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BREVET D'INVENTION Il PROCEDE ET INSTALLATION DE COMMANDE SYNCHRONISEE
PAR MOTEURS ELECTRIQUES ".
La présenteinvention est relative à un perfectionnement aux commandes synchronisées par moteurs électriques au moyen desquelles deux ou plusieurs organes tournants peuvent démarrer et être entraînés en synchronisme absolu alors que chacun d'eux tourne à la même vitesse que les autres ou à des vitesses différentes.
L'un des buts principaux de l'invention est de réaliser une installation de commande par moteurs reliés les uns aux autres, dans laquelle les moteurs et les appareils qu'ils actionnent sont reliés électriquement de telle sorte que le mouvement de l'un quelconque des moteurs de l'installation provoque le même mouvement ou un mouvement proportionnel de tous les autres moteurs de l'installa- %ion.
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D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés dans lequel :
La figure 1 représente schématiquement une installation selon l'invention comportant deux moteurs de commande.
La figure 2 représente schématiquement une installation analoguecomportant trois moteurs de commande.
La figure 3 est une vue schématique d'une variante de l'installation de commande à trois moteurs, et
La figure 4 représente schématiquement une autre variante de cette installation.
Actuellement, dans beaucoup d'industries, il est très désirable de pouvoir actionner, au moyen de moteurs électriques et sans se servir de liaisons par engrenages ou par courroies, deux ou. plusieurs organes tournants, à la même vitesse ou avec des rapports de vitesse déterminés qui sont maintenus constants. Ces installations de commande sont fréquemment utilisées dans les machines à faire les bouteilles, les ponts à levée verticale, les régulateurs de tension d'alimentation, les laminoirs, les machines de papeterie, les presses à imprimer, les machines à isoler les fils métalliques, etc.
Par exemple, dans les machines à isoler les fils métalliques, il est courant de faire avancer longitudinalement le fil formant l'âme et d'y appliquer un ruban en matière isolante, enroulé en hélice avec parties se recou- vrant< Dans le fonctionnement correct d'une machine de ce genre, la vitesse d'application du ruban sur l'âme doit être maintenue exactement afin que le recouvrement des différents
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tours soit maintenu constant. En outre, les vitesses relatives de déplacement de l'âme et du ruban doivent être maintenues constantes entre des limites excessivement rapprochées dans certaines opérations où le recouvrement entre les tours est de dimensions très faible.
Le fil constituant l'âme avance longitudinalement au moyen d'un treuil actionné par une force motrice et le ruban isolant est appliqué sur l'âme par enroulement hélicoïdal de spires se recouvrant au moyen d'une tête de guipage à moteur. Il est pratiquement impossible de relier le treuil à la tête de guipage au moyen d'un système d'engrenages ou de courroie de façon à avoir le synchronisme de fonctionnement désiré. Par exemple, le jeu qui existe dans les engrenages et les changements de tension de la courroie .ou les changements de vitesse causés par le joint de la courroie lorsqu'il passe sur les poulies, sont suffisants pour limiter sérieusement l'exactitude de ce genre de commande pour ces machines.
Le procédé et l'installation selon l'invention, lorsqu'ils sont appliqués à une machine à isoler des fils métalliques, sont tels qu'un mouvement quelconque du treuil ou de la tête de guipage provoque exactement le même mouvement ou un mouvement proportionnel soit de la tête de guipage soit du treuil respectivement. En outre, lorsque plusieurs couches isolantes sont appliquées simultanément sur l'âme en se servant ainsi de plusieurs têtes, l'invention assure un synchronisme exact de l'appareil, que les moteurs fonctionnent à la même vitesse ou à des vitesses différentes.
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Le procédé le plus couramment utilisé de commande par moteurs synchrones est celui dans lequel deux ou plusieurs moteurs ayant la même dimension et les mêmes caractéristiques électriques, sont excités par la même source de courant alternatif, Dans un procédé de ce genre, il est courant d'avoir un rapport de vitesse de 1/1 entre les moteurs car toute tentative faite pour maintenir le synchronisme à n'importe quel autre rapport de vitesse entre deux moteurs, entraine des difficultés et des complications qui limitent sérieusement la valeur de ces procédés.
Ces commandes synchrones nécessitent des moteurs spéciaux de même dimension, ayant des caractéristiques électriques aussi semblables que cela est possible de le faire industriellement.Ceci augmente nécessairement la dépense de fabrication des moteurs de ces installations. En outre, pour assurer le synchronisme au démarrage, une installation de démarrage spéciale est nécessaire. Cette installation utilise couramment des appareils qui fonctionnent automatiquement lorsqu'on ferme le circuit allant au moteur, de façon à faire démarrer les moteurs sur deux des phases et à mettre la 3ème phase en circuit au moyen d'un relais à retar- dement, à la fin d'une période determinée représentée par le réglage du ralais. Ceci évidemment augmente le prix et la complication de l'installation.
On évite toutes ces difficultés grâce à la présente invention. En premier lieu, l'installation fonctionne en synchronisme sensiblement parfait, non seulement au cas où l'on utilise des moteurs fonctionnant aux mêmes vitesses, mais encore lorsque les rapports de vitesses sont différents de 1/1, par exemple, , 1/3, 1/4, etc. Un autre
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avantage de ce procédé est qu'il n'est pas nécessaire d'a- voir un appareil de demarrage spéciale et même les compli- cations dues à ce que deux ou plusieurs moteurs fonction- nent avec un rapport de vitesse différent de 1/1 n'em- pêchent pas l'installation de démarrer et de rester en syn- chronisme sensiblement parfait, le tout sans avoir besoin d'un appareil de démarrage spécial .
Un autre avantage de cette installation réside dans le fait que les moteurs ne sont pas nécessairement de la même dimension mais peuvent varier considérablement en ce qui concerne leurs caractéristiques électriques sans qu'il en résulte d'effets nuisibles sur le démarrage et le fonction- nement de l'installation. Ainsi, on peut utiliser des moteursindustriels ordinaires sans tenir compte spéciale- ment de leurs caractéristiques électriques.
Enfin le procédé et l'installation selon l'invention présentent l'avantage que, avec les champs excités, on peut faire tourner à la main l'un quelconque des moteurs dans l'un ou l'autre sens sans que l'appareil perde son syn- chronisme, étant donné que l'autre moteur le suivra exac- tement avec un mouvement proportionnel dépendant des rap- ports des vitesses des moteurs. Ceci n'est pas vrai de l'installation de commande ordinaire synchronisée par mo- teur qui est actuellement couramment utilisée.
En se reportant aux dessins, la fig. 1 repré- sente une installation conforme à l'invention. On y a re- présenté un circuit d'alimentation triphasé relié au moyen d'un interrupteur 2 au circuit 7. Le stator du moteur principal , qui est évidemment un moteur à courant alterna-
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tif triphasé, est relié par les fils de circuit 9 et par l'intermédiaire de l'interrupteur 8 aux fils du circuit 7.
L'enroulement triphasé du rotor du moteur principal est relié aux résistances de charge règlables 12 grâce auxquelles on peut modifier la vitesse de ce moteur. Le même circuit qui alimente le stator 10 du moteur principal alimente le stator 3 d'un alternateur dont le rotor 5 est relié mécaniquement, comme indiqué en 13 , au rotor du moteur principal. L'enroulement 4 du stator du 2ème moteur est relié en série à l'enroulement 3 du stator de la génératrice.
De même, le rotor 6 du deuxième moteur est relié en parallèle au rotor 5 de la génératrice. Les stators et.les rotors sont représentés comme montés en étoile ainsi que cela est évident puur les personnes du métier.
En supposant que cette installation de commande soit appliquera une machine à isoler des fils, le moteur principal sera utilisé pour actionner un treuil qui sert à déplacer le fil longitudinalement. Le moteur principal est relié directement à la génératrice comme cela est-repré- senté schématiquement sur le dessin, de sorte que la génératrice est actionnée lorsque le treuil fonctionne. Le deuxième moteur est le moteur de la tête de guipage, lequel actionne le mécanisme qui applique l'isolement, en un enroulement hélicoïdal, sur le fil.
Le deuxième moteur, comme on le voit nettement sur la fig. 1, reçoit son courant d'excitation en série avec la génératrice depuis le circuit 7, de sorte que, lorsque l'installation est en fonctionnement, les courants qui passent dans le circuit de rotor de la génératrice et du deuxième moteur, sont équilibrés. Une autre caractéristique à remarquer de cette ins-
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tallation est que, en supposant que la source d'alimentation soit du courant alternatif à 220 volts, les enrou- lements de la génératrice et du deuxième moteur sont des enroulements à 110 volts, puisqu'ils sont montés en série sur la ligne. On peut faire varier la vitesse du moteur principal en réglant les résistances de charge 12 dans le circuit de son rotor. Ceci modifie proportionnellement la vitesse du deuxième moteur.
Lorsque l'interrupteur 2 est fermé, le stator de la génératrice est excité ainsi que le stator du deuxième moteur. Dès que l'interrupteur 8 est fermé, le stator du moteur principal est excité ce qui met celui-ci en fonctionnement. Etant donné que l'alternateur est relié au moteur principal, et que son[champ est excité immédiatement, il fournit du courant aux circuits des rotors qui sont immédiatement équilibrés, ce qui met le rotor du deusième moteur en synchronisme. L'excitation du stator du deuxième moteur, le moteur principal étant au repos, ne met pas en fonctionnement le deuxième moteur puisque les courants passant dans les circuits des rotors du deuxième moteur et de la génératrice s'équilibrent. L'appareil n'est mis en fonctionnement que lorsque le moteur principal est excité par fermeture de l'interrupteur 8.
Cette installation assure une liaison de commande électrique absolue entre les moteurs et les organes actionnés par ceux-ci.
Les champs de la génératrice et du deuxième mo- teur étant excités , tout mouvement du moteur principal ou du deuxième moteur entraine un mouvement de toute l'installation.Ainsi , si l'on fait tourner le deuxième moteur à la main, le moteur principal est actionné d'une quantité proportionnelle et vice-versa. Ceci est dû au fait que ce
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mouvement déséquilibre les courants dans les circuits des rotors de la génératrice et du deuxième moteur et ce dernier revient immédiatement, en équilibre, par rotation.
D'après l'expérience pratique faite avec une installation de ce genre appliquée à une machine à isoler les fils métallique, on peut dire que ce fonctionnement est parfait pour toutes les applications pratiques et, avec une machine de ce genre, il a été possible de réaliser des isolements de fils qui n'étaient pas possible jusqu'ici dans un sens industriel.
L'installation de la figure 4 diffère de celui de la figure 1 uniquement par le fait qu'elle constitue une variante dans laquelle le rotor du moteur principal est relié mécaniquement au rotor du deuxième moteur,comme cela est représenté schématiquement en 13. A d'autres points de vue, l'installation est la même et son fonctionnement est le même. La variante de la figure 4 fait toutefois ressortir un point important qui est que la liaison mécanique partant du moteur principal peut aller à n'importe quelle autre machine de l'installation, rendant cette machine génératrice .
On peut indiquer ici, au point de vue de la clarté, que la liaison mécanique entre le rotor de l'un des moteurs de l'installation et le rotor de la génératrice peut être réalisée en combinant ce moteur et la génératrice dans un ensemble unique tel que celui qui est représenté par le groupe moteur génératrice habituel, utilisant un seul arbre pour les deux rotors, Evidemment, on peut utiliser d'autres liaisons mécaniques équivalentes tout en restant dans le cadre de l'invention.
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Comme cela est représenté sur la figure 1, il est tout à fait possible avec l'installation, selon l'invention, d'exciter les rotors de la génératrice et du second moteur à partir de la source de courant alternatif au lieu que ce soit à partir des stators. Ainsi que cela est évident pour les personnes du métier, le fonctionnement de l'installation sera le même que ce soient les rotors ou les stators de la génératrice et du second moteur qui soient exilée.. Il est à peine nécessaire d'indiquer que les mêmes liaisons réversibles peuvent être utilisées dans la variante.
L'installation de la figure 2 est quelque peu modifiéeet étendu de façon à montrer comment on peut utiliser deux moteurs en outre du moteur principal. En se reportant de nouveau à l'exemple de la machine à isoler des fils, on peut appliquer cette installation au cas où l'on utilise deux têtes de guipage pour appliquer deux couches d'isolement sur les fils. Le stator 14 de la génératrice est alimenté par la source de courant polyphasé comme précédemment et est relié en série avec les stators 15 et 16 des deuxième et troisième moteurs. Les rotors 17, 18 , 19 respectivement de ces machines sont branchés en parallèle comme cela est représenté.
Le moteur de commande principal n'a pas été représenté sur cette figure, mais il estutilisé et connecté comme précédemment et il est relié mécaniquement au rotor de la génératrice comme cela est représenté schématiquement en 13.
La variante de la figure 3 représente également deux moteurs actionnés par la génératrice. En ce cas, le stator 21 de la génératrice est excité par la source de courant 7 et est en série avec les enroulements de stator 22 et 23 des deuxième et troisième moteurs qui sont en parallèle.
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Les enroulements de rotor 24, 25, et 26 de la génératrice et des moteurs respectivement sont branchés en parallèle.
Le rotor de la génératrice est de nouveau actionné par la liaison mécanique 13, à partir du moteur principal qui est également excité par le circuit 7. Les stators des deuxième et troisième moteurs sont susceptibles d'être branchés en parallèle (et en série avec le stator de la génératrice en formant un ensemble) car ces moteurs sont de même dimen- sion et ont des caractéristiques analogues.
On remarquera également que pour la clarté, les différents éléments ont été appelés moteurs et génératrices, quoiqu'il soit évident pour les personnes du métier qu'au point de vue construction, ils ne sont ni l'un ni l'autre tant qu'ils n'ont pas été mis en service. Ainsi, la génératrice peut être utilisée comme moteur et le second moteur ou son équivalent peut être utilisé comme génératrice suivant qu'ils sont actionnés ou qu'ils fournissent du courant. Dans la partie, on appelle souvent la génératrice un transmetteur qui fournit un courant, contrôlé pour ainsi dire par le moteur principal, au deuxième moteur de façon à être sûr que la liaison électrique.désirée est-¯réalisée et maintenue.
On peut considérer l'installation comme étant une sorte de transmission électrique dans laquelle le fonctionnement de l'un quelconque des organes provoque un fonctionnement simultané des autres organes si-les champs du transmetteur et du deuxième moteur sont excités.
D'après la description qui précède, il est évident que la présente invention réside dans certaines combinaisons d'éléments associés en vue de réaliser une commande synchronisée par moteur pour un certain nombre d'éléments à actionner en concordance de temps. Les personnes du métier
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trouveront facilement des variantes dans la façon d'associer les éléments pour réaliser la présente invention sans sortir du cadre de celle-ci. La présente invention n'est donc pas strictement limitée aux dispositifs ci-dessus décrits qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
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PATENT OF INVENTION It PROCESS AND INSTALLATION OF SYNCHRONIZED CONTROL
BY ELECTRIC MOTORS ".
The present invention relates to an improvement in synchronized controls by electric motors by means of which two or more rotating members can start and be driven in absolute synchronism while each of them rotates at the same speed as the others or at different speeds.
One of the main aims of the invention is to provide a control installation by motors connected to each other, in which the motors and the devices which they actuate are electrically connected so that the movement of any one of the motors of the installation causes the same movement or a proportional movement of all the other motors of the installation.
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Other advantages and particularities of the invention will emerge from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 schematically represents an installation according to the invention comprising two control motors.
FIG. 2 schematically represents a similar installation comprising three control motors.
FIG. 3 is a schematic view of a variant of the control installation with three motors, and
FIG. 4 schematically represents another variant of this installation.
At present, in many industries, it is very desirable to be able to operate, by means of electric motors and without the use of gear or belt connections, two or more. several rotating parts, at the same speed or with determined speed ratios which are kept constant. These control systems are frequently used in bottle making machines, vertical lift bridges, supply voltage regulators, rolling mills, stationery machines, printing presses, wire insulating machines, etc.
For example, in machines for insulating metal wires, it is common to advance the wire forming the core longitudinally and to apply a tape of insulating material to it, wound in a helix with overlapping parts <In correct operation of a machine of this kind, the speed of application of the tape to the core must be maintained exactly so that the overlap of the different
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turns is kept constant. In addition, the relative speeds of web and web travel must be kept constant within excessively close limits in certain operations where the overlap between turns is very small.
The wire constituting the core advances longitudinally by means of a winch actuated by a driving force and the insulating tape is applied to the core by helical winding of turns covering each other by means of a motorized wrapping head. It is practically impossible to connect the winch to the wrapping head by means of a gear or belt system so as to have the desired operating synchronism. For example, the play that exists in the gears and changes in belt tension, or the speed changes caused by the belt seal as it passes over the pulleys, are sufficient to seriously limit accuracy of this kind. order for these machines.
The method and installation according to the invention, when applied to a machine for insulating metal wires, are such that any movement of the winch or of the wrapping head causes exactly the same movement or a proportional movement either of the wrapping head or of the winch respectively. Furthermore, when several insulating layers are applied simultaneously to the core, thus using several heads, the invention ensures exact synchronism of the apparatus, whether the motors are operating at the same speed or at different speeds.
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The most commonly used method of synchronous motor control is that in which two or more motors having the same size and the same electrical characteristics, are excited by the same source of alternating current. In a method of this kind, it is current of 'have a 1/1 speed ratio between the motors because any attempt made to maintain synchronism at any other speed ratio between two motors results in difficulties and complications which seriously limit the value of these methods.
These synchronous drives require special motors of the same size, having electrical characteristics as similar as possible industrially. This necessarily increases the cost of manufacturing the motors for these installations. In addition, to ensure start-up synchronism, a special start-up installation is required. This installation currently uses devices which operate automatically when the circuit going to the motor is closed, so as to start the motors on two of the phases and to switch on the 3rd phase by means of a delay relay, at the end of a fixed period represented by the adjustment of the delay. This obviously increases the price and the complication of the installation.
All these difficulties are avoided by virtue of the present invention. Firstly, the installation operates in substantially perfect synchronism, not only in the case of using motors operating at the same speeds, but also when the speed ratios are different from 1/1, for example, 1/3 , 1/4, etc. Another
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The advantage of this process is that it is not necessary to have a special starting device and even the complications due to two or more engines operating with a speed ratio other than 1/1 do not prevent the installation from starting and remaining in substantially perfect synchronization, all without the need for a special starting device.
Another advantage of this installation resides in the fact that the motors are not necessarily of the same size but can vary considerably in their electrical characteristics without causing any harmful effects on starting and operation. of the installation. Thus, ordinary industrial motors can be used without special consideration of their electrical characteristics.
Finally, the method and the installation according to the invention have the advantage that, with the excited fields, any of the motors can be turned by hand in one or the other direction without the device losing. its synchronism, given that the other motor will follow it exactly with a proportional movement depending on the speed ratios of the motors. This is not true of the ordinary motor synchronized control installation which is currently in common use.
Referring to the drawings, FIG. 1 represents an installation in accordance with the invention. There is shown a three-phase supply circuit connected by means of a switch 2 to circuit 7. The stator of the main motor, which is obviously an AC motor.
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three-phase tif, is connected by the circuit wires 9 and via the switch 8 to the circuit wires 7.
The three-phase winding of the rotor of the main motor is connected to the adjustable load resistors 12 thanks to which the speed of this motor can be modified. The same circuit which supplies the stator 10 of the main motor supplies the stator 3 of an alternator whose rotor 5 is mechanically connected, as indicated at 13, to the rotor of the main motor. The stator winding 4 of the 2nd motor is connected in series to the stator winding 3 of the generator.
Likewise, the rotor 6 of the second motor is connected in parallel to the rotor 5 of the generator. The stators and the rotors are shown as star-shaped as is evident to those skilled in the art.
Assuming that this control facility is to apply a wire insulator machine, the main motor will be used to operate a winch which serves to move the wire lengthwise. The main motor is connected directly to the generator as shown schematically in the drawing, so that the generator is operated when the winch is operating. The second motor is the wrapping head motor, which drives the mechanism that applies the insulation, in a helical winding, to the wire.
The second motor, as can be seen clearly in FIG. 1, receives its excitation current in series with the generator from circuit 7, so that, when the installation is in operation, the currents which pass in the rotor circuit of the generator and of the second motor, are balanced. Another feature to be noticed from this ins-
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The trick is that, assuming the power source is 220 volt alternating current, the windings for the generator and second motor are 110 volt windings, since they are connected in series on the line. The speed of the main motor can be varied by adjusting the load resistors 12 in the circuit of its rotor. This proportionally changes the speed of the second motor.
When switch 2 is closed, the stator of the generator is energized as well as the stator of the second motor. As soon as switch 8 is closed, the stator of the main motor is energized, which puts it into operation. Since the alternator is connected to the main motor, and its field is immediately energized, it supplies current to the rotor circuits which are immediately balanced, which brings the rotor of the second motor into synchronism. The excitation of the stator of the second motor, the main motor being at rest, does not put the second motor into operation since the currents flowing in the circuits of the rotors of the second motor and of the generator are balanced. The device is only put into operation when the main motor is energized by closing switch 8.
This installation provides an absolute electrical control link between the motors and the members actuated by them.
The fields of the generator and the second motor being energized, any movement of the main motor or of the second motor causes movement of the whole installation. Thus, if the second motor is turned by hand, the main motor is actuated by a proportional amount and vice versa. This is due to the fact that this
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movement unbalances the currents in the circuits of the rotors of the generator and of the second motor and the latter immediately returns to balance by rotation.
From practical experience with an installation of this kind applied to a machine for insulating metal wires, it can be said that this operation is perfect for all practical applications and, with a machine of this kind, it has been possible to achieve wire insulations which were not possible until now in an industrial sense.
The installation of Figure 4 differs from that of Figure 1 only in that it constitutes a variant in which the rotor of the main motor is mechanically connected to the rotor of the second motor, as shown schematically at 13. A d 'other points of view, the installation is the same and its operation is the same. The variant of FIG. 4 however brings out an important point which is that the mechanical connection starting from the main motor can go to any other machine of the installation, making this generator machine.
It can be indicated here, from the point of view of clarity, that the mechanical connection between the rotor of one of the motors of the installation and the rotor of the generator can be achieved by combining this motor and the generator in a single assembly. such as that which is represented by the usual generator motor unit, using a single shaft for the two rotors. Obviously, other equivalent mechanical connections can be used while remaining within the scope of the invention.
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As shown in Figure 1, it is quite possible with the installation, according to the invention, to excite the rotors of the generator and of the second motor from the alternating current source instead of either from the stators. As is evident to those skilled in the art, the operation of the installation will be the same whether the rotors or stators of the generator and of the second motor are exiled. It is hardly necessary to indicate that the same reversible links can be used in the variant.
The installation of Figure 2 is somewhat modified and extended to show how two engines can be used in addition to the main engine. Referring again to the example of the wire insulating machine, this installation can be applied to the case where two wrapping heads are used to apply two layers of insulation to the wires. The stator 14 of the generator is supplied by the polyphase current source as above and is connected in series with the stators 15 and 16 of the second and third motors. The rotors 17, 18, 19 respectively of these machines are connected in parallel as shown.
The main drive motor has not been shown in this figure, but it is used and connected as before and it is mechanically connected to the rotor of the generator as shown schematically at 13.
The variant of FIG. 3 also shows two motors actuated by the generator. In this case, the stator 21 of the generator is excited by the current source 7 and is in series with the stator windings 22 and 23 of the second and third motors which are in parallel.
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The rotor windings 24, 25, and 26 of the generator and motors respectively are connected in parallel.
The rotor of the generator is again actuated by the mechanical link 13, from the main motor which is also excited by the circuit 7. The stators of the second and third motors are capable of being connected in parallel (and in series with the generator stator forming an assembly) because these motors are of the same size and have similar characteristics.
It will also be noted that for clarity, the various elements have been called motors and generators, although it is obvious to those skilled in the art that from a construction point of view, they are neither as much as they are. they have not been put into service. Thus, the generator can be used as a motor and the second motor or its equivalent can be used as a generator depending on whether they are operated or supplying current. In the part, the generator is often referred to as a sender which supplies a current, controlled so to speak by the main motor, to the second motor so as to be sure that the desired electrical connection is made and maintained.
The installation can be considered to be a kind of electrical transmission in which the operation of any one of the components causes simultaneous operation of the other components if the fields of the transmitter and of the second motor are excited.
From the foregoing description, it is evident that the present invention resides in certain combinations of associated elements in order to achieve synchronized motor control for a number of elements to be actuated in accordance with time. Professionals
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will easily find variations in the way of associating the elements to achieve the present invention without departing from the scope thereof. The present invention is therefore not strictly limited to the devices described above which are given only by way of example.