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PEBFECTIOUI#dBNTS APPORTES AU MECANISEE SERVAIT à R3&i..ER LA YITE0SJi: DES. 1\:.i0- - ^1F3S d* IBDUCJIQ1T .-
La présente addition a pour bbjat des perfectionnements aux sys- tèmes de réglage et de contrôle des moteurs asynchrones, notamment aux sys- tèmes décrits dans le brevet principal ; elle porte essentiellement sur un système perfectionné pour régler et contrôler l'excitation d'une machine à collecteur, qui est montée en cascade ou autrement accouplée avec un moteur asynchrone-, en vue de régler et de contrôler sa vitesse.
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La théorie du contrôle de la vitesse des moteurs asynchrones, ou moteurs d'induction, au moyen de machines polyphasées à collecteur ou com- mutateur de réglage, du type Scherbius, dans lesquelles la rotor est muai d'un enroulement de commutation, et lestator d'un enroulement de neutralisa- tion et d'un enroulement à excitation indépendante, est connue des techni- ciens spécialistes.
A ce sujet, il a été démontré que ce réglage idéal nécessite l'in- jection, dans l'enroulement à excitation indépendante de la machine de régla- ge, d'une composante de tension indépendante de la fréquence de glissement, en vue d'équilibrer la chute ohmique dans cet enroulement d'excitation, et d'une seconde composante de tension variant en proportion approximative avec la fréquence de glissement, afin d'équilibrer la chute inductive. La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés aux moyens pour effec- tuer ce réglage, conformément à ces conditions.
Suivant l'invention, on utilisa de préférence une excitatrice qui est entraînée à une vitesse proportionnelle à la fréquence de glissement, cette vitesse étant nulle pour un glissement nul, en vue d'alimenter une partie ou la totalité de la chute inductive d'excitation.
Lorsque cette chute inductive est considérable, par exemple lors- que la machine fonctionna à des vitesse éloignées du synchronisme, une par- tiede la chuta inductive peut être alimentée par d'autres moyens, par exem- ple par la circuit secondaire du moteur asynchrone prineipal, à travers un. auto-transformateur réglable; dans ce cas, l'appareil d'excitation auxiliaire de la présenta invention peut être combiné avec ce système, en vue d'assurer un réglage souple entre les positions ou degrés de réglage de l'auto-trans- formateur.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé? donné à titred'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de la pré- sents addition.
La Fig.1représente un système de contrôle et de réglage da la vitesse d'un moteur asynchrone, conforme à l'invention, dans lequel une excitatrice influencée par la glissement, est utilisée pour fournir l'exci- tation d'une excitatrice synchrone, qui alimenta ou comprenne aussi la chuta ohmique d'excitation*
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La Fig.2 représente le système de la Fig.l combiné avec un auto- transformateur réglable.
La Fig.3 se rapporte à uneautre variante dans laquelle la machine
45 - 46 est entraînée à une vitesse proportionnelle à la fréquence do glisse- ment, et fournit ou compense la chute inductive nécessaire*
Sur la Fig.l, 10 désigne la moteur asynchrone principal alimenté par une ligne 11; 12 désigne la machine de réglage montée en cascade ou au- trement accouplée avec le moteur 10 et munie d'un inducteur 13, à excitation indépendante; 14 désigne une machine synchrone reliée à la ligne 11, en nue de maintenir constante la vitesse de la machine de réglage 12 et de synchro- niser une génératrice synchrone 15.
Les machines 12,14 et 15 sont montées sur un arbre comnun, comme représenté, et en outre, les machines 14 et 15 ont des pôles en nombre égaux. 16 désigne un changeur ou transformât sur de fréquence 'à collecteur ou commutateur, monté sur la même arbre qua le rotor du moteur 10, et muni de pOles en nombre égal à celui des pôles du moteur 10. Les baguas 17 de ce transformateur de fréquence, sont alimentées par las bsguas 18 da la génératrice ou excitatrice synchrone 15. Les balais 19 du transformateur de fréquence 16, sont reliés à l'inducteur 13 de la machins de réglage 12, et l'alimentent, de sorte que la fréquence d'excitation fournie par l'excitatri- ce synchrone 15 est transformée à la fréquence de glissement du moteur 10.
Le stator de l'excitatrice synchrone 15 est muni de deux enroule- ments d'excitation 20 et 22 et d'un enroulement de neutralisation 21. Les enroulements 20 et 21 sont montés en série et sont alimentés par une source à courant continu 23, à travers un rhéostat de réglage 24, qui est agencé de façon à pouvoir renverser le sens de 1' excitation L'enroulement 22 est ali- menté par une génératrice à courant continu 25 ayant un enroulement inducteur 26 monté en série avec les enroulements inducteurs 20 et 21 da la génératrice 15.
La génératrice 25 est entraînée par un moteur 27, qui peut être, soit un moteur synchrone, soit un moteur asynchrone "flottant", c'est-à-dire monté, sur le circuit secondaire 26 du motaur asynchrone principaolo. La vi- tasse du groupa 27,25 est, en conséquence, proportionnelle, de manière axacte ou approximative, au glissement du moteur asynchrone principal 10, et s'an- nule en même temps que la glissemnt.
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L'inducteur 20 sert à fournir l'excitation à la génératrice 15, avec une intensité suffisante pour qu'elle engendre une force électrono- trice propre à équilibrer la chuta de résistance, ou chute ohmique, dans le circuit de l'inducteur 13.
L'inducteur 21 est monté en quadrature par rapport à l'inducteur
20, et est destiné à fournir l'excitation nécessaire pour équilibrer la réaction d'induitt du courant d'excitation fourni à l'inducteur 13, au moyen. du changeur ou transformateur de fréquence 16.
La chuta de résistance et la réaction d'induit étant proportion- relles au courant d'excitation, on peut, en proportionnant convenablement les nombres des spires des enroulements 20 et 21, obtenir les résultats envisagés, en les reliant en. série.
L'inducteur 22 est aussi monté en quadrature par rapport à l'en- ducteur 20 sur la stator de l'excitatrice 15, et est destiné à fournir l' excitation nécessaire pour équilibrer la chute inductive dans le circuit de l'inducteur 13.
Cette chute inductive est proportionnelleau flux engendré par l'inducteur 13, et à sa fréquence. Cette fréquence variant avec la fréquen- ce de glissement du moteur asynchrone principal, il est donc désirable que la courant passant dans l'enroulement 22, varie proportionnellement à celle- si.
.pour cette raison, l'inducteur 22 est alimenté par la génératrice 25 qui tourne à une vitesse proportionnelle au glissement, et qui fournit un courant proportionnel, à l'inducteur 22, pour toutes les positions du rhéostat 24. Ce système permet ainsi de satisfaise à toutes les conditions nécessaires pour obtenir un réglage correct.
La Fig.2 représente une application pratique du système de la Fig.l, dans laquelle les directives précédemment indiquées sont utilisées pour assurer un réglage souple antre les crans ou les positions d'un auto- trsnsformateur, qui est utilisé pour effectuer un réglage du système, cran par cran, sur une portée de réglage plas grande, éloignée du synchronisme, qu'il n'est possible avec le système de la Fig.l.
Les organes utilisés dans le système de la Fig.2, pour obtenir un réglage souple entre les diverses positions, sont désignés par des .
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numéros de référence identiques à ceux utilisés pour la Fig.l, et cas organes fonctionnent de la manière qui a été exposée plus haut.
En. outre des organes déjà décrits en regard de la Fig.l, la Fig.2 comprend : un auto-transformateur réglable 30 destiné à être relié entre la circuit secondaire 28 du moteur asynchrone principal, et l'inducteur 13 de la machine da réglage 12; un circuit d'excitation auxiliaire à courent conti- nu, pour la génératrice synchrone 15, comprenant des inducteurs 32 et 33 mon- tés en relation de quadrature et correspondant aux enroulements 20 et 21 res- pectivement, et une résistance de réglage 34. üne autre résistance réglable
35 est montée en série avec lo rhéostat 24.
L'auto-transformateur 30, représenté sur la Fig.2, comprend six positions de réglage désignées par les numéros 1 à 6 appliqués aux barres de commutation correspondantes interconnectant les interrupteurs,, commutateurs ou contacteurs de réglage, entre les trois phases. Certaines de cas barres de commutation sont prolongées jusqu'aux résistances de réglage 34 et 35, pour enclencher ou verrouiller leurs interrupteurs ou commutateurs de réglage. avec ceux de l'auto-transformateur, en fournissant ainsi un dispositif commun pour régler à la fois las deux systèmes ou dispositifs d'excitation pour l'induc- teur 13.
Des résistances désignées par 36, sont destinées simplement à empêcher un court-circuitage complet des sections de 1 auto-transformateur, en passant d'une position à une autre, lorsqu'un groupe de commutateurs ou contact eurs est fermé avant que le groupe adjacent no soitouvert.
La barre d'accouplement 37, entre les interrupteurs, contrôle le point neutre de l'étoile de l'inducteur 13; lorsque las interrupteurs re- liés à cet organe sont fermés, et que les autres interrupteurs ou contacteurs occupent les positions représentées, on obtient une connexion correspondant à celle représentée Fig.l pour le fonctionnement au voisinage du synchronis- me ;à cet instant, l'auto-transformateur n'est pas utilisé; le circuit d'ex- citation, comprenant les enroulements 32 et 33 est ouvert,, et la résistance 35 est mise hors circuit, à l'exception d'une partie destinée à l'étalonnage, ou au calibrage.
En supposant que l'on ait atteint la limite possible de contrôle, au moyen du rhéostat 24, et que l'on désire régler davantage en s'écartant @
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du synchronisme, on ferme alors les interrupteurs correspondants à la marcha cu au cran N 1, et on ouvre las connexions du point neutre de l'étoila, en @
37.
Les spires correspondantes de l'auto-transformateur on pour effet, d'injecter, dans l'inducteur 13 de la machine de réglage 12, une tension suf- fisante pour équilibrer la chute inductive correspondant à ce réglage grossier.
En même temps, le circuit d'excitation comprenant les inducteurs
32 et 33, est fermé à travers la résistance 34, pour fournir une excitation supplément airs , an vue de surmonter la chute de résistance ou chute ohmique, et la réaction d'induit correspondant à cette position. est un peu augmenté, car la résistance du circuit d' excita- tion de l'enroulement 13, a été augmentée par la résistance des enroulements du transformateur, etc.... de cette façon, le réglage peut être exécuté au moyen des autres crans, c'est-à-dire des positions non encore utilisées, et le rhéostat 24 est toujours disponible ou utilisable pour le réglage de pré- cision en un point quelconque de la portée de réglage.
Il est désirable de maintenir, aussi faibles que possible, les dimensions des machines 16, 15, 25 et 27, pour des motifs d'économie, et néan- moins d'obtenir le degré désirable pour le réglage de précision en un point quelconque de la portée de réglage.
En choisissant ou proportionnant convenablement les crans ou les positions du réglage grossier, et en diminuant le courant contrôlé par le rhéostat 24, lorsque 1'excitation des inducteurs 32 et 33 est augmentée par la résistance variable 3, il est possible d'utiliser le système ou l'appareil d'excitation auxiliaire, dans les meilleures conditions, sur toute la portée de réglage; à cet effet, la résistance de réglage 35 est montée en série avec la rhéostat 24, avec son dispositif de réglage enclenché ou relié par "inter- lock" avec le mécanisme de réglage grossier, comme représenté. Ainsi, la résis- tance 35 est diminuée lorsque la résistance 34 est augmentée, et inversement.
Les positions ou crans extrêmes du réglage grossier, par exemple 3, 4, 5, et 6 donnant de préférence des crans ou degrés de réglage de vitesse égaux et ayant une amplitude correspondant à l' utilisation de la capacité en- tir: de l'appareil ou du système d'excitation auxiliaire, pour la réglage de précision entre ces degrés.
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Les degrés ou crans de réglage de vitesse voisins du synchronisme, par exemple les crans 1 et 2, sont de préférence établis plus larges, car une plus grande portée de réglage de précision est alors possible sans sur- charger les machines 25,15, et 16. La rhéostat 24 doit, en conséquence, con- trôler une plus grande quantité de courant d'excitation au voisinage du syn- chronisme, et la résistance de réglage 35 contrôlée par le réglage grossier tient compte de cette circonstance.
Le rapport de la chuta d'excitation inductive à la chute d'exti- tation de résistance alimentée par la génératrice synchrone, est diminué lorsque l'excitation fournie par l'auto-transformateur, est elle-même diminuée Le circuit d'excitation contrôlé par le rhéostat 24 pourrait, le cas échéant, être réglé automatiquement sous l'effet de la vitesse ou ?la la charge, par dec dispositifs connus.
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Le système représenté c:x 1&. Figo2 ,combln511t -#;-.. ï.cfs grcseier, au moyen de l'sl1tc-tr?!1f'.fcnnatev.r muni de prises de courent, avec le réglage de précision représenté Fig.l et 2, -est ainsi capable d'uno souplesse consi-
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dérable, eu égard au nombre de degrés st de crans du réglage de jprsâoiPiaai te conséquence, pour des conditions convenables,, la portée du réglage de préci- sion peut âtre augmentée, en vue de comprendre la portée entière de vitesse désirée, comme représente sur la Fig.l.
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Il est possible aussi d'ajouter le Systems représente Fig.l 2.. des systèmes existants et déjà munis du contrôle cr&n par cran, en vue d'obtenir l'rvr.r.tge d'un rCglúge ou d'une mise au point comportant une plus grande précision.
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Une autre particularité contribuant w rendre souple le S:i!)tJL.Q de réglage , est représentée sur la Fig2; 1 :uto-+rar.¯afcrmateaax 30 est muni d'un secondaire 38 à petite capacité, servit à équilibrer ou à compenser la chute induotivepour les positions ou crans 1 et 2. Au lieu d'avoir cesposi-
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tions ou ces degrés sur l'enroulement principal de 1' autc¯trsnsformrteurs cette disposition a pour but d'empêcher qu'une partie quelconque de la chute de résistance du courant, dans le rotor du moteur principal, ne soit trans-
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mise dans l'inducteur 13, lorsqu'il est réglé au syr¯.chranisma exact, en charge.
Une chute de tension dans l'enroulèrent principal de l' 1:.1.t'I;;o-'*;rins- formateur, ne peut pas être transmise dans l' inducteur, par induction, à une
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fréquence nulle, indépendnnment du fait que les interrupteurs des positions 1 et 2sort fermés ou ne le sont pas. Si une telle tension se trouvait dans le circuit inducteur, au synchronisme, elle gênerait plus ou moins le con- trôla désiré de la vitesse, qui est d'une nature délicate.
Dons certain cas, il peut être désirable de répartir ou de diviser les fonctions ou les rôles de l' excitatrice synchrone 15, entre deux exci- tatrices synchrones montées en série et destinées respectivement, l'une à alimenter la chute de résistance, et l'autre à alimenter les composantes de l'excitation qui sont relatives à la chute inductiveet à la réaction d' induit. Un tel montage permettrait d'éviter partiellement les relations ou montages en quadrature dos inducteurs sur un stator unique.
La Fig.3 se rapporte à une autre réalisation qui permet d'obtenir
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un f'cnctionr.e.11!ent tatLt-à-fa4-t satisfaisant au point de vue du réglage de la vitesse d'un moteur asynchrone. Les organes du système de la Fig.3, qui exécutent des fonctions snslogues ou identiques à celles de certains organes des Fig.1 et 2, sont désignés par les mêmes numéros de référence.
Ainsi le moteur asynchrone principal 10 est alimenté par la ligne 11; le circuit secondaire 28 du moteur principal, est relié à des balais de cellesteur de la machine de réglage 12, qui est entraînée par le moteur
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14 nflcttâr.t", c'e?t-à¯dire alimenté par la ligne 11. L'inducteur 15 de le rechine de réglage, a une de ses extrémités reliée au changeur ou trans- formateur de fréquence 16, qui est entraîné par le moteur principal.
Le transfarmateur do fréquence qui pourrait, le cas échéant,
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être aliir-enté pir 1.:r..e 2f-r.érstrice sncnrone auxiliaire est alimenté par la ligne 11, dans l'exemple représenté, à travers des résistances de réglage Tv4T4b1Aa et un W=':f:.iT.!::'t:':;r.
Ce tr::nfcrm3tet' comprend un enroulement primaire désigné par 4, t deux enreulenients secondaires, z1 et 43; le secondaire 4l est relié au transfermsteur df- fréquence 1&, s. travers des résistances de réglage 42, en vue de fournir l' :zu4-tatl= nécessaire peur surmonter la chute de résis- trKtj? dans le circuit de l'inducteur 13. L'autre orW,ul2mmt secondaire de trrj'cfcnsateur 4j, est monté en relcticn de quadrature avec l'enroulement 41, et en série avec des résistances de réglage 44, en vue de fournir une tension au transformateur de fréquence, pour régler le facteur de puissance du moteur 10.
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La machine 45 comporte un enroulement de stator polyphasé 46, à distribution, analogue à celui d'un moteur asynchrone, relié dans le circuit d'excitation 13, et un induit analogue à celui d'une machine à courant con- tinu, relié à travers des bal&is polyphasés et une résistance de calibrage ou d'étalonnage 47, à l'extrémité du côté collecteur du transformateur de fréquence 16*Cette machine 45 est entraînée par le moteur 27, qui est ali- menté par le circuit secondaire 28 du moteur principal.
Les machir.es 27 et 45 ont des pôles en nombreégaux et, en consé- quence, la machine 45 est entraînée à une vitesse synchrone correspondent à la fréquence de glissement du moteur principal 10. La fréquence obtenue à l'extrémité côté collecteur du transformateur de fréquence 16, est exacte- ment égale à la fréquence de glissement du moteur 10.
Bi la machine 27 est un moteur synchrone, la machine 45 tourne exactement à sa vitesse synchrone propre, et si 27 est un moteur asynchrone, la machine 45 tourne à une vitesse voisine du synchronisme.
Dans le premier cas, il n'y a pas de tension induite dans le ro- tor de la machine 45, et dans le second cas, il y a une tension très faible induite dans ce rotor, de sorte que le courant qui passe dans l'induit de la machine 45, à travers la résistance d'étalonnage 47, peut être supposé pro- portionnel à la tension aux bornes de la machine 16.
La résistance 47 ne constitue pas une partie des moyens de régla- ge, et elle est, au contraire, simplement un dispositif pour calibrer ou étalonner la machine 45.
A la vitesse synchrone du moteur 10, le groupe 27-45 est bien entendu fixe, et les courants passant dans les circuits alimentés par la transformateur de fréquence 16, sont des courants continus. La courant pas- sant dans l'inducteur 13 est proportionnel à la tension du transformateur de fréquence 16.
La résistance de calibrage ou d'étalonnage 47 est agencée et réglée pour donner un courant d'induit pour la machine 45, ayant une valeur telle que, lorsque le glissement diffère de zéro, le courant d'induit agis-
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sant conne courant primaire d'un transformateur, induit, dans 1' earoiîlemsnt 46 agissant cornue secondaire d'un transformateur, une tension pour alimenter la chute inductive dans le circuit d' excitation 13; en d'autres termes, la
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tension induite par les alternances du flux dans le circuit 13, est équili- brée par la tension induite par les alternances du flux dans 1'enroulement
46.
Lorsque cette condition est réalisée, elle est maintenue pour toutes les variations dans la fréquence de glissement du moteur 10.
Ainsi, la chute de résistance dans le cirsuit 13, est équilibrée par un réglage approprié de la résistance 42, et la chuteinductive est équi- librée ou compensée par la machine 45 qui fournit une teasicn qui est pro- partienmelle à la fréquence de glissement.
Dans les diverses variantes qui ont été décrites, on peut dis- poser dans les circuits, afin d'exécuter les inversions nécessaires en tra- versant le synchronisme, pour agencer l'équipement en vue d'un fonctionnement au-dessus et au-dessous du synchronisme, des commutateurs-inverseurs ou des appareils du type désigné par "rhéestat-potentiomètre", comme représenté en 24 sur la Fig.l. En vue de simplifier les dessins, les commutateurs-inverseurs n'ont pas été représentés.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessvs, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de la présente ad- dition.