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"PROCEDE DE FREINAGE A RECUPERATION POUR MOTEURS COMMANDES PAR SOUPAPES ELECTRIQUES"
Dans les moteurs à courant alternatif sans collecteur et commandés par soupapes, l'enroulement de travail logé dans le stator se compose de deux systèmes polyphasés symétriques montés en étoile. Le courant est amené par l'intermédiaire d'un transformateur aux points neutres des deux systèmes; la sortie du courant s'effectue aux extrémités des diverses phases par l'intermédiaire de soupapes électriques commandées, qui peuvent posséder une cathode commune reliée au point
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milieu de l'enroulement du transformateur. L'enroulement de champ ou enroulement d'excitation du moteur est logé sur le rotor et peut avoir une excitation séparée ou bien être monté en série avec l'enroulement de travail.
Quant aux soupapes, elles sont commandées de façon : 1 que les deux systèmes fonctionnent alternativement et chacun pendant une demi-période de la tension alternative, et 2 que l'axe magnétique de l'enroulement de stator ou enroulement de travail, axe qui est déterminé par l'anoae allumée à l'instant considéré, tourne dans l'espace à la vitesse angulaire du rotor. La commande répondant à la première condition peut s'effectuer, par exemple, en employant comme tension de commande une tension alternative en phase avec la tension du réseau. On obtient la commande répondant à la 2 condition, par exemple en employant, pour chaque système de grilles affectées à un enroulement de travail, un distributeur par l'intermédiaire duquel les impulsions de tension positive sont appliquées aux grilles.
D'autre part, pour que le dégagement successif des anodes, c'est-à-dire la commutation du courant de l'une des phases de l'enroulement de travail à la suivante, s'effectue à une vitesse correspondant à la vitesse de rotation du rotor, il faut que le frotteur du distributeur tourne en synphronisme avec le rotor. De plus, si le distributeur est construit de manière que ses segments de contact puissent être décalés par rapport aux phases de l'enroulement de travail, on peut, en modifiant la position relative des segments de contact et des phases du stator, fixer le sens de rotation du moteur et aussi régler sa vitesse dans certaines limites.
Pour obtenir un réglage complet depuis le repos jusqu'à la vitesse maximum, il est nécessaire de régler la tension fournie au moteur, ce qu'on peut réaliser par exemple au moyen de prises
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prévues au transformateur, en combinaison avec des commutateurs à gradins. Toutefois, dans le moteur à commande par soupapes, il est plus expédient et plus simple de réaliser le réglage de la tension au moyen des grilles des soupapes électriques.
A cet effet, il faut employer un dispositif assurant que les grilles, ou encore les balais des distributeurs, ne soient pas polari sés positivement pendant toute la durée d'une demi-période de la tension du réseau; autrement dit, il faut que le temps d'activité de l'un des systèmes de l'enroulement de travail soit rendu inférieur à une demi-période de la tension du réseau.Cela dit, si pour commander les grilles on' emploie, par exemple, une tension alternative en synchronisme avec la tension du réseau, il faut que le dispositif en question soit en mesure de ne capter et de n'amener aux balais des distributeurs qu'une partie de la'tension de commande.
De cette manière, on décale le point d'allumage des deux systèmes par rapport à la tension du réseau ce qui permet de régler la tension fournie au moteur depuis sa valeur maximun jusqu'à zéro. Un tel dispositif permettant de ne capter qu'une fraction déterminée de la tension de commande peut être réalisé, par exemple, sous forme d'un commutateur synchrone, c'est-à-dire d'un appareil de contact tournant en synchronisme avec la fréquence du réseau et qui,pendant un certain intervalle, par exemple pendant une demi-période de la tension du réseau,
fait contact et relie pendant ce temps les balais des distributeurs au transformateur de commande. En faisant varier dans l'espace la position du balais ou du segment de contact du commutateur synchrone on décale par rapport à la tension du réseau l'intervalle pendant lequel le contact se produit.Si la position relative du balais et du segment est par exemple telle que le contact ne se produit que pendant la demi-onde né-
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gativé de la tension de réseau ou de la tension de commande, les balais aes distributeurs et, par suite, toutes les grilles, demeurent négatifs, c'est-à-dire que les soupapes électriques sont bloquées et que la tension appliquée au moteur est égale à zéro.
On peut également régler la tension appliquée au moteur en modifiant au moyen d'un déphaseur la phase de la tension de commande par rapport à la tension du réseau.On peut ainsi faire varier dans de larges limites la vitesse du moteur commandé par soupapes simplement en réglant convenablement la tension de commande. D'autre part, on a déjà proposé un procédé qui permet de faire fonctionner aussi comme génératrice le moteur commandé par soupapes électriques, et cela aussi en faisant simplement varier de façon convenable la commande du moteur.
Ce procédé consiste en ce que, pour travailler en récupération dans un certain sens de rotation, on amène le distributeur par l'intermé- djaire duquel les impulsions de tension positives sont appliquées aux diverses grilles dans une position correspondant à l'autre sens de rotation,et qu'en même temps, on confère à la tension alternative employée pour commander les grilles un dé- phasage d'environ 90 dans le sens du retard par rapport à la tension du. réseau.
Par le décalage du distributeur, on inverse la tension du moteur, et le déphasage de la tension de commande a pour effet d'amener l'instant d'allumage des deux systèmes de l'enroulement de travail dans la position correspondant au fonctionnement en génératrice. Le réglage de la puissance fournie par le moteur au réseau à courant alternatif s'effectue, ainsi qu'il ressort de la description du brevet susindiqué, en décalant l'instant d'allumage des deux systèmes de l'enroulement de travail.
A l'aide de la Fig. 1, qui représente des ondes de
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tension en fonction du temps t, on va montrer maintenant que ce procédé de récupération présente certains inconvénients. La tension du réseau est représentée par EN* La tension EM fournie par le moteur est une tension continue, en négligeant les pulsations des diverses phases. La position relative, indiquée au dessin, des deux tensions,correspond déjà à la marche en récupération. Ot,pour qu'il soit possible de fournir de l'énergie au réseau à courant alternatif, il faut que l'instant d'allu- mage des systèmes d'enroulements de travail soit quelque part dans l'intervalle a b, où EN est inférieur à EM et est en train de croître.
Plus on déplace dans le temps l'instant d'allumage vers a ou au-delà de a. plus l'énergie fournie au réseau est grande. Pour la marche à vide, il faudrait déplacer l'instant d'allumage vers b. Pour les considérations qui vont suivre on fixera en 7, la position de l'instant d'allumage. Si l'on néglige la résistance ohmique du circuit principal par rapport à la résistance inductive, l'accroissement du courant est déterminé par l'aire qu'on dénommera "aire d'allumage".
Le maximum de courant va se trouver au- delà de b. La diminu- tion du courant est déterminée par l'aire b f. c b , dite "aire d'extinction". Pour que le courant d'un système de 7'enroule- ment de travail reprenne toujours la valeur zéro, il faut que l'aire d'extinction ait au moins la grandeur de l'aire d'al- lumage. Si cette condition n'est pas remplie, le système considéré ne s'éteindra pas en c, la tension résultante, quiest mesurée par la différence entre EM et EN) change de signe dans l'intervalle c a1 et le courant augmente à nouveau jusqu'à la grandeur du courant de court-circuit. Dans la Fig. 1, on a supposé que les deux aires hachurées, l'aire d'allumage et l'aire d'extinction, étaient de même grandeur.
On ne doit dé-
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placer l'instant d'allumage que dans l'intervalle b z, ce qui limite la quantité d'énergie à fournir au réseau à courant alternatif. Or, si l'excitation demeurant constante, la vitesse du moteur augmente, EM croit proportionnellement à la vitesse, de sorte que l'aire d'extinction disponible devient plus petite. Il en résulte que le moteur travaillant en récupération, se comporte de la façon indésirable suivante :Plus la vitesse augmente, plus la puissance que le moteur est susceptible de fournir est faible; lorsque la vitesse dépasse une certaine valeur, il n'y a plus du tout de récupération possible. Il est facile de voir que cette façon dont le moteur se comporte dans le cas du freinage à récupération, que ce soit en traction ou dans des installations de machines d'extraction, peut devenir dangereuse.
Avec le rapport de EN et de EM suivant la Fig. 1, on supposera, maintenant que, malgré l'instabil.ité du fonctionnement dans l'intervalle a z. on avance dans le temps l'instant d'allumage des systèmes d'enroulements de travail au-delà du point a vers x. L'aire d'allumage correspondante x g b est notablement plus grande que l'aire d'extinction b f c b. Le courant est donc bien diminué par l'aire d'extinction, mais il n'atteint pas sa valeur zéro au point c. Dans l'intervalle k il se produit, par suite du changement de signe de la tension résultante, un nouvel accroissement du courant. Mais au point k intervient le second système et, à cet instant, les arcs des deux systèmes de l'enroulement de travail brûlent en même temps.
Or,la système intervenant avec x1 comme point d'allumage possè. de à l'instant de l'allumage, par rapport au premier système, un excédent de tension mesuré par k x1; la conséquence est qu'il se forme entre les deux systèmes un courant de courtcircuit dirigé en sens contraire du courant du premier système
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et qui détermine l'extinction de ce système. Par conséquent, pendant le temps de chevauchement des deux systèmes, il se produit le même phénomène de substitution qu'on connaît dans le redresseur normal lors du passage du courant de l'une des anodes à la suivante.
Toutefois, avec le procédé de récupération connu rappelé ci-dessus, dans lequel la puissance fournie par le moteur se règle en déplaçant le point d'allumage, il n'est pas possible de porter le point d'allumage au-delà de z car, dans l'intervalle a-z, comme il a été expliqué plus haut, la marche n'est pas possible parce qu'il se produit des court-circuits intérieurs. Les deux régions de marche stable sont donc séparées par une zone de marche instable a z, ce qui rend le fonctionnement en récupération incertain et dans certains cas même dangereux.
Or, il est possible de supprimer les inconvénients indiqués en apportant au procédé de récupération la modifica- tion qui consiste, en vue de régler la puissance fournie par le moteur, à,régler non pas la tension appliquée en déplaçant le point d'allumage, mais la tension propre du moteur en faisant varier le courant d'excitation. On règle alors une fois pour toutes le point d'allumage en vue du fonctionnement en récupé ration et cela en le 'plaçant, dans le temps, avant l'instant où la tension du réseau passe en s'annulant des valeurs positi ves aux valeurs négatives, c'est-à-dire dans la zone a-x. Pour la marche à vide, on donne à la tension EM la valeur zéro en coupant le courant d'excitation.
Le réglage de la tension fournie s'effectue alors en faisant varier le courant d'excitation et par suite la tension propre EM du moteur. Par suite de la position invariable du point d'allumage dans la demi-onde posi-
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tive de la tension du réseau, lorsque la tension EM du moteur croit à partir d'une certaine grandeur, les courants des deux systèmes d'enroulement de travail se chevauchent automatique" ment, assurant ainsi une succession normale des deux systèmes.
De cette manière, la puissance fournie par le moteur peut être réglée d'une façon continue de zéro jusqu'à une valeur maximum. La valeur maximum de la puissance fournie, de même que celle de la tension EM du moteur, est déterminée par le che- vauchement des deux systèmes de l'enroulement de travail. Il faut que le chevauchement soit terminé au point a ou a1, faute de quoi on ne dispose plus d'aucune aire d'extinction. Pour empêcher que EM dépasse la valeur maximum résultant du chevauchement, on peut prévoir un relais qui contrôle le rapport de EN et de EM et qui, lorsque ce rapport dépasse la valeur admissible, fait en sorte que le dispositif de réglage du courant d'excitation du moteur travaille à tension décroissante.
Un tel relais destiné à contrôler le rapport entre deux tensions a déjà été décrit dans le brevet belge N 388.708.
Dans le cas du procédé de récupération suivant la présente invention, il faut donc qu'on puisse régler le courant d'excitation du moteur. La présente invention a pour objet un procédé de fonctionnement en récupération pour moteurs commandés par soupapes et dans lesquels l'enroulement d'excitation est alimenté par un redresseur commandé; suivant l'invention, pour régler le courant d'excitation du moteur fonctionnant en récupération, on emploie le même dispositif de commande qui règle la tension appliquée au moteur fonctionnant comme tel.
Ce procédé permet d'obtenir un fonctionnement en récupération bien plus sûr qu'avec le procédé antérieur, du fait que, suivant l'invention, les conditions suivantes sont sa-¯
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tisfaites :
1 ) Le freinage en récupération peut avoir lieu à n'importe quelle vitesse du moteur et même aux vitesses supérieures à la normale.
2 ) La puissance maximum que le moteur peut fournir au réseau à courant alternatif n'est pas limitée par la vitesse du dit moteur.
3 ) Le réglage de la puissance fournie entre zéro et le maximum s'effectue de façon continue sans fonctionnement instable.
La Fig. 2 représente un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
La fixation du point d'allumage ainsi que le ré- glage de la puissance fournie lors du fonctionnement en génératrice ont déjà été expliqués en détail au début de la présente description en se référant à la Fig. 1.
A la Fig. 2, 1 désigne le transformateur relié au réseau à courant alternatif, transformateur qui alimente les deux systèmes 3a et 3b de l'enroulement de travail du moteur 2 commandé par soupapes. Les extrémités des phases des deux systèmes sont reliées aux anodes principales 7 de la soupape 6, dont quatre seulement figurent au dessin pour plus de clarté.
La cathode 8 de la soupape 6 est reliée au point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur 1. L'enroulement d'excitation tournant 4 du moteur est alimenté au moyen de bagues collectrices par le transformateur 10 qui est également relié au réseau à courant alternatif. Pour le redressement du courant d'excitation, on utilise les deux anodes auxiliaires 9 de la soupape 6. Le courant d'excitation peut aussi être produit par un redresseur spécial commandé. La tension pour la commande des grilles de la soupape 6 est empruntée au trans-
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formateur 11.
L'inverseur 12 sert à inverser la commande pour passer du fonctionnement en moteur au fonctionnement en géné- rat,rice. 13 est un commutateur synchrone, qui est entraîné par le moteur synchrone 14 et dont les segments de contact captent une certaine fraction de la tension de commande. Du commutateur synchrone 13 les fractions de la tension de commande sont appliquées aux frotteurs du distributeur 5 qui sont calés sur l'arbre du moteur et qui répartissent, suivant la vitesse du moteur, entre les divers segments, et par suite entre les grilles correspondantes de la soupape 6, les impulsions de tension qu'ils reçoivent. Afin de pouvoir régler la tension appliquée au moteur, il faut tourner les couronnes de segments du commutateur synchrone 13, ce qu'on peut effectuer à la main ou, par exemple, de la manière suivante.
Le rotor 14b du moteur synchrone 14 possède un enroulement triphasé monté en étoile et qui est relié à des fractions égales de la résistance 15. Cette résistance est alimentée en courant continu au moyen de deux balais diamétralement opposés.
En décalant les balais on modifie la répartition du courant entre les trois phases de l'enroulement 14b du rotor, ce qui produit un déplacement de l'axe magnétique du dit rotor. Mais comme il faut que le champ du rotor tourne en synchronisme avec celui du stator 14a, ce déplacement de l'axe a pour conséquence un déplacement angulaire du rotor, et par suite des couronnes de segments 13 dans l'espace.
Pour la marche en moteur, le commutateur 12 occupe la position I. Dans cette position, la tension de commande arrive directement du transformateur 11 aux grilles des anodes auxiliaires 9. Comme la tension de commande est en phase avec la tension d'excitation du transformateur 10, il se produit donc
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une commande complète des anodes 9. Le commutateur synchrone 13 est intercalé dans le conducteur entre le transformateur de commande 11 et le distributeur 5 et règle ainsi la tension de commande appliquée aux grilles des anodes principales 7, c'est- à-dire que le commutateur synchrone 13 sert à régler la tension amenée au moteur, donc aussi la vitesse du moteur 2.
Pour la marche en génératrice, on place l'inverseur 12 dans la position II. Dans cette position, la tension de commande déphasée d'environ 180 est appliquée directement au distributeur 5, c'est-à-dire aux grilles des anodes principales 7, ce qui fixe le point d'allumage pour la marche en réeupération et fait qu'on ne peut plus le déplacer pendant le fonctionnement. Le commutateur synchrone 13 se trouve alors branché dans le conducteur entre le transformateur de commande 11 et les grilles des anodes auxiliaires 9 et il règle la tension de commande appliquée à ces grilles, donc par suite le courant d'excitation de la machine 2 fonctionnant comme génératrice.
Le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre s'effectue d'une manière absolument continue, car la position zéro de la commande, donc aussi du commutateur synchrone 13,est la même pour la marche en moteur que pour la marche en génératrice. La position zéro des segments du commutateur synchrone 13 en marche comme moteur signifie que la tension arrivante est égale à zéro. Cette même position, en service comme génératrice. c'est-à-dire après la manoeuvre du commutateur 12, a pour effet que le courant d'excitation du moteur est égal à zéro.
Lors d'un passage rapide de la marche en moteur à la marche en génératrice, il pourrait peut-être arriver que la tension du moteur n'ait pas encore complètement atteint la
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valeur zéro lors de la manoeuvre de l'inverseur 12, car le champ d'excitation ne peut pas disparaître brusquement. Pour éviter le choc produit de ce fait, il est prévu un dispositif de sécurité qui bloque complètement les anodes principales et les anodes auxiliaires pendant le temps de l'inversion. Le contact 17 est commandé par les frotteurs de la résistance 15 servant au décalage du commutateur synchrone de façon telle qu'il s'ouvre peu de temps avant que les frotteurs reviennent dans leur position zéro.
Le point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur de commande 11 reçoit de ce fait par l'intermédiaire de la résistance un potentiel négatif par rapport à la cathode, de sorte que toutes les anodes sont bloquées en même temps.
Dans le présent exemple d'exécution on a donné au dispositif pour le réglage de la tension arrivante la forme d'un commutateur synchrone ou d'un appareil de contact tournant en synchronisme avec la dite tension. Toutefois, ce dispositif de réglage peut aussi être constitué par un autre appareil, par exemple par un déphaseur qui déphase la tension de commande par rapport à la tension arrivante. On peut aussi employer à cet effet des soupapes soit à électrons, soit à cathode incandescente, voit à vapeur, captant des fractions déterminées de la tension de commande du fait que les anodes de ces soupapes sont rendues accessibles à la tension d'alimentation à des instants différents.
La manoeuvre d'inversion de ce dispositif pour régler la tension d'alimentation dans la marche en moteur et pour régler la tension de la génératrice dans la marche en récupération est assurée, dans le cas de l'exemple décrit, par un inverseur qu'on peut actionner à la main ou au moyen d'un relais. Mais cette inversion du dispositif de réglage peut
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aussi être réalisée au moyen de soupapes électroniques, de soupapes à cathode incandescente ou à vapeur.