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Machine asynchrone à machine postérieure à col- lecteur.
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Dans les machines asynchrones combinées avec des machines postérieures à collecteur, en particulier dans celles qui servent à accoupler des réseaux à fréquence va- riable, il est souvent utile de pouvoir régler la charge des machines d'après une loi déterminée qui dépend des con- ditions locales. Une pareille loi est donnée par exemple par le fait de maintenir constante la charge des machines indépendamment 'des fluctuations des fréquences des deux ré- seaux, c'est-à-dire indépendamment du glissement de la machi- ne. Le réglage se fait généralement dans le circuit d'exci- tation de la machine postérieure à collecteur ou de son ex- citatrice.
En pareil cas l'organe de réglage à un rôle dif- ficile à remplir; il doit non seulement établir la charge désirée pour la machine, il doit s'opposer en putre à
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l'action perturbatrice du glissement de la machine, action qui se produit par une variation de la FEM secondaire et des tensions de dispersion. Les deux rôles que l'organe de réglage doit jouer suivent des lois différentes, de sorte que le réglage devient très compliqué.
La présente invention a pour but de montrer com- ment le rôle de l'organe de réglage peut être extrêmement simplifié.
Le courant primaire J1 d'une machine asynchrone au circuit secondaire de laquelle une tension Ph est impo- sée par une machine postérieure à collecteur, est donné par l'équation
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où :
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/5? est la tension primaire aux bornes, /M, la résistance apparente réciproque du flux principal, ' le glissement de la machine asynchrone tt le facteur de dispersion primaire de Heyland, q la résistance de l'enroulement primaire, f la résistance de l'enroulement secondaire, X1 la résistance borgne de dispersion de l'en- roulement primaire,'et X la résistance borgne de dispersion de l'en- roulement secondaire à la fréquence du réseau ; j est le facteur #-1 exigé par le calcul complexe.
Les grandeurs secondaires sont toutes réduites au circuit primaire. Diaprés ces équations le courant pri- maire d'une machine asynchrone combinée avec une machine
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postérieure à collecteur se compose de trois parties qui dépendent toutes du glissement de la machine. Si l'on dési- re faire varier la charge (il) de la machine en faisant va- rier la tension r2 de la machine postérieure, le glissement de la machine varie généralement et la variation de charge ne dépend pas seulement de la variation de la tension au col- lecteur de la machine postérieure, elle dépend encore pour beaucoup des dimensions (du glissement #) de la machine asynchrone elle-même.
Si l'on pouvait supprimer dans l'équation 1 tous les membres qui comportent #, le courant varierait suivant l'équation
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c'est-à-dire que le courant serait composé de deux parties, une partie invariable égale au courant d'aimantation à vide de la machine @ , et une deuxième partie variant suivant la tension ph au collecteur. Comme le dénominateur de cette dernière partie ne comporte que la résistance de l'enroule- ment secondaire r2, la charge de la machine sera maintenant directement proportionnelle à la variation de la tension ph au collecteur. La machine se comporte vis-à-vis de l'organe do réglage comme une machine sans flux et sans dispersion, c'est-à-dire comme une simple résistance ohmique.
On montrera maintenant comment cet état du groupe peut être obtenu suivant l'invention. Pour le courant secon- daire de la machine asynchrone combinée avec la machine pos- térieure à collecteur, on a l'équation
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E est la F E M induite par le champ principal dans l'enroulement secondaire. La fig. 1 montre un mode de réalisation de l'invention. 1 est la machine asynchrone,
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2 la machine postérieure à collecteur, qui fournit la ten- sion ph et dont le collecteur est relié aux bagues de la machine asynchrone par l'intermédiaire de l'enroulement com- nensateur k.
Dans la ligne qui relie le collecteur aux ba- gues de la machine asynchrone on monte un transformateur d'intensité 3 dont la tension secondaire est ajoutée par l'intermédiaire d'un changeur de fréquence 4 et d'un trans- formateur 5 à la tension du transformateur T qui repré- sente l'organe de réglage principal.
La tension secondaire du transformateur d'intensité, auquel on donnera de préfé- rence un grand courant d'aimantation, est proportionnelle au courant secondaire J2 et au glissement #. Si, par une disposition appropriée des enroulements, ou en faisant tour- ner les enroulements l'un par rapport à l'autre, on donne à cette tension secondaire une position de phase telle qu'elle soit perpendiculaire à l'intensité J, la tension au col- lecteur de la machine postérieure est égale à
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Si l'on introduit cette équation dans l'équation 3, on ob- tient pour l'intensité secondaire l'équation
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si l'on fait #1= x2 on a
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c'est-à-dire que le transformateur d'intensité 3 a suppri- mé l'action du glissement sur la dispersion secondaire.
Si on remplace en conséquence cette action par 0, l'équation 1 prend la forme suivante :
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Le glissement 6- ne se trouve plus maintenant que dans deux
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termes, Pour 1! éliminer aussi de la machine, on monte sur l'arbre du groupe une machine asynchrone 6 et dans la li- gne d'arrivée au stator de la machine principale 1 un transformateur d'intensité 7.
On ajoute la tension du se- condaire de ce transformateur, par un montage en série, à la tension du secondaire du transformateur 8 et on amène la somme des deux tensions au stator de la machine asynchrone 6. 0:-: peut ensuite prendre sur le rotor de cette machine asynchrone une tension proportionnelle à
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-- ? o;cf'? If; u- e {ir L'angle peut être choisi entre 0 et 90 par un réglage convenable du transformateur 7.
Si l'on monte le secondai- re de la machine asynchrone 6 en série avec le secondaire du transformateur d'intensité 3, la tension au collecteur de la machine postérieure est maintenant
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On volt que le dernier terme annule, 3, Si l'on in- troduit les trois premiers termes dans l'équation 7 en faisant
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On obtient l'équation 2 indiquée ci-dessus, qui est préci- sément valable pour la machine idéale désirée sans glisse- ment. Il en résulte qu'au moyen de la machine asynchrone 6 et de deux transformateurs d'intensité 3 et 7 on peut as- surer à l'organe régulateur une liberté complète en ce qui concerne le débit de la machine.
Un seul transformateur d'intensité pourra suffi- re dans certains cas. En effet, pour le courant primaire de La machine asynchrone combinée avec la machine postérieu- re à collecteur, on peut aussi écrire;
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Le glissement # ne figure plus que dans deux termes de cette équation, la F E M induite secondaire E et la dis- persion secondaire.
Si l'on monte un enroulement auxiliaire H sur le secondaire de la machine principale 1, comme le montre la fig. 2, la F E M induite dans cet enroulement se- condaire et la F E M de l'enroulement principal du secon- daire sont proportionnelles au glissement et au champ prin- cipal de la machine, c'est-à-dire proportionnelles à # # E2 Si l'or prend cette tension sur l'enroulement auxiliaire H et si.on la conduit, augmentée de la tension secondaire du transformateur d'intensité 3, qui est disposé de la même façon et construit de façon semblable au transformateur d'intensité 3 de la fig. 1, à l'organe de réglage princi- pal par 1'intermédiaire- du changeur de fréquence et du transformateur 5; on obtient de nouveau l'équation 2 pour le courant primaire.
Les dispositifs de la fig. 2 et de la fig. 1 sont donc équivalents dans leur effet.
,Dans les excitatrices accouplées mécaniquement à excitation du. roter et enroulement de compensation ou à ex- citation du stator, on constate souvent l'inconvénient que la tension aux bornes de ces machines varie' avec le glisse- ment. Dans les machines à collecteur du premier type, ceci provient de la F E M induite par le champ dans l'enroulement de compensation; dans les machines à collecteur du deuxième type, cela provient de la variation de la vitesse de la ma- chine principale. On montrera comment il est possible, au moyen des transformateurs d'intensité des fig. 1 et 2 qui, dans ces figures, avaient un autre but, de résoudre aussi le problème consistant à maintenir constante la tension aux bornes de la machine postérieure à collecteur.
Si l'on
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accorde le transformateur d'intensité 7 de la fig. 1 de façon qu'on ait
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on obtient pour le courant primaire l'équation
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dans laquelle on pourra introduire pour P2, en tenant compte .de la F E M induite de l'enroulement de compensation, F E M qui a été négligée jusqu'ici
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7, "", ! 1 - ) Le dénominateur de l'équation 14 contient maintenant le facteur (1 - #), qui s'annule dans le deuxième terme, qui est le terme principal, au numérateur et au dénominateur.
L'influence du facteur (1 - #) sur le courant d'aimanta-
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tion tu joue ici un rôle négligeable, étant lui-même petit. par-rapport au deuxième terme.
On sait qu'il est possible, en donnant à 'l'excita- tion de la machine postérieure à collecteur une valeur pro- portionnelle à la tension de glissement, de supprimer la F E M induite par le champ principal dans le secondaire. On n'avait pas reconnu jusqu'ici que cette mesure ne suffit pas à elle seule pour obtenir un réglage simple et parfait. Si l'on n'élimine pas, par les moyens indiqués ici, les autres termes de l'équation 1 ou l'équation 10 qui contiennent le - glissement #, le courant primaire J1 diffère de 30 40 %, la tension du transformateur T étant constante, du courant qu'on obtient lorsque tous les termes dépendent de # dans ces équations ont été supprimés.
Ce qui est nouveau dans l'invention consiste pré- cisément en ce qu'on élimine non seulement par une contre- tension la tension de glissement induite par le 'champ
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principal, mais aussi les tensions induites par les champs de dispersion secondaires ou primaires.En outre, suivant l'invention, dans d'autres grandeurs de marche sur lesquel- les agit le glissement de la machine asynchrone et qui agis- sent à leur tour sur le courant primaire de la machine asyn- chrone,les effets du glissement peuvent aussi être compen- sés par des tensions auxiliaires, de façon à ne pas so transmettre au courant primaire.
On peut maintenant suppri- mer l'effet nuisible de tous les ternes dépendant du glisse- ment, ce résultat étant obtenu automatiquement, comme le montrent les fig. 1 et 2, car toutes les tensions amenées à la machine principale 1 par l'intermédiaire du transforma- teur 5 augmentent et diminuent au même degré que les ter- mes contenant les valeurs correspondantes (7¯*dans les équa- tions 1 et 10. L'organe de réglage T n'a à fournir que de petites tensions, celles qui servent à vaincre la chute de tension ohmique du circuit secondaire de la machine principale. A chaque valeur constante de P2 correspond une valeur déterminée de J1, valeur qui est entièrement indépen- dante de la vitesse du groupe. Le courant de charge de la machine est entièrement indépendant de la vitesse de celle- ci.
Il est cependant utile parfois que le courant de charge de la machine varie avec la vitesse. On montrera main- tenant qu'il est également possible, au moyen des mêmes transformateurs d'intensité servant à supprimer l'action du glissement sur les tensions de dispersion, de résoudre ce problème de façon que le rôle de l'organe de réglage soit toujours, dans ce mode de réglage, aussi simple que dans le mode de réglage mentionné, à débit constant.
Si l'on accorde le transformateur d'intensité 7 de la fig. 1 de façon qu'on ait
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(11) on obtient pour le courant primaire l'équation, suivante
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Lorsque le transformateur d'intensité 3 est ainsi réglé, le courant de charge de la machine ne dépend plus du glisse- ment 0. Comme on peut donner à la grandeur m des va- leurs positives ou négatives quelconques on peut ainsi faire en sorte que le courant J1 dépende de façon quelconque du glissement #, le réglage étant également effectué automa- tiquement par l'organe de réglage T.
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Asynchronous machine with posterior collector machine.
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In asynchronous machines combined with later machines with a collector, in particular in those which are used to couple networks with variable frequency, it is often useful to be able to regulate the load of the machines according to a determined law which depends on the con- local editions. Such a law is given, for example, by the fact of maintaining constant the load of the machines independently of the fluctuations of the frequencies of the two networks, that is to say independent of the slip of the machine. The adjustment is generally made in the excitation circuit of the posterior machine with collector or of its exciter.
In such a case, the regulating member has a difficult role to fulfill; he must not only establish the desired load for the machine, he must oppose putre to
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the disturbing action of the sliding of the machine, action which occurs by a variation of the secondary EMF and of the dispersion tensions. The two roles that the regulator must play follow different laws, so that the regulation becomes very complicated.
The object of the present invention is to show how the role of the adjustment member can be extremely simplified.
The primary current J1 of an asynchronous machine on the secondary circuit of which a voltage Ph is imposed by a subsequent collector machine, is given by the equation
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or :
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/ 5? is the primary voltage across the terminals, / M, the apparent mutual resistance of the main flux, 'the slip of the asynchronous machine tt the primary Heyland dispersion factor, q the resistance of the primary winding, f the resistance of the winding secondary, X1 the blind dispersion resistance of the primary winding, 'and X the blind dispersion resistance of the secondary winding at the mains frequency; j is the factor # -1 required by the complex calculation.
The secondary quantities are all reduced to the primary circuit. Diapré these equations the primary current of an asynchronous machine combined with a machine
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posterior collector consists of three parts which all depend on the slip of the machine. If it is desired to vary the load (il) of the machine by varying the voltage r2 of the subsequent machine, the slip of the machine generally varies and the variation in load does not depend only on the variation of the tension at the collector of the posterior machine, it still depends very much on the dimensions (of the slip #) of the asynchronous machine itself.
If we could remove in equation 1 all the members which have #, the current would vary according to the equation
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that is to say that the current would be composed of two parts, an invariable part equal to the no-load magnetization current of the machine @, and a second part varying according to the voltage ph at the collector. As the denominator of this last part only comprises the resistance of the secondary winding r2, the load on the machine will now be directly proportional to the variation of the voltage ph at the collector. The machine behaves vis-à-vis the control member like a machine without flux and without dispersion, that is to say like a simple ohmic resistance.
It will now be shown how this group state can be obtained according to the invention. For the secondary current of the asynchronous machine combined with the subsequent collector machine, we have the equation
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E is the F E M induced by the main field in the secondary winding. Fig. 1 shows an embodiment of the invention. 1 is the asynchronous machine,
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2 the posterior machine with a collector, which supplies the ph voltage and whose collector is connected to the rings of the asynchronous machine via the compensator winding k.
In the line which connects the collector to the rings of the asynchronous machine, a current transformer 3 is mounted, the secondary voltage of which is added by means of a frequency changer 4 and a transformer 5 at the voltage of transformer T which represents the main regulating device.
The secondary voltage of the current transformer, to which a large magnetization current is preferably given, is proportional to the secondary current J2 and to the slip #. If, by suitable arrangement of the windings, or by rotating the windings with respect to each other, this secondary voltage is given a phase position such that it is perpendicular to the current J, the voltage at the collector of the later machine is equal to
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If we introduce this equation into equation 3, we obtain for the secondary intensity the equation
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if we do # 1 = x2 we have
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that is to say that the current transformer 3 has suppressed the action of the slip on the secondary dispersion.
If we consequently replace this action by 0, equation 1 takes the following form:
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The 6- slip is now only found in two
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terms, For 1! also eliminate from the machine, an asynchronous machine 6 is mounted on the group shaft and a current transformer 7 in the incoming line to the stator of the main machine 1.
The voltage of the secondary of this transformer is added, by a series connection, to the voltage of the secondary of transformer 8 and the sum of the two voltages is brought to the stator of the asynchronous machine 6. 0: -: can then take on the rotor of this asynchronous machine a voltage proportional to
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-? o; cf '? If; u- e {ir The angle can be chosen between 0 and 90 by a suitable adjustment of the transformer 7.
If the secondary of asynchronous machine 6 is mounted in series with the secondary of current transformer 3, the voltage at the collector of the subsequent machine is now
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We see that the last term cancels out, 3, If we introduce the first three terms into equation 7 by doing
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Equation 2 given above is obtained, which is precisely valid for the desired ideal machine without slip. As a result, by means of the asynchronous machine 6 and two current transformers 3 and 7, it is possible to provide the regulator with complete freedom as regards the flow rate of the machine.
A single current transformer may be sufficient in some cases. Indeed, for the primary current of the asynchronous machine combined with the posterior collector machine, one can also write;
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The slip # only appears in two terms of this equation, the secondary induced F E M E and the secondary dispersion.
If an auxiliary winding H is mounted on the secondary of the main machine 1, as shown in fig. 2, the EMF induced in this secondary winding and the EMF of the main winding of the secondary are proportional to the slip and to the main field of the machine, i.e. proportional to # # E2 If gold takes this voltage on the auxiliary winding H and if it is conducted, increased by the secondary voltage of the current transformer 3, which is arranged in the same way and constructed similarly to the current transformer 3 of fig. 1, to the main regulator via the frequency changer and the transformer 5; we again obtain equation 2 for the primary current.
The devices of FIG. 2 and fig. 1 are therefore equivalent in their effect.
, In exciters mechanically coupled to excitation of the. When rotating and compensating or energizing the stator, there is often the disadvantage that the voltage at the terminals of these machines varies with the slip. In the commutator machines of the first type, this arises from the F E M induced by the field in the compensation winding; in machines with a manifold of the second type, this results from the variation of the speed of the main machine. We will show how it is possible, by means of the current transformers of fig. 1 and 2 which, in these figures, had another object, also to solve the problem consisting in maintaining constant the voltage at the terminals of the posterior machine with collector.
If we
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matches the current transformer 7 of fig. 1 so that we have
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we obtain for the primary current the equation
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in which we can introduce for P2, taking into account the induced F E M of the compensation winding, F E M which has been neglected until now
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7, "",! 1 -) The denominator of equation 14 now contains the factor (1 - #), which cancels out in the second term, which is the main term, in the numerator and in the denominator.
The influence of the factor (1 - #) on the magnet current
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tion you play a negligible role here, being itself small. with respect to the second term.
It is known that it is possible, by giving the excitation of the posterior collector machine a value proportional to the sliding voltage, to suppress the F E M induced by the main field in the secondary. It had not been recognized until now that this measurement alone is not sufficient to obtain a simple and perfect adjustment. If we do not eliminate, by the means indicated here, the other terms of equation 1 or equation 10 which contain the - slip #, the primary current J1 differs by 30 40%, the voltage of the transformer T being constant, of the current that is obtained when all the terms depend on # in these equations have been removed.
What is new in the invention consists precisely in the fact that, not only by a counter-tension, the sliding tension induced by the field is eliminated.
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main, but also the voltages induced by the secondary or primary dispersion fields. In addition, according to the invention, in other operating quantities on which the slip of the asynchronous machine acts and which in turn act on the primary current of the asynchronous machine, the effects of slip can also be compensated by auxiliary voltages, so as not to be transmitted to the primary current.
It is now possible to eliminate the detrimental effect of all the slipping dependent dulls, this result being obtained automatically, as shown in figs. 1 and 2, because all the voltages supplied to main machine 1 through transformer 5 increase and decrease to the same degree as the terms containing the corresponding values (7¯ * in equations 1 and 10 . The regulator T has only to supply small voltages, those which serve to overcome the ohmic voltage drop of the secondary circuit of the main machine. Each constant value of P2 corresponds to a determined value of J1, a value which is completely independent of the speed of the unit The load current of the machine is completely independent of the speed of the machine.
However, it is sometimes useful if the load current of the machine varies with speed. It will now be shown that it is also possible, by means of the same current transformers serving to suppress the action of the slip on the dispersion voltages, to solve this problem so that the role of the regulating member is always, in this adjustment mode, as simple as in the mentioned adjustment mode, at constant flow.
If we match the current transformer 7 of fig. 1 so that we have
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(11) we obtain for the primary current the following equation
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When the current transformer 3 is set in this way, the load current of the machine no longer depends on the slip 0. Since the quantity m can be given any positive or negative values, it is thus possible to ensure that the current J1 depends in any way on the slip #, the adjustment also being carried out automatically by the adjustment device T.