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Moteur synchrone
La présente invention concerne le moteur synchrone,' faisant l'objet du brevet ? 331.731 susceptible de fonctionner une vitesse double de la -vitesse synchrone,' dont la caractérisa tique principlae consiste dans ce fait qu'il est établi sous for- me .d'un moteur asynchrone ordinaire 11. induit- bobiné et à bagues et est pourvu alun enroulement de même nature que l'enroulement du stator mais dont les connexions sont établies de telle sorte que le courant du stator,4 lancé dans le rotor,' produit dans, ce dernier un champ tournant se déplaçant en sens inverse de la vitesse du rotor*4
Dans l'exemple décrit dans ce brevet antérieur,'-on fait usage pour le démarrage du moteur,
d'un moteur auxiliaire de lancement qui peut être calé sur le même arbre que le moteur principal ou attaquer celui-ci d'une manière quelconque.'
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L'invention actuelle a pour but d'éviter les inconvé- nients que présente, en pratique, ce procédé de démarrage et consiste essentiellement à amener le moteur principal à la
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vitesse double de la vitesse synchrone à l'aide d'un convers tisseur de fréquence fournissant du courant envoyé dans le rotor du moteur pendant la période de démarrage.' #
Afin de bien .faire comprendre l'invention,' on en décrira, ci-après, un exemple d'application en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels:
La figure 1 donne le schéma de montage dans le cas , où le stator et le rotor du moteur sont alimentés en parallèle.*
La figure 3 est une vue de face d'un des disques en tôle faisant partie du convertisseur de fréquence employé con- formément à l'invention
La figure 3 montre le schéma de montage dans le cas où le rotor est en série sur le stator.'
La figure 4 montre une variante.'
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Dans le schéma de la figure 1, ,9 désigne le stator et b le rotor du moteur susceptible de fonctionner à une vitesse double de la vitesse synchrone et qui sera désigné ci:
-après
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sous le nom de moteur bisynchrone.. désigne le circuit d' 81i4 mentation relié au stator par l'intermédiaire de l'interrupteur
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9*1 Conformément à 11 invention,1 il est fait usage d'un converti seur de fréquence .g, qui ne conporte qu'une partie tournante sans partie fixe et qui est composé essentiellement de disques en tôle, du genre de celui montré par la figure 2.' Ces dis- ques sont empilés sur un arbre et percés d' encoches,g noyées dans la tôle,' à la façon d'un compensateur de phase.' D'un roté
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de ce convertisseur, se trouvent calées trois bagues et de l'autre, un collecteur.1 comme dans une commutatrice ordinaire.!
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Sur le collecteur frottent trois balais j calés à 130 élec- triques.* Le courant de la ligne g est appliqué aux bagues >1 par un interrupteur 1;
et éventuellement par l'intermédiaire d'un transformateur 1 pour obtenir la tension convenable .'
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au collecteur * L'arbre du converti-sseur.Q est attaqué par un moteur quelconque Le rotor $ du moteur bisynchrone est pourvu d'un démarreur jj et le montage est complété par deux inverseurs J2 et JI intercalés dans le circuit ji et permettant de connecter le rotor.b soit au convertisseur de fréquence & soit à la ligne 4 par la dérivation ,r<t Les encoches des disques g du convertisseur sont complètement fermées pour que 7, e bobinage présente suffisamment de self et que l'on puisse, sans inconvénient, appliquer la tension aux bagues étant donné que la machine ne développe pas de force contre électro-lmotriceel
Si le convertisseur ne tourne pas,
' la fréquence au collecteurà est la même qu'aux bagues.4*4 Si le convertisseur aux '
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tourne au synchronisme, .on récolte/balais du courant continu ''' Pour les vitesses intermédiaires entre zéro et le synchronisme, on obtient aux balais 4 du courant triphasé dont la fréquence est fonction de la vitesse de rotation du convertisseur.'
Le montage représenté figure 1, permet de réaliser
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le démarrage du moteur w..J..Q suivant trois variantes décrites ci-après sous A- B et De Variante A:
1 ) On :.7t.erme l'inverseur .3 vers le bas sur le dé- marr6lr ,,,' et,' après avoir mis le courant au stator, par la fermeture de 1 ' interrupteur 4, on démarre le moteur bisynchrone
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là façon ordinaire à l'aide du démarreur ce moment ce moteur tourne une vitesse un peu inférieure au synchronisme (vitesse synchrone du champ de stator)*1
2 ) On met ensuite en marche le groupe convertisseur
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eu, avec l'inverseur J2 fermé vers le bas et,' au moment o on obtient la vitesse synchrone du convertisseur en, on ferme 1 'inverseuro vers le haut:
A ce moment le rotor b est alimenté en courant continu et va se synchroniser (vitesse synchrone du champ de stator) '
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3 ) Ensuite on coupe, le courant au moteurn et on laisse le groupe m-e s'arrêtera Au fur et mesure que la vites- se se ralentit, la fréquence au, collecteur croît et le moteur bisynchrone augmente de vitesse.' A l'arrêt du groupe convertis- seur m- e, le rotor b tourne au double àe la vitesse synchrone ( bisynchronisme).
Si l'arrêt du groupe convertisseur était trop rapide on pourrait le munir d'un volant, s'il était trop lent, on pour- rait le freiner.'
4 ) Le lancement du moteur étant terminé, on ferme l'inverseur p vers le haut et on ouvre l'interrupteur k.
Entre la ligner et l'inverseur.3 on pourrait éventuellement placer un transformateur*
Variante B.
S'il est possible de faire tourner le convertisseur., au double de la vitesse synchrone, on peut se passer complète* ment du démarreur ordinaire; En effet, au double de la vitesse synchrone, le champ fourni par les courantspuisés au collecteur i tournera en sens contraire du sens normal et dans le moteur bisynchrone a-b les deux champs de stator, et de rotor auront même sens : moteur ne démarrera donc pas.' Il ne commencera à démarrer que lorsque les vitesses des champs ne seront plus éga- les, ce que l'on obtiendra en ralentissant le convertisseur e;
on passera ainsi au synchronisme.puis au bisynchronisme
Le procédé de démarrage car-dessus décrit, tant en ce qui concerne la variante A que la variante B, suppose un moteur b- synchrone dont le stator et le rotor sont alimentés en parallè le.* Il est également applicable à un moteur qui aurait son ro- tor en série avec le stator*4 La figure 3 montre ce cas sous for- me d'un schéma unifilaire, les organes correspondais étant dé- signés par les mêmes références que dans la figure 1.' Les manoeuvres à effectuer sont les suivantes:
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12) Lancer le groupe convertisseur js-is jusqu'au double de la vitesse synchrone 4 2- ) Fermer 1'inverseur D et l'interrupteur du stators 32) Fermer l'inverseur a vers le haut.' 4 -) Ralentir le convertiseur ew jusqu'à l'arrêta Le moteur Je est alors au bisynchronisme.
5 -) Fermer l'inverseur J2 vers le bas et ouvrir l'inverseur .3.
Variante C
La figure 4 montre, sous une forme analogue(schéma unifilaire) une autre variante dans laquelle le moteur comprend
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la stator ordinaire ,$ et un rotor Jg dont le bobinage, continu et fermé sur lui même, est connecté, d'une part, à trois bagues s et d'autre part, à un petit collecteur j?, qui ne sept qu'au
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démarrage, ou bien encore un rotor portant deux bobinages1 l'un connecté aux bagues ±, l'autre au collecteur Du côté du col- lecteur,' l'arbre porte une buselure M2' tournant folle sur lui et portant trois bagues isolées ,µ± un pignon 2 et un croisillon 5Î portant trois balais ( ou lignes de balais) â 1202 élestriquas et réunis chacun à une bague de la série Sgr L'arbre porte , au bout; un embrayage j:
à plateaux, ou Se tout autre système.' Une tige avec boulonJpoussoir d'embrayage porte un pignon v- qui peut transmettre par l'intermédiaire de pignons v2, son mouvement de rotation au pignon 3; et par conséquent aux balais
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du croisillonjï.4 Les rapports d'engrenages sont calculés de telle façon que la -vitesse du pignon v soit la, même que celle
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du pignon tri lorsque l'embrayage -1 est embrayé *! En d'autres termes, lorsque, l,'¯embrayage x est débrayé, les bagues si et les balais restent fixés dans 1 espacer ter sque ,g est embrasé, les bagues si et les balais portés par le croisillon w tournent à la même vitesse que l'arbre.'' Le disjoncteur étant fermé
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on envoie directement le courant de la ligneg au rotor b du moteur par les bagues normales z,
' on place les inverseurs Q et jj de façon â ce que le stator .a soit fermé sur le démarreur
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n. On obtiendra de cette façon une vitesse proche de celle du synchronisme et on récoltera au collecteur t et, par conséquent aux bagues s1, fixes à cet instant, des courants de basse fré- quence. ' On inversera alors l'invnerseur p de façon envoyer ces courants dans le stator a. Le moteur fonctionnera, à ce mo- ment, la façon d'un moteur compensé:.
On remarquera cependant que si les balais étaient calés sur le collesteur t, on aurait aux bagues sl la même fré- quence qu'aux bagues s. On arrangera donc les connexions de :Ce- con à ce que, dans cette position extrême du démarrage, les champs tournant dans le stator et dans le rotor soient de sens contraire et, pour arriver progressivement au bisynchronisme, on embrayera doucement en x, et on laissera les balais "courir après le collecteur" jusqu'à ce qu'ils aient atteint la vitesse de celui-ci* a cet instant le démarrage étant achevé, on inver' sera.0 de façon à connecter la ligne ± directement au stator 3*'
Variante D.
On peut encore en utilisant l'appareillage de la fi- gure 1, amener d'abord le convertisseur g au synchronisme et y raccorder simultanément le stator et le rotor du moteur bisyn- chrone, en arrangeant les connexions de telle sorte que les champs produits par les courants puisés aux balais du collec- teur i, du convertisseur lorsque celui-ci marche au ralenti, c' est à dire à une vitesse inférieure au synchronisme, produi- sent des champs tournant en sens inverse dans le stator et le retord Lorsque la connexion est établie, on laisse le convertie seur s'arrêter doucement en coupant le moteur 3 4
Variante E
Au lieu du groupe convertisseur m-e de la figure 1,
' on pourrait utiliser un moteur asynchrone Les bagues du rotor pourraient être raccordées simultanément au stator et au rotor du moteur bisynchrone mais de telle façon que les champs pro- duits se déplacent en sens inverse dans le stator et le rotor du moteur bisynchrone
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Dans ce cas, on commence par lancer le moteur asyn- chrone de démarrage et quand le moteur a atteint sa vitesse de régime, on raccorde simultanément les bagues au stator et au rotor du moteur bisynchrone*' .
Comme le champ a une très fai- ble vitesse, le moteur s'accroche au bisynchronisme à basse fréquence** On ralentit ensuite le moteur asynchrone en freinant jusqu'au moment où on le cale*' A ce moment, la pleine fréquence est atteinte aussi,bien dans le stator que dans le rotor et on peut, a l'aide d'un interrupteur inverseur, connecter directe- ment le stator et le rotor à la ligner
L'invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessus décrits d'utilisation d'un convertisseur de fréquence et il doit être entendu que ces exemples ont été indiqués uniquement à titre énumératif !lais non limitatif.
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Synchronous motor
The present invention relates to the synchronous motor, which is the subject of the patent? 331.731 capable of operating at twice the synchronous speed, the main characteristic of which consists in the fact that it is established in the form of an ordinary asynchronous motor 11. armature-wound and with rings and is provided with alum winding of the same nature as the stator winding but the connections of which are established in such a way that the current of the stator, 4 launched into the rotor, 'produces in the latter a rotating field moving in the opposite direction to the speed of the rotor. rotor * 4
In the example described in this prior patent, '- use is made for starting the engine,
an auxiliary cranking motor which may be mounted on the same shaft as the main motor or drive the latter in any way. '
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The object of the present invention is to avoid the drawbacks which this starting method presents in practice and consists essentially in bringing the main engine to the
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speed doubles the synchronous speed by using a frequency converter providing current to the motor rotor during the starting period. ' #
In order to fully understand the invention, an example of application thereof will be described below with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 gives the circuit diagram in the case where the stator and the rotor of the motor are supplied in parallel. *
Figure 3 is a front view of one of the sheet metal discs forming part of the frequency converter employed in accordance with the invention.
Figure 3 shows the circuit diagram in the case where the rotor is in series with the stator.
Figure 4 shows a variant.
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In the diagram of FIG. 1,, 9 designates the stator and b the rotor of the motor capable of operating at a speed double of the synchronous speed and which will be designated here:
-after
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under the name of bisynchronous motor .. designates the 81i4 mentation circuit connected to the stator by means of the switch
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9 * 1 In accordance with the invention, 1 use is made of a frequency converter .g, which comprises only a rotating part without a fixed part and which is essentially composed of sheet metal discs, of the kind shown by figure 2. ' These discs are stacked on a shaft and pierced with notches, embedded in the sheet, 'like a phase compensator.' From a burp
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of this converter, there are three rings and on the other, a collector. 1 as in an ordinary commutator.!
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Three brushes j set to 130 electrics rub on the collector. * The current from line g is applied to the rings> 1 by a switch 1;
and possibly via a transformer 1 to obtain the suitable voltage. '
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to the collector * The converter shaft Q is driven by any motor The rotor $ of the bisynchronous motor is provided with a starter jj and the assembly is completed by two inverters J2 and JI interposed in the circuit ji and allowing connect the rotor b either to the frequency converter & or to line 4 by the bypass, r <t The notches of the discs g of the converter are completely closed so that the winding 7 has sufficient choke and that we can, without inconvenience, apply tension to the rings as the machine does not develop any force against the electro-motor
If the converter does not turn,
'the frequency at the collector is the same as at the rings. 4 * 4 If the converter aux'
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rotates synchronously, .on collects / brushes direct current '' 'For intermediate speeds between zero and synchronism, three-phase current is obtained at the brushes 4, the frequency of which is a function of the speed of rotation of the converter.'
The assembly shown in figure 1, enables
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the starting of the motor w..J..Q according to three variants described below under A- B and De Variant A:
1) On: .7t.closes the inverter .3 downwards on the starter ,,, 'and,' after switching on the current to the stator, by closing switch 4, the two-synchronous motor is started.
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there ordinary way using the starter this moment this motor turns a speed a little lower than synchronism (synchronous speed of the stator field) * 1
2) Then start up the converter group
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eu, with the inverter J2 closed downwards and, at the moment when the synchronous speed of the converter is obtained in, we close the inverter upwards:
At this moment the rotor b is supplied with direct current and will synchronize (synchronous speed of the stator field) '
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3) Then cut, the current to the motor and let the m-e group stop. As the speed slows down, the frequency at the collector increases and the two-synchronous motor increases speed. ' When the converter unit m- e is stopped, rotor b rotates at double the synchronous speed (bisynchronism).
If stopping the converter unit was too fast, it could be fitted with a flywheel, if it was too slow, it could be braked. '
4) When the engine is started, we close the inverter p upwards and open the switch k.
Between the line and the inverter. 3 we could possibly place a transformer *
Variant B.
If it is possible to run the converter., At double the synchronous speed, the ordinary starter can be dispensed with altogether; Indeed, at double the synchronous speed, the field supplied by the currents drawn to the collector i will rotate in the opposite direction to the normal direction and in the bisynchronous motor ab the two stator and rotor fields will have the same direction: the motor will therefore not start. . ' It will only start to start when the field speeds are no longer equal, which will be obtained by slowing down converter e;
we will thus pass to synchronism. then to bisynchronism
The starting process as described above, both with regard to variant A and variant B, assumes a b-synchronous motor whose stator and rotor are supplied in parallel. * It is also applicable to a motor which would have its rotator in series with the stator * 4 Figure 3 shows this case in the form of a single-line diagram, the corresponding components being denoted by the same references as in figure 1. ' The maneuvers to be performed are as follows:
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12) Start the js-is converter unit up to double the synchronous speed 4 2-) Close the inverter D and the stator switch 32) Close the inverter a upwards. ' 4 -) Slow down the converter ew until it stops. The motor I is then in bisynchronism.
5 -) Close the inverter J2 downwards and open the inverter. 3.
Variant C
Figure 4 shows, in a similar form (single-line diagram) another variant in which the motor comprises
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the ordinary stator, $ and a rotor Jg whose winding, continuous and closed on itself, is connected, on the one hand, to three rings s and on the other hand, to a small collector j ?, which only seven at
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start-up, or even a rotor carrying two windings1 one connected to the rings ±, the other to the manifold On the manifold side, 'the shaft carries a nozzle M2' spinning idle on it and carrying three isolated rings, µ ± a pinion 2 and a spider 5Î carrying three brushes (or lines of brushes) â 1202 élestriquas and each joined to a ring of the Sgr series The shaft carries, at the end; a clutch j:
with trays, or any other system. ' A rod with a clutch push-bolt carries a pinion v- which can transmit, via pinions v2, its rotational movement to pinion 3; and therefore to brooms
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of the spider jï. 4 The gear ratios are calculated in such a way that the speed of the pinion v is the same as that
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of the tri gear when the clutch -1 is engaged *! In other words, when, the clutch x is disengaged, the rings si and the brushes remain fixed in 1 space ter sque, g is set ablaze, the rings si and the brushes carried by the spider w rotate at the same speed than the shaft. '' With the circuit breaker closed
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the current from line g is sent directly to the rotor b of the motor via the normal rings z,
'the inverters Q and jj are placed so that the stator .a is closed on the starter
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not. In this way, a speed close to that of synchronism will be obtained and low frequency currents will be collected at the collector t and, consequently at the rings s1, fixed at this instant. 'We will then invert the inverter p so as to send these currents into the stator a. The engine will operate, at this time, in the manner of a compensated engine :.
It will be noted, however, that if the brushes were wedged on the collester t, the same frequency would be applied to the rings sl as to the rings s. We will therefore arrange the connections of: Con- con so that, in this extreme starting position, the rotating fields in the stator and in the rotor are in the opposite direction and, to gradually arrive at bisynchronism, we will engage gently in x, and we will let the brushes "run after the collector" until they have reached the speed of the latter * at this moment the starting being completed, we inver 'sera.0 in order to connect the line ± directly to the stator 3 * '
Variant D.
It is also possible, using the apparatus of FIG. 1, to bring the converter g to synchronism first and to simultaneously connect the stator and the rotor of the bisynchronous motor to it, arranging the connections so that the fields produced by the currents drawn from the brushes of collector i, of the converter when the latter is idling, that is to say at a speed less than synchronism, produce fields rotating in the opposite direction in the stator and the twist When the connection is established, the converter is left to stop slowly by switching off the engine 3 4
Variant E
Instead of the converter group m-e in figure 1,
'an asynchronous motor could be used The rotor rings could be connected simultaneously to the stator and to the rotor of the two-synchronous motor but in such a way that the fields produced move in the opposite direction in the stator and the rotor of the two-synchronous motor
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In this case, the starting asynchronous motor is started by starting and when the motor has reached its operating speed, the rings are simultaneously connected to the stator and to the rotor of the two-synchronous motor * '.
As the field has a very low speed, the motor clings to the low frequency bisynchronism ** The asynchronous motor is then slowed down by braking until it is stalled * 'At this time, full frequency is reached also, in the stator as well as in the rotor and it is possible, with the help of an inverter switch, to directly connect the stator and the rotor to the line.
The invention is not limited to the above-described examples of use of a frequency converter and it should be understood that these examples have been given only by way of enumeration, but not limiting.