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"Installation électrique comportant des moteurs série à courant continu".
L'invention concerne les installations de oommande de moteurs électriques, plus particulièrement de moteurs série ' à courant continu.
Il est bien connu que la transmission et la distribution de l'énergie électrique s'effectuent de plus en plus sout for- me de courante alternatifs. En effet, sous cette forme, en vue de minimiser les pertes inévitables encourues en cours de transmission, notamment sur de grandes distances, l'énergie électrique peut facilement être transformée à des tensions suffisamment élevées, pour être transportée avantageusement, sur des lignes ou câbles à haute tension, à toute destination utile; avec une même facilité, une fois arrivée à destination,
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ladite énergie se laisse retransformer à la tension basse d'utilisation, quelle qu'elle soit.
Outre cet avantage primordial, l'utilisation des oourant alternatifs comporte encore d'autreà avantages importants, dont e.a. la simplification possible des dispositifs d'en- clenchement, respectivement de déclenchement, ainsi que la possibilité d'un réglage pratiquement sans perte du courant, respeotivement de la tension.
En effet, l'on sait que lorsqu'on rompt un circuit par" oouru par un courant d'une certaine intensité, l'étincelle produite/entre la partie mobile et la partie fixe de l'inter- rupteur risque d'allumer un aro entretenu entre ces deux par- tiee, susceptible de brûler ou de détériorer les contacts du- dit interrupteur. Or, il est bien connu que dans le cas du courant continu ce phénomène se produit beaucoup plus facile- ment que dans le cas d'un courant alternatif, de sorte que les mesures qui s'imposent en vue d'éviter ou de minimiser l'effet néfaste des arcs sont à la fois plus rigoureuses et moins sûres dans le cas des courants oontinus que dans celui d'un courant alternatif.
Cette considération est plus importante encore lorsqu'il s'agit d'une installation telle qu'un engin . de manutention ou un ascenseur, où les démarrages et les arrêts des moteurs se succèdent à une oadence rapide.
D'autre part, en ce qui concerne le réglage de l'intensif té et/ou de la tension, dans le cas du courant alternatif, celui-ci peut s'effectuer, facilement et sans pertes appré- oiables, à l'aide de dispositifs tels que des transformateurs ou auto-transformateurs réglables ou simplement par l'inser- tion d'impédances réactives.
Pourtant, dans oertains domaines de la technique, comme par exemple la traotion des locomotives, le levage et la transe lation des engins de manutention, etc..., les moteurs série à
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oourant continu présentent des avantages certains, du fait notamment qu'ils sont à même de fournir un couple de démarra- ge important et que, dans de larges limites de variation de vitesse, ils présentent un bon rendement, le nombre de tours desdits moteurs s'adaptant automatiquement à l'importance des charges à déplacer.
Dans ces applications, en vue de pouvoir mettre en oeuvre des moteurs série à courant continu, l'on est donc obligé, le plus souvent, de produire sur place le courant continu nécessaire à l'alimentation desdits moteurs soit di. rectement, soit en convertissant ou en redressant un courant alternatif dérivé du réseau.
Or, les installations connues pour la conversion du cou- rant alternatif en courant continu, respectivement les disposi' tifs de redressement de courant alternatif, sont importants et coûteux et exigent un entretien permanent, de sorte que leur mise en oeuvre, pour être rentable, dépend de la.possi- bilité de pouvoir alimenter un certain nombre de moteurs ou d'autres utilisateurs de courant continu, c'est-à-dire de pouvoir établir une distribution locale de courant continu.
Il s'ensuit donc que, dans ces oonditions, pour pouvoir bénéficier de l'utilisation de moteurs à oourant continu, il fallait renoncer aux avantages prérappelés du courant alterna- tif, notamment le réglage sans pertes et la simplification des dispositifs d'enclenchement, respectivement de déclenchement.
Ceci est d'autant plus regrettable que l'appareillage de dé- marrage et/ou de réglage d'un moteur à courant continu, oompre' nant des contacteurs, des controllers, des résistances eto..., est lourd, encombrant et coûteux.
L'invention révèle un moyen pour oommander, démarrer et/ou régler un ou plusieurs moteurs série à oourant continu
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alimentés à partir d'un réseau à courant alternatif, cane qu'il soit fait appel à un appareillage complique et coûteux.
L'invention se base sur le fait que le développement rapide, ; pendant les dernières années, des dispositifs semi-conducteurs. de puissance, a mis à la disposition des électriciens des moyens de redressement éminemment simples, compacte, de fonc- - tionnement sur, à haut rendement et relativement peu coûteux.
Dès lors, selon l'invention, il est techniquement et économi- ; quement possible d'alimenter chaque moteur à courant continu séparément, à partir d'un réseau de distribution à courant alternatif, par l'intermédiaire d'un dispositif propre audit moteur. Ainsi, on obtient l'avantage de pouvoir effectuer la commande, respectivement le démarrage et/ou le réglage de chaque moteur à l'aida de dispositifs de contrôle intercalés dans le circuit d'alimentation en courant alternatif dudit moteur, entre le réseau et ledit dispositif redresseur, de manière à pouvoir agir sur le courant d'alimentation avant re- dressement.
Plus particulièrement, en vue d'exploiter cet avantage, il est avantageux d'intercaler ainsi dans ledit circuit d'ali- mentation en courant alternatif du moteur, tout appareil de contrôle destiné à établir, couper ou régler, le courant d'ali- mentation dudit moteur, notamment le oontaoteur de démarrage, les limiteurs de courant, les disjoncteurs etc.... tandis que d'autres appareils de contrôle n'intervenant dans le circuit d'alimentation que lorsque celui-ci ne conduit aucun courant, peuvent être branchée, s'il y a lieu, dans le circuit d'ali- mentation en courant continu dudit moteur, c'est-à-dire dans le circuit reliant le redresseur audit moteur.
Inversement, si l'un ou plusieurs desdits appareils de contrôle sont reliés de manière à intervenir dans ledit circuit à courant continu, comme c'est le cas par exemple pour un inverseur ou un contac-
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leur de sens de marche, il importe de prévoir des moyens pour assurer que ces appareils ne soient manoeuvres que lorsque le circuit d'alimentation est privé de courant, c'est-à-dire avant le démarrage ou après l'arrêt dudit moteur.
Comme il y a lieu de limiter le oourant d'alimentation pris au démarrage, lorsque le moteur est enoore à l'arrêt et ne produit donc aucune force contre-éleotromotrice pour contre-balanoer la tension appliquée selon l'invention, on ter usage comme dispositif limiteur de courant d'une impédanoe généralement réactive, de préférence inductive, branchée dans le circuit d'alimentation en courant alternatif, o'est-à-dire en série avec le dispositif redresseur.
A cet effet, quoique tout dispositif à self réglable puisse oonvenir, un agencement pratique et préféré comporte, comme impédance réactive, une bobine de self à noyau ferromagnétique et à plusieurs enrou- lements, susceptibles d'être reliés, à l'aide d'un dispositif de commutation, en plusieurs combinaisons de liaison en série, en parallèle ou en série-parallèle, de manière à constituer ainsi une impédance induotive réglable en plusieurs pas.
Comme d'autre part, lorsque le moteur est arrivé à l'état de régime normal, l'on n'a généralement plus besoin d'un limiteur de courant, celui-ci pourrait être court-dircuité franchement, de manière à appliquer, aux bornes d'entrée du redresseur, toute la tension disponible sans chute inutile.
Pourtant, sous ces conditions, dans certains cas de fonctionne- ment anormal, par exemple en cas de fausse manoeuvre (passage immédiat à la positjon de régime), calage du moteur etc., on risque une mise en court-circuit brusque du redresseur.
Pour remédier à cet inconvénient, il est préférable de maintenir dans le circuit d'alimentation, même à l'état de régime normal, une impédance résiduelle, susceptible de pro- téger ledit redresseur en cas de surcharge provoquée par un
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'fonctionnement anormal. A cet effet, eelon l'invention, l'agen'. cernent du dispositif limiteur de courant, respectivement du commutateur de celui-ci, est tel, que dans la position de ré- gime normal dudit oommutatuer, les enroulements de la bobine de self sont reliés et couplés avec le noyau ferromagnétique, de telle façon, que dans le circuit magnétique sont engendrées'} des forces magnétomotrices opposées, qui se neutralisent mutuellement.
Ainsi, comme impédance limitatrioe, dans l'état de régime normal, il ne reste que la résistance ohmique des.. dits enroulements.
- Dans l'installation selon l'invention, comme dispositif redresseur propre à chaque moteur, l'on fera usage, de préfé- renoe, d'un redresseur à diodes au silicium, raccordées en pont,
Il est évident que l'invention, telle qu'elle a été définie ci-dessus, peut être mise en oeuvre sous des formes très variées,adaptées aux données du problème technique à résoudre, aux conditions économiques, aux disponibilités, etc..
C'est donc à simple titre indicatif, sans limitation de la portée de l'invention, que des agencements pratiques, tant de l'installation selon l'invention en son ensemble, que du dispositif limiteur de courant utilisé dans celle-ci, ! sont décrits plus en détail ci-après, en se référant aux dessins annexée, dans lesquels: la figure 1 est un diagramme de liaison simplifié né comportant que les éléments essentiels d'une installation selon l'invention; la figure 2 comporte deux schémas de principe pour il- ; lustrer l'utilisation d'une bobine de self susceptible d'être utilisée comme dispositif limiteur de courant dans une instal- lation selon l'invention; la figure 3 est un schéma plus détaillé du dispositif
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de la figure 2;
la figure 4 est un diagramme de liaison d'un agencement pratique d'une installation selon l'invention.
La figure 1 représente, d'une façon aussi simple que possible, un schéma de liaison d'un dispositif d'alimentation et de contrôle d'un moteur série à courant oontinu. Ce dispo- sitif comporte un circuit d'alimentation en courant alternatif,. dont les bornes 1-2 sont reliées en permanenoe au réseau à courant alternatif, et reliant lesdites bornes .1-1 aux bornes d'entrée, respectivement et !, d'un dispositif redresseur .
Les bornes de sortie 6-7, dudit redresseur 5 sont reliées aux balaie 8-9 du moteur à courant continu 10, par un circuit d'alimentation en courant continu, dans lequel sont intercalée un inverseur 11 et l'inducteur 1.2 dudit moteur à courant confia nu, celui-ci étant branché en série avec l'induit.
Comme dispositifs de contrôle dudit moteur 10, le monta- ge choisi à titre illustratif comporte un dispositif d'enclen- chement 13, par exemple sous forme d'un interrupteur ou d'un contacteur à commande magnétique, et un appareil de réglage ou de limitation du courant d'alimentation 14. Comme il appa- raft clairement de la figure 1, ces appareils, ou plue précisé. ment l'appareil 14 et les contacts 15-16 du dispositif d'en- olenohement 13, selon la caractéristique essentielle de l'in- vention, sont branchée dans le circuit d'alimentation en oourant alternatif, c'est-à-dire entre le réseau et le redres- seur 5.
Etant donné que le fonctionnement de oe dispositif se déduit facilement d'un examen de la représentation schématique, il suffit de dire qu'après la fermeture des contacts 15-16 du dispositif d'enclenchement 13. le courant alternatif fourni par le réseau est conduit vers le redresseur 5, pour être re- dressé de manière à produire un courant continu circulant danai
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le circuit d'alimentation en courant continu, suivant les flèches Fl et F2, de la borne ,, par l'induit 10 et l'induo- teur 12 du moteur, vers la borne 1 dudit redresseur. Tel qu'il a été représenté, ce redresseur est constitué par quatre diodes, préférablement des diodes au silicium, raccordée en pont de Graetz.
Il est pourtant clair que l'on pourrait mettre en oeuvre tout autre montage redresseur connu, notamment, si . l'on dispose d'un réseau à courant polyphasé, il pourra être désirable d'utiliser un pont redresseur à plusieurs branches, raccordé audit réseau polyphasé par l'intermédiaire d'un circuit à courant alternatif symétrique à plusieurs branches.
Le choix de l'agencement à effectuer dans ce cas appartient à la compétence de tout homme de l'art. Il est pourtant utile de remarquer que, dans ce cas, un contact tel que 15-16 et un dispositif identique au dispositif 14 devront être insérés dans chacune des phases dudit circuit.
En intercalant les contacts du dispositif d'enclenche- ment dans le circuit d'alimentation en courant alternatif, on pout profiter du fait que, toutes choses égales, les contacts d'un tel dispositif résistent mieux aux interruptions d'un courant alternatif qu'à celles d'un courant continu.
En ce qui concerne l'appareil de réglage ou de limita- tion de courant, l'avantage obtenu par l'insertion d'un tel appareil dans le circuit à courant alternatif se trouve dans le fait de pouvoiettre en oeuvre une impédance réactive, susceptible de provoquer une chute de tension voulue sans pertes ohmiques appréciables.
En vue de protéger le moteur et le redresseur oontre l'effet des courants de grande intensité pris au démarrage, il suffit par exemple de faire usage d'une inductance réglable, respectivement d'une bobine à self, la- quelle, au moment du démarrage, est réglée à sa valeur maximum, pour être réduite, soit de façon continue, soit en un ou plu-
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sieurs pas, à un* valeur d'impédance résiduelle, au fur et à mesure que le moteur n'approche de son état de régime normal.
La possibilité d'un tel réglage sans portée ohmiques et, par- tant, sans dégagement de chaleur appréciable, est surtout avantageux dans le cas d'uno Installation demanutention ou similaire, dans laquelle la fréquence des démarrages, des arrêta et des inversions de sens de marche est élevée.
Quant à l'inverseur de sono de marche 11, celui-ci doit évidemment rester inoorporé dans le circuit d'alimentation en courant continu. Cependant, comme celui-ci ne doit normalement dire manipulé qu'aux moment. d'arrêt dudit moteur. lorsque le circuit d'alimentation est interrompu, il est possible d'in- troduire des/mouyens, tels que des verrouillage. électriques ou mécaniques, pour assurer que les manoeuvre. de cet Inverseur ne s'effectuent, respectivement ne puissent s'effectuer, qu'à la condition que le dispositif 13 ce trouve dans sa position d'ouverture.
Dans les figures 2 et 3. l'on a schématisé un dispositif à self réglable, qui peut être utilisé comme dispositif limi- teur de courant dans une installation eelon l'invention. Il s'agît d'une bobine de self à deux enroulements il-il dis- posée sur un circuit ferro-magnétique 23 préférablement formée!
Au démarrage les deux enrouelemente sont en série, comme re- présenté dans la figure 2a, de telle façon que les forces magnéto-motrices soient dirigea dana le même cens pour ob- tenir un maximum d'impédance. En marche normale, le@ deux en- roulements aont couplée en parallèle,
comme indiqué dans la figure 2b, de telle façon que les forces magnéto-motrices n'opposent et ce contre-balancent dans le circuit magnétique, le flux étant réduit à zéro. Il a'enauit que, dana ces con- ditions, l'impédance se réduit à la résistance ohmique des deux enroulements, reliés en parallèle. Généralement cette im-
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pédance résiduelle suffit pour protéger le redresseur contre les effets néfastes d'une mise en court-circuit brusque, qui pourrait résulter d'une fausse manoeuvre ou d'un autre cas de fonctionnement anormal.
Si pourtant l'on désire donner l'impédance résiduelle une valeur plus élevée, il suffirait de renverser, dans la disposition de la figure 2a, les liai.en.: de l'enroulement il par rapport à l'enroulement 21.
La figure 3 montre une disposition d'une self à deux enroulements, munie d'un commutateur 27, relié de façon à permettre la transformation d'un couplage selon la figure 2a en un oouplage suivant la figure 2b et inversement.
Dans la figure 4 l'on a schématisé avec plue de détails un agencement pratique d'une installation de commande de mo- teura à courant continu selon l'invention. applicable par exemple dans le cas d'un engin de manutention. Dans cette figure on retrouve les mêmes éléments essentiels de la figure 1, désignas par les même chiffres de référence. Ainsi l'on y retrouve le moteur 10 aveo son inducteur 12, ainsi que les bornes 1-2., les contacte 15-16 d'un interrupteur 13, le dis- positif limiteur de oourant 14 et le redresseur 5.
Bien que dans cette figure l'on n'ait représenté qu'un seul moteur aveo ses dispositifs auxiliaires, il est entende que, l'appareil de manutention oomportant généralement plu- sieurs moteurs, par exemple pour le levage et les translations, tous ces moteurs sont équipés et reliés de manière identique, ai bien qu'il suffit d'en montrer un seul.
L'alimentation desdits moteurs en courant alternatif est assurée, sousle contrôle de l'interrupteur principal 13, par une ligne de distribution 31-32, à laquelle sont raccordés le oirouit d'alimentation en courant alternatif de chaque moteur et une dérivation 33, contrôlée par un interrupteur se-! oondaire 34, pour l'alimentation des contacteurs. Dans l'exem- ple choisi l'on a prévu, par moteur, quatre contacteurs dont
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les bobines ont été désignées par L, C, G et D, à savoir un contacteur de ligne (L), un contacteur de commutation (0) qui commande la self de démarrage 14-1 et deux contacteurs de sens- de marche gauche (G), respectivement droite (D).
La relation entre chaque contacteur et ses contacte a été symbolisée par une ligne à traits interrompue rattachant lesdits contacts au circuit de commande de la bobine correspon' dante, ce dernier étant marqué par une tête de flèche inscrite sur ladite ligne à traite interrompus.
Ainsi on reconnaft facilement, que le contacteur de ligne (L) commande les deux contacts de travail 11 et 12 intervenant dans le circuit d'alimentation en courant alternatif du moteur, et le contact de travail 13 intervenant dans le circuit de comwande de la bobine du contacteur de commutation; celui-ci même commande le contact de travail c1 intervenant dans le couplage des deux enroulements de la self de démarrage;
les contacteurs de sens de marche G et D commandent les contacts de travail g1 et g2, respectivement dl et d2, intervenant dans le circuit d'alimentation en courant continu du moteur, le contact de repos g, respectivement d3, intervenant,dans le circuit de commande du contacteur de sens de marche D, respectivement G, et le contact de travail g4, respectivement d4. intervenant dans le circuit de commande du contacteur de ligne L. Lesdits circuits de commande des contacteurs sont tous contrôlés par un petit commutateur 12 à au moins trois positions, à savoir une position médiane de repos et deux positions extrêmes de travail, une pour chaque sens de marche.
On observe que l'ensemble des deux contacteurs D et G remplace l'inverseur de la figure 1. Du fait que le circuit de commande de chacun d'eaux est contrôlé par un contact de repas de l'autre, il résulte que l'actionnement de l'un exclut l'actionnement de l'autre.
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De plus, le circuit de commande du contacteur de ligne étant contrôlé par le montage en parallèle d'un oontaot de travail de chacun desdite contacteurs de sens de marche, il s'ensuit que/la fermeture, par les contacts 11 et 12, du cir- cuit d'alimentation en courant alternatif du moteur est sujette à la condition que l'un ou l'autre desdits contacteurs de sens de marche soit actionné auparavant. Ainsi il est assuré que les manoeuvres des contacts d1-d2 ou g1-g2 ne peuvent s'effectuer que lorsque le circuit d'alimentation est privé de courant.
L'agencement du dispositif à self 14 diffère de celui de la figure 3 en ce que le premier enroulement 21 est branché demeure dans le circuit d'alimentation en courant alternatif, tandis que l'autre enroulement 22, sous le contrôle du contact de travail c1 du contacteur de commutation C, peut être relié ; en parallèle avec le premier enroulement, ces deux enroule- ments étant couplée avec le circuit ferromagnétique 23 de telle façon qu'après fermeture dudit contact c1 ils produisent des forces magnétomotrices opposées qui s'annulent mutuelle- ment. Cette disposition présente l'avantage d'une commutation par un seul contact de travail, quoique, dans la position de démarrage, l'impédance inductive soit quatre fois plus faible, pour un nombre de spires donné par enrou lement, que dans la disposition de la figure 3.
On observe que, du fait que le circuit de commande du contacteur de commutation C est contrôlé par un contact de travail du contacteur de ligne, le contact de commutation c1, ne peut être fermé qu'un certain temps après l'actionnement du oontaoteur de ligne; on est donc certain qu'au moment du dé- marrage le courant d'alimentation est limité par l'impédance maximum du dispositif limiteur de courant 14.
Dès lors le fonctionnement du dispositif représenté est
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facile à comprendre; en supposant que les interrupteurs 13 et 34 se trouvent à l'état fermé, l'aotionnement du oommutateur 35 vers la gauche (vers la droite) enclenchera d'abord le con- taoteur de sens de marche gauche (droit), qui ferme non contact g4(d4) de façon à permettre l'enclenchement du contacteur de ligne L, lequel à son tour autorise l'enclenchement du oontao- teur de commutation C.
Le moteur démarre dans le sens gauche (droit) et après un temps prédéterminé, par la fermeture du contact c1, l'impédance de la self de démarrage est réduite à une faible valeur résiduelle, à peu près résistive.
Les avantages d'une telle disposition peuvent donc se résumer ainsi! avantages inhérents aux moteurs série à oou- rant continu; suppression des controllera et résistances de démarrage; utilisation exclusive de contacteurs à courant alternatif; toutes les fermetures et coupures du courant principal d'un moteur sont rapportées sur un seul contacteur de ligne qui coupe un circuit alternatif.
On se rend compte facilement du fait que l'invention susceptible d'autres applications infiniment variables, sans sortir du cadre tel qu'il sera défini par les revendications ci-après.
REVENDICATIONS.
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