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DEMARRAGE DE MOTEURS SYNCHRONES.
----------Les moteurs synchrones ont une tendance à se répandre de plus en plus pour l'actionnement d'engins nécessitant des puissances mécaniques élevées à cause de leur propriété de permettre l'amélioration du facteur de puissance des installations surtout lorsqu'ils sont sur- exités -------------------------------------------------- ----------Ils ont par contre l'inconvénient de présenter des difficultés de démarrage surtout s'ils doivent action- ner des engins requérant le démarrage sous une fraction appréciable de la charge normale ou possédant une masse d'inertie oonsidérable.--------------------------------- ----------La solution généralement adoptée jusqu'à présent est celle qui consiste à munir les pièces polaires d'une cage d'amortissement à laquelle on fait jouer le rôle de cage d'écureuil au
démarrage; en appliquant à l'induit du moteur une tension polyphasée convenable obtenue par l'in- termédiaire d'un autotransformateur de démarrage, il se produit un couple de démarrage et le moteur accélère pro-
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gressivement pour autant que le couple résistant ne soit pas trop considérable. Le moteur atteint ainsi une vitesse très voisine du synchronisme, le glissement étant faible, surtout à charge réduite.
En établissant alors l'excita- tion des inducteurs, on constate que le moteur s'accroche généralement si le couple résistant n'est pas trop fort et si le moment d'inertie du rotor n'est pas trop consi- dérable --------------------------------------------------- -----------Ce système présente de nombreux inconvénients:
Il lance brusquement à l'enolanohement un courant très intense dans l'enroulement du stator : 150% du courant normal ne produisent qu'un couple égal à 16 % environ du couple normal ; faut 250 % pour obtenir un couple de
30% environ et 350 pour obtenir un couple de 50 % en- viron.
L'application brusque de ce courant provoque des efforts mécaniques dans les têtes de bobine qui doivent être particulièrement solidement fixées et leur répéti- tion peut néanmoins à la longue provoquer des accidents occasionnés par exemple par la rupture des tubas isolants des encoches sous l'effet de ces efforts ----------------- -----------Pendant le démarrage, le flux alternatif cir- cule à travers le circuit inducteur avec une fréquence égale à celle du réseau d'alimentation au moment de l'en- clanchement et induit dans ce circuit une tension qui peut atteindre une valeur considérable, dangereuse pour l'enroulement inducteur.
L'isolement de celui-ci doit être particulièrement proportionné pour résister à cette ten- sion, qui peut être très élevée si l'on emploie des pôles feuilletés avec amortisseurs résistants, disposition qui s'impose si l'on désire obtenir un couple de démarrage élevé. On peut réduire cette tension en mettant l'enrou- lement inducteur en court-circuit pendant le démarrage, ou en le sectionnant, ou encore en disposant dans le ro- tor des résistances non inductives qui conurcircuitent les électros.
Ces dispositifs ont comme inconvénient
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d'entrainer ou bien une réduction du couple de démar- rage, ou bien des complications assez grandes, ou bien même encore une réduction du rendement.--------------- -----------Si l'adoption de pôles feuilletés avec amor- tisseur résistant permet d'obtenir un couple de démarra- ge plus important, elle offre par contre l'inconvénient de maintenir un glissement élevé avant la synchronisation. ce qui rend l'accrochage laborieux et même impossible si la masse d'inertie est grande.
D'autre part, un amortis- seur trop résistant réduit la régulation des moteurs syn- chrones devant fonctionner en parallèle entre eux et avec les alternateurs de la centrale.---------¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯ ------------On a enfin constaté que les rotors à pôles séparés avaient des tendances à s'accrocher à des vites- ses sous multiples de la vitesse normale:
moitié, quart, etc ------------Les considérations rappelées ci-dessus mon- trent que les conditions.requises pour le démarrage d'une part, et la synchronisation et la régulation d'autre part sont en opposition et que l'application de moteurs syn- chrones pour l'actionnement de certains engins exigeant un couple de démarrage trop élevé,
ou dont la régulation demande une masse d'inertie trop considérable doit être rejetée ------------------------------------------------- ------------La présente disposition permet d'éviter en tout ou en partie ces inconvénients en alimentant pour le démarrage les moteurs synchrones sous une tension et une fréquence qui ne constituent qu'une fraction de la tension et de la fréquence normale du réseau d'alimen- tation.La tension de démarrage sous fréquence réduite peut être appliquée brusquement ou progressivement à l'enroulement statorique du moteur.---------------------- ------------Le moteur synchrone et sa cage d'amortisse- ment peuvent aisément être proportionnés de façon à pou- voir développer un couple qui peut atteindre et même
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dépasser le couple normal,
pour une tension et une fré- quence convenablement choisies ----------- -------------- -----------Le moteur atteint ainsi un nombre de tours correspondant au fonctionnement asynchrone à la fréquence choisie ------------------------------------------------ -----------Les frottements au départ étant ainsi surmon- tés, le couple moteur est réduit à celui nécessaire pour vaincre les frottements en marche et donner aux masses en mouvement l'accélération voulue.
Ce couple est nota- blement inférieur au couple nécessaire au départ et ne dépasse pas, dans la majorité des cas le couple que peut développer un moteur synchrone avec cage d'amortissement, alimenté sous une tension suffisamment réduite pour évi- ter un à coup de courant excessif ----------------------- -----------On peut dés lors séparer le moteur de la sour- ce à fréquence réduite et le brancher à la façon normale- ment usitée sur le réseau par l'intermédiaire d'un auto- transformateur de démarrage.---------------------------- -----------Considérant le développement que prend l'ap- plication des moteurs synchrones, à la suite duquel les exploitations importantes peuvent comporter plusieurs unités de ce type,
la disposition nouvelle prévoit l'uti- lisation d'un groupe moteur-alternateur à faible fréquen- ce qui peut être utilisé suceessivement pour le démarrage de chacun des moteurs synchrones. Le moteur synchrone à démarrer est branché tout d'abord sur cet alternateur à faible fréquence. Le démarrage peut s'effectuer soit en le raccordant à cet alternateur lorsque le groupe est ar- rêté, et dans ce cas le moteur synchrone démarrera pro- gressivement en même temps que le groupe, ou bien en le branchant sur le groupe, lorsque celui-ci est déjà en pleine vitesse.-¯---¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯¯¯¯¯¯-¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯ -----------Les manoeuvres pour la mise en vitesse du moteur sont ensuite réalisées comme il a été exposé ci- dessus
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STARTING OF SYNCHRONOUS ENGINES.
---------- Synchronous motors have a tendency to be used more and more for the actuation of machines requiring high mechanical powers because of their property of allowing the improvement of the power factor of installations especially when they are over-excited ----------------------------------------- --------- ---------- On the other hand, they have the drawback of presenting starting difficulties, especially if they have to operate machines requiring starting under an appreciable fraction of the normal load or having a considerable inertia mass .--------------------------------- ----- ----- The solution generally adopted until now is that which consists in providing the pole pieces with a damping cage which is made to play the role of a squirrel cage.
start-up; by applying a suitable polyphase voltage to the motor armature obtained through a starting autotransformer, a starting torque is produced and the motor accelerates pro-
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gradually as long as the resistant torque is not too considerable. The motor thus reaches a speed very close to synchronism, the slip being low, especially at reduced load.
By then establishing the excitation of the inductors, we see that the motor generally hangs if the resistive torque is not too strong and if the moment of inertia of the rotor is not too great --- ------------------------------------------------ - --------- This system has many drawbacks:
It suddenly launches a very intense current in the winding of the stator: 150% of the normal current only produces a torque equal to approximately 16% of the normal torque; takes 250% to get a couple of
About 30% and 350 to obtain a torque of about 50%.
The sudden application of this current causes mechanical stresses in the coil heads which must be particularly solidly fixed and their repetition may nevertheless in the long run cause accidents caused for example by the breaking of the insulating tubas of the notches under the effect. of these forces ----------------- ----------- During starting, the alternating flux circulates through the inductor circuit with an equal frequency to that of the power supply network at the time of switching on and induces in this circuit a voltage which can reach a considerable value, dangerous for the inductor winding.
The insulation of the latter must be particularly proportioned to withstand this tension, which can be very high if laminated poles with resistant shock absorbers are used, an arrangement which is essential if one wishes to obtain a torque of high start. This voltage can be reduced by short-circuiting the inductor winding during start-up, or by disconnecting it, or by placing non-inductive resistors in the rotor which conurcircuit the electros.
These devices have the disadvantage
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cause either a reduction in the starting torque, or quite large complications, or even a reduction in efficiency .--------------- ----- ------ If the adoption of laminated poles with resistant shock absorber makes it possible to obtain a greater starting torque, it does on the other hand have the disadvantage of maintaining a high slip before synchronization. which makes the attachment laborious and even impossible if the inertia mass is large.
On the other hand, a shock absorber that is too resistant reduces the regulation of the synchronous motors which must operate in parallel with each other and with the power plant alternators .--------- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯-¯¯ ------------ Finally, it was found that rotors with separate poles had a tendency to cling to speeds under multiples of the normal speed:
half, quarter, etc ------------ The considerations recalled above show that the conditions required for starting on the one hand, and synchronization and regulation on the other hand are in opposition and that the application of synchronous motors for the actuation of certain machines requiring too high a starting torque,
or whose regulation requires a too considerable mass of inertia must be rejected ----------------------------------- -------------- ------------ This arrangement makes it possible to avoid all or part of these drawbacks by supplying the synchronous motors for starting under a voltage and frequency which are only a fraction of the normal voltage and frequency of the supply network. The starting voltage at reduced frequency can be applied suddenly or gradually to the stator winding of the motor. -------------------- ------------ The synchronous motor and its damping cage can easily be proportioned so as to be able to develop a couple that can reach and even
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exceed the normal torque,
for a voltage and a frequency suitably chosen ----------- -------------- ----------- The motor thus reaches a number of turns corresponding to asynchronous operation at the chosen frequency -------------------------------------- ---------- ----------- Friction at the start being thus surmounted, the engine torque is reduced to that necessary to overcome the friction in operation and give the masses in motion. movement the desired acceleration.
This torque is appreciably lower than the torque required at the start and does not, in the majority of cases, exceed the torque that a synchronous motor with a damping cage can develop, supplied at a voltage sufficiently reduced to avoid a surge. excessive current ----------------------- ----------- We can then separate the motor from the frequency source reduced and connect it in the way normally used to the network by means of a starting autotransformer .----------------------- ----- ----------- Considering the development of the application of synchronous motors, as a result of which large operations may include several units of this type,
the new arrangement provides for the use of a low-frequency motor-alternator unit which can be used sucessively for starting each of the synchronous motors. The synchronous motor to be started is first connected to this low frequency alternator. The starting can be done either by connecting it to this alternator when the group is stopped, and in this case the synchronous motor will start progressively at the same time as the group, or by connecting it to the group, when this one. -Here is already full speed.-¯ --- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯¯¯¯¯¯-¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯ - ---------- The maneuvers for starting the engine are then carried out as described above