motor speed increases, the anode voltage has decreased. The critical voltage b also decreases, i.e. the negative bias required to prevent
<Desc / Clms Page number 6>
the light tube decreases. Therefore, the tube ignites later in the positive half-period, thereby increasing the impedance of the motor secondary and tending to limit the increase in motor speed.
Conversely, if the motor slows down, the anode voltage increases and the tubes ignite a little earlier during the positive half-periods, even if the DC bias voltage applied to the control remains unchanged. The effect of a change in the critical voltage is clear from a comparison of the hatched parts of graphs A and B; can see that, when the motor is stopped, the tubes light up earlier in each positive half-period than when the motor is at half speed, despite the fact that the ratio between the curve ± and the anodi - that no change has undergone by variation of the bias applied to the control. This effect is not sufficient for the motor to run at constant speed for a given DC bias.
Motor speed decreases with increasing load by a given control setting. However, this feature increases the stability of the control and ensures smooth tuning and operation throughout the engine speed range.
The above description shows that the invention provides efficient adjustable speed control for wound rotor type induction motors.
The phase shift circuits for controlling thyratrons use only simple capacitors and resistors with no moving parts, which is a safe and reasonable cost control. The control elements are compact and light, and engine operation is smooth and easily adjustable throughout the speed range. The device of the invention can be easily adapted to engines. wound rotor of different sizes and types, and various types of manual or automatic controls can be used to generate the continuous control signal needed to adjust the level of the gate voltage.
Various modifications can be made to the preferred form of control described without departing from the scope of the present invention.
CLAIMS.
1.- Apparatus for controlling an induction motor of the wound rotor type comprising several discharge devices controlled in circuit with and intended to regulate the impedance of the secondary of the motor and a circuit for controlling the ignition of these discharge devices , characterized in that this ignition control circuit comprises a resistance-capacitance circuit intended to produce an ac control voltage having the same frequency but clearly out of phase with the anode voltage applied to the discharge devices, this A resistor-capacitor circuit which maintains the phase shift between the control voltage and the anode voltage substantially constant throughout the range of secondary frequencies occurring during motor operation.