Brevet FR2660813A1 — publié le 19911011

L'invention concerne un appareil pour freiner un cylindre tournant, par exemple un tambour, d'une machine de préparation à la filature, par exemple d'un brise-balle, d'une machine à nettoyer ou d'une carde, comprenant un dispositif de freinage mû électriquement pour freiner le cylindre. Les cardes pour le coton ou les fibres synthé- tiques par exemple et aussi les cardes pour la laine, comportent généralement un grand tambour qui, en raison de son poids très important (de l'ordre d'une tonne), possède normalement un temps de rotation par inertie, après la coupure de l'alimentation électrique du moteur d'entraînement et jusqu'à l'arrêt, qui est de l'ordre de minutes En raison de prescriptions de sécurité, les portes de la machine doivent rester fermées jusqu'à ce que la dernière pièce tournante (tambour) se soit également arrêtée Or, surtout lorsqu'une opération d'entretien ou une réparation est nécessaire, on sou- haite pouvoir ouvrir les portes aussi rapidement que possible après la coupure de l'alimentation électrique. On connaît un appareil (brevet des Etats-Unis 3 530 542) dans lequel un dispositif de freinage 67 est relié d'une part par un arbre d'entrée au tambour d'une carde ou, d'autre part, par une courroie au moteur d'entraînement principal de ce tambour Le dispositif de freinage 67 n'est pas couplé électriquement au moteur d'entraînement principal, mais peut seulement être enclenché ou coupé par un contact 204-6 Comme il n'y a pas de liaison électrique entre ce moteur et le dispo- sitif de freinage et comme il existe seulement une relation mécanique, cet appareil connu comporte un dispositif de freinage mécanique mû électriquement. L'inconvénient est que le frein mécanique est exposé à l'usure et qu'il comporte par ailleurs des éléments intermédiaires à freiner en plus et qui réduisent le rendement de l'opération de freinage Un autre inconvénient de cet appareil connu est qu'on ne peut plus exercer une influence quelconque sur l'effet de freinage après l'enclenchement. A la différence de cet état de la technique, l'invention vise à créer un appareil du type décrit au début, qui évite les inconvénients mentionnés, permette de réduire le temps de rotation par inertie du cylindre à freiner, avec adaptation aux conditions de freinage, et soit exempt d'usure et d'entretien. A cet effet, selon l'invention, un appareil comme décrit au début est caractérisé en ce que le moteur d'entraînement pour le cylindre est un moteur asynchrone dont l'enroulement statorique est relié à travers un dispositif de commutation à une source de courant alternatif et à un dispositif générateur de courant continu, le dispositif de commutation étant capable de faire passer la connexion du moteur d'en- traînement de la source de courant alternatif au dispo- sitif générateur de courant continu ou inversement. Selon l'invention, le courant continu produit est utilisé pour freiner le moteur d'entraînement et le dispositif générateur de courant continu est directement relié électriquement au moteur d'entraînement Le dispositif de freinage électrique ainsi créé, est combiné directement au moteur d'entraînement et l'éner- gie de freinage apportée au moteur est utilisée directe- ment et de manière particulièrement avantageuse pour son freinage Contrairement à l'appareil connu, des éléments supplémentaires d'un dispositif de freinage mécanique ne participent pas à l'opération de freinage, de sorte que le rendement de cette opération est considérablement accru De plus, l'appareil selon l'invention est abso- lument sans usure et sans entretien. Il est avantageux que le moteur d'entraînement soit relié au cylindre par l'intermédiaire d'un élément de transmission, une courroie par exemple Le générateur de courant continu produit de préférence un courant continu variable et il est avantageux qu'il soit connecté à un système de réglage auquel est connecté également le dispositif de commutation Selon d'autres caractéristiques, le système de réglage est connecté à un organe de retard électrique, un mesureur de vitesse de rotation servant à mesurer la vitesse de rotation du cylindre, constitué par un tambour par exemple, et/ou à un mesureur de vitesse de rotation pour le moteur d'entraînement Le système de réglage peut être un régulateur à action discontinue, mais il peut s' agir également d'un régulateur à action progessive Le courant continu généré est utilisé de préférence pour freiner le moteur d'entraînement et il est avantageux que ce courant soit variable pendant l'opération de freinage, notamment en fonction du temps, de façon régulière ou échelonnée D'autres caractéristiques de l'invention prévoient la variation du courant continu en fonction de la vitesse de rotation du cylindre et/ou du moteur d'entraînement, de préférence en fonction de la vitesse de ces deux organes et de telle manière qu'un rapport déterminé, préfixé, est maintenu entre les vitesses de rotation du cylindre et du moteur Un mode de réalisation avantageux prévoit la connexion du générateur de courant continu à un système de commande et de réglage, comprenant par exemple un micro-ordina- teur, pour la machine de préparation à la filature Ce système de commande et de réglage est de préférence en liaison avec des organes de mesure pour les paramètres de fonctionnement actuels tels que la vitesse de rota- tion du cylindre, la nature de la matière fibreuse traitée, le débit de la matière fibreuse et ainsi de suite Il est avantageux que le système de commande et de réglage soit connecté à une mémoire dans laquelle sont stockées des conditions de freinage déterminées, exprimées par exemple par des algorithmes, des tables, des courbes ou analogues Le dispositif de freinage est de préférence en liaison avec un organe automatique pour la coupure du courant de freinage Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, s'appliquant à une machine de préparation à la filature sur laquelle sont prévus des volets de nettoyage, des portes ou analogues, le système de commande et de réglage est en liaison électrique avec la commande pour l'ouverture et la fermeture (verrouillage) des volets de nettoyage, portes et analogues. Conformément à l'invention, le cylindre (tambour) peut être arrêté dans un temps minimal en ménageant le matériel de façon optimale (absence d'usure d'une courroie, absence de pièces mobiles) Ce ménage- l 5 ment optimal du matériel et ce temps d'arrêt minimal sont obtenus grâce au fait que le dispositif de freinage (dispositif générateur de courant continu) peut être adapté par programmation et de manière avantageuse sur le plan du fonctionnement et technologique aux condi- tions spéciales régnant sur la machine Il s'y ajoute que l'appareil selon l'invention ne demande pas de maintenance supplémentaire. Pendant l'opération de freinage, un enroule- ment statorique du moteur est alimenté en courant continu Ce courant génère un champ magnétique, pro- duisant à son tour un couple de freinage dans le rotor. Au cas ou le tambour et le moteur d'entraînement sont équipés chacun d'un mesureur de vitesse de rotation, le courant de freinage peut également être varié en fonc- tion du rapport des deux vitesses, ce qui permet de réduire à un minimum le temps nécessaire jusqu'à l'ar- rêt, tout en empêchant le glissement de la courroie d'entraînement reliant le moteur au tambour Du fait que le rapport des deux vitesses (du moteur d'entraînement et du tambour) est connu, ce rapport étant fixé par les poulies sur lesquelles circule la courroie, on peut faire en sorte que le courant de freinage reste à la valeur maximale avec laquelle le rapport précité ne change pas Dès que le rapport change, cela signifie qu'il y a eu glissement, c'est-à-dire que la courroie glisse Dans ce cas, le courant de freinage peut être baissé jusqu'à ce que le rapport connu se soit rétabli. La surveillance du rapport est assuré de façon continue pendant toute l'opération de freinage. Lorsque l'alimentation électrique du moteur 1 O d'entraînement du tambour est coupée, le moteur est freiné jusqu'à l'arrêt par un courant continu Ce courant peut être adapté de manière avantageuse aux besoins particuliers au cas o il peut être varié pendant toute l'opération de freinage Il est avantageux que l'intensité du courant continu soit variable en fonction du temps et/ou, de préférence, en fonction de la vitesse de rotation du tambour notamment La varia- tion de l'intensité du courant peut être échelonnée ou régulière Il convient que le générateur de courant continu soit relié directement, par une interface adéquate, au micro-ordinateur commandant la carde Le courant de freinage peut ainsi être varié selon les conditions de fonctionnement instantanées (vitesse de rotation du tambour, nature et débit de la matière fibreuse) La nature de la variation est calculée par la commande de la carde ou par le dispositif de freinage lui-même et est communiquée à celui-ci ou traitée directement par lui La transmission des données de variation peut s'effectuer par une interface (sérielle ou parallèle) lorsque le dispositif de freinage est installé à l'extérieur S'il s'agit d'un dispositif de freinage électrique faisant directement partie de la commande de la carde, l'échange de données peut avoir lieu directement par le bus du système Le courant de freinage optimal est déterminé chaque fois de manière que le tambour s'arrête dans un temps minimal, mais sans que la transmission nécessaire à l'entraînement du tambour (comprenant par exemple une courroie, un réduc- teur de vitesse ou des organes analogues) soit solli- citée plus que nécessaire Il en est ainsi surtout en cas d'utilisation de courroies plates dont le "glis- sement" est le signe d'un freinage trop intense, provo- quant souvent la destruction (brûlure) de la courroie. L'allure optimale du courant de freinage peut être déterminée par des essais dont le résultat peut être mémorisé dans la commande ou dans le dispositif de freinage électrique (par exemple sous la forme d'un algorithme ou de tables) Le dispositif de freinage électrique peut également comporter un organe pour couper automatiquement le courant de freinage Une telle coupure peut être fonction du temps, du courant ou de la vitesse de rotation. Encore un autre mode de réalisation de l'in- vention prévoit le freinage simultané ou l'un après l'autre de plusieurs moteurs par un seul dispositif de freinage électrique comme celui qui vient d'être décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma électrique pour la commande de l'appareil de freinage selon l'invention; la figure la est un schéma fonctionnel du dispositif générateur de courant continu (dispositif de freinage); la figure lb est un schéma électrique plus détaillé du moteur d'entraînement, du réseau et du générateur de courant continu; la figure 2 est une vue de côté d'une carde sous laquelle sont représentés schématiquement le moteur d'entraînement, le dispositif de freinage électrique et le système de commande et de verrouillage de la carde; la figure 3 montre un mécanisme de ver- rouillage d'un volet à commande électrique; et les figures 4 a et 4 b sont des représenta- tions schématiques d'un mode de réalisation pour le freinage simultané ou successif de plusieurs moteurs. Selon la figure 1, l'enroulement statorique (non représenté) du moteur d'entraînement, constitué par un moteur asynchrone, est raccordé par la ligne 4 et à travers un premier organe de couplage 2, un relais par exemple, au réseau à courant alternatif 3 L'enroulement statorique du moteur d'entraînement 1 est également relié au réseau à courant alternatif 3 par une ligne supplémentaire 5 qui contient un second organe de couplage 6, également constitué par un relais par exemple, et un dispositif générateur de courant continu 7 qui forme le dispositif de freinage électrique Le système de commande et de réglage 8 de la carde 9 (voir figure 2) est relié par une ligne 10 au générateur de courant continu 7, par une ligne I 1 au premier organe de couplage 2 et par une ligne 12 au second organe de couplage 6. Le générateur de courant continu 7 (dispositif de freinage) sert à convertir le courant alternatif du réseau 3 en courant continu et il permet de varier le courant continu ainsi obtenu. Pendant le fonctionnement de la machine, le premier organe de couplage 2 est fermé, de sorte que le moteur d'entraînement I est directement raccordé au réseau à courant alternatif 3 Le second organe de couplage 6 est ouvert Pour freiner le tambour 15 de la carde 9, le premier organe de couplage 9 est ouvert et le second 6 est fermé, de sorte que l'enroulement D statorique du moteur 1 est raccordé au générateur de courant continu 7 Le moteur est ainsi commuté de la source de courant alternatif 3 sur la source de courant continu 7 Le courant continu fourni par cette dernière est utilisé pour freiner le moteur 1. La source de courant continu 7 est connectée en outre au dispositif de commande et de réglage 8, auquel sont connectés également un mesureur de vitesse de rotation 13 pour le tambour 15, une génératrice tachymétrique par exemple, et un mesureur de vitesse de rotation 14, également une génératrice tachymétrique par exemple, pour la vitesse du moteur d'entraînement 1. Ainsi, le courant continu peut être varié en fonction de la vitesse du tambour 15 et/ou de la vitesse du moteur 1 Au dispositif de commande et de réglage 8 sont connectés d'autres organes de mesure, par exemple un organe de mesure 16 pour la nature de la matière fi- breuse et un organe de mesure 17 pour le débit de la matière fibreuse traitée De plus, le dispositif de commande et de réglage 8 est connecté à une mémoire électrique 18 dans laquelle sont introduites et stockées des conditions ou des courbes de freinage déterminées, par exemple sous la forme d'un algorithme, d'une table ou d'une courbe. La figure la est un schéma fonctionnel du générateur de courant continu 7 (dispositif de frei- nage), comprenant un interrupteur à point zéro 28, un module de puissance 29, un convertisseur ten- sion/fréquence 30, un amplificateur/régulateur 31 et un générateur de fonctions 32 (programmation). La figure lb montre plus en détail les con- nexions du moteur d'entraînement 1 et du générateur de courant continu 7 L 1 à L 3 désignent un raccordement triphasé au réseau 3, MS est un contacteur de moteur, BS est un contacteur de freinage et UB désigne une tension d'alimentation du générateur 7 Le moteur d'entraînement 1 est relié par la ligne 4 au réseau à courant alternatif 3 et par la ligne 5 au dispositif générateur de courant continu 7. La figure 2 montre une carde 9, par exemple de type Tritzschler EXACTACARD DK 740 Le moteur d'entrai- nement 1 est relié par une courroie 19 à l'arbre d'entraînement 15 a du tambour 15 Le moteur 1 est en liaison avec le système de commande et de réglage à travers le dispositif de commutation 2, 6 Au système de commande et de réglage 8 est raccordée, à travers un organe de couplage 20 sous forme d'un relais par exemple, une bobine d'induction magnétique 21 qui entoure une armature mobile 22 (voir figure 3). Selon la figure 3, une face d'extrémité de l'armature 22 agit sur une extrémité 23 a d'un levier 23 du premier genre, monté oscillant; l'autre extrémité 23 b de ce levier présente une encoche 23 c dans laquelle est engagé le bout d'un crochet 24 L'autre extrémité de ce crochet est fixée à un volet 25 monté rotatif autour d'un point 26 et fermant une ouverture ménagée dans l'enveloppe stationnaire 27 du tambour 15 Lorsque la bobine 21 est parcourue par un courant, l'armature 22 est attirée, ce qui fait tourner le levier 23 de manière que le crochet 24 soit libéré, de sorte que le volet 15 peut être ouvert. Les figures 4 a et 4 b montrent enfin deux modes de réalisation de l'invention pour arrêter simultanément ou l'un après l'autre plusieurs moteurs M 1 Mn, dont chacun est raccordé au générateur de courant continu 7 (dispositif de freinage) à l'aide de l'un des organes de couplage ou de commutation 6 î 6 n Selon la figure 4 a, les moteurs M 1 Mn sont reliés chacun à travers l'un des organes de couplage 61 6 N commandés simul- tanément au dispositif de freinage 7 Les raccordements au réseau à courant alternatif ne sont pas représentés pour simplifier La figure 4 b montre une variante comprenant en outre un système de commande et de réglage semblable au système de commande et de réglage 8 décrit pour les exemples précédents et permettant de freiner successivement l'un après l'autre chacun des moteurs M 1 Mn jusqu'à l'arrêt de ceux-ci. il REVENDICATIONS 1 Appareil pour freiner un cylindre tournant, par exemple un tambour, d'une machine de préparation à la filature, par exemple d'un brise-balle, d'une machine à nettoyer ou d'une carde, comprenant un dispositif de freinage mû électriquement pour freiner le cylindre, caractérisé en ce que le moteur d'entraînement ( 1) du cylindre ( 15) est un moteur asynchrone dont l'enroule- ment statorique est relié à travers un dispositif de commutation ( 2, 6) à une source de courant alternatif ( 3) et à un dispositif générateur de courant continu ( 7), le dispositif de commutation ( 2, 6) étant capable de faire passer la connexion du moteur d'entraînement ( 1) de la source de courant alternatif ( 3) au dispositif générateur de courant continu ( 7) ou inversement. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur d'entraînement ( 1) est relié au cylindre ( 15) par l'intermédiaire d'un élément de trans- mission, une courroie ( 19) par exemple. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le dispositif générateur de courant continu ( 7) produit un courant continu variable. 4 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif généra- teur de courant continu ( 7) est connecté à un système de commande et de réglage ( 8). Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commutation ( 2, 6) est connecté au système de commande et de réglage ( 8). 6 Appareil selon la revendication 4 ou 5, caracté- risé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est connecté à un organe de retard électrique. 7 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est en liaison avec un mesureur de vitesse de rotation ( 13) servant à mesurer la vitesse de rotation du cylindre ( 15), formé par un tambour par exemple. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 7, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est en liaison avec un mesureur de vitesse de rotation ( 14) servant à mesurer la vitesse de rotation du moteur d'entraînement ( 1). 9 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 8, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est un régulateur à action discontinue. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 8, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est un régulateur à action progressive. 11 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce que le courant continu produit est utilisé pour freiner le moteur d'entraîne- ment ( 1). 12 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le courant continu est varié en fonction du temps pendant l'opération de freinage. 13 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 12, caractérisé en ce que le courant continu est varié de façon régulière. 14 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 12, caractérisé en ce que le courant continu est varié de façon échelonnée. 15 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 14, caractérisé en ce que le courant continu est varié en fonction de la vitesse de rotation du cylindre ( 15). 16 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15, caractérisé en ce que le courant continu est varié en fonction de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement ( 1). 17 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 16, caractérisé en ce que le courant continu est varié en fonction de la vitesse de rotation du cylindre et de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement, de manière que soit conservé un rapport déterminé, préfixé, de ces deux vitesses. 18 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif géné- rateur de courant continu ( 7) est connecté à un système de commande et de réglage ( 8) pour la machine de prépa- ration à la filature ( 9), comprenant un micro- ordinateur. 19 Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est en liaison avec des organes de mesure ( 13, 16, 17) pour les paramètres de fonctionnement actuels, par exemple pour la vitesse de rotation du cylindre, la nature de la matière fibreuse traitée, le débit de la matière fibreuse et analogues. Appareil selon la revendication 18 ou 19, carac- térisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est relié à une mémoire ( 18) pour des conditions de freinage déterminées, exprimées par exemple par des algorithmes, des tables, des courbes ou analogues. 21 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 20, caractérisé en ce que le dispositif de freinage est en liaison avec un organe automatique pour la coupure du courant de freinage. 22 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 18 à 21, pour une machine de préparation à la filature pourvue de volets de nettoyage, de portes ou analogues, caractérisé en ce que le système de commande et de réglage ( 8) est en liaison électrique avec le dispositif de manoeuvre ( 21, 22, 23, 24) pour l'ouver- ture et la fermeture des volets de nettoyage ( 25), portes ou analogues - 23 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il sert à freiner simultanément ou l'un après l'autre plusieurs moteurs (Mi Mn).