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"Installation pour le réglage continu du nombre de tours de moteurs à l'aide de transformateurs électriques de fréquence"
Dans les exploitations industrielles, de nombreuses commandes exigent un réglage plus ou moins précis du nombre de tours et, en outre, en général encore une constance aussi parfaite que possible du nombre de tours, une fois que le réglage a été fait à celuici. Ces deux problèmes ont déjà été résolus par voie électrique, notamment à l'aide de régulateurs électriques de fréquence.
Pour pouvoir l'utiliser dans le but indiqué, on couple la machine, dont le nombre de tours doit par exemple être maintenu constant, avec une petite génératrice à courant alternatif qui alimente un régulateur électrique de fréquence6 Celui-ci règle toujours le nombre de tours de la machine en correspondance avec la fréquence à laquelle il est accordé, par exemple par un circuit oscillatoire.
Pour réaliser le réglage à des nombres de tours différents, qui doivent chaque fois être maintenus constants par le régulateur de fréquence, on utilise un régulateur de fréquence réglable. Jusqu'à présent on n'est toutefois pas parvenu à réaliser d'une manière continue, par l'accord du circuit oscillatoire déterminant la fréquence, une portée de réglage plus grande que 1 : 5 environ.
Pour de plus grandes portées de réglage on devait effectuer le réglage par degrés et adjoindre un régulateur graduel ou continu à chaque degré grossier de réglage.
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L'invention a pour but de résoudre le problème consistant à régler d'une manière continue le nombre de tours d'une commande quelconque, sur une portée de réglage illimitée. Ce but est atteint grâce au'fait que deux fréquences de commande indépendantes, dont l'une au moins est réglable d'une manière continue, sont amenées au transformateur de fréquence, tandis qu'on enlève à celuici une troisième fréquence qui est la somme algébrique des deux fréquences amenées, une de ces trois fréquences correspondant au nombre de tours du moteur de travail, et grâce au fait que l'une des deux fréquences de commande indépendantes est amenée à un régulateur de fréquence qui fait varier le nombre de tours du moteur de travail.
Deux exemples d'exécution de l'invention sont illustrés au dessin annexé. Pour la simplicité, on a choisi un moteur electrique comme moteur de commande de la machine de travail devant être réglée d'une manière continue endéans de larges limites, notamment un moteur à courant continu a qui est alimenté, dans le cas de la Fig. 1, par un réseau de courant continu % et, dans le cas de la Fig. 2, en couplage Léonard par la dynamo de commande .9¯. Celle-ci est entraînée par le moteur triphasé ±1 raccordé au réseau e.
Dans les deux exemples, l'arbre du moteur de travail a est couplé au rotor d'un transformateur de fréquence f, qui est cons- truit d'une manière semblable à un moteur asynchrone et aux bagues de frottement du rotor duquel est raccordé le régulateur de frequence g. Celui-ci est représenté, dans les exemples illustrés, sous la forme d'un régulateur à secteur roulant, dont la graduation est, de la manière connue en soi, faite tellement fine que le réglage s'opère pratiquement d'une façon continue. Son moment de rotation est, de la manière connue en soi, engendré par deux champs tournants dépendant de la fréquence, qui agissent en sens opposé l'un par rapport à ,l'autre et qui s'annulent exactement à la fréquence théorique.
Le circuit de courant de l'un des bobinages excitateurs du régulateur de fréquence g comporte de la self-indue. tion, tandis que le circuit de courant de son autre bobinage comporte de la capacité, ce qui donne la dépendance de la fréquence.
Dans le cas de la Fig, 1, le régulateur g règle le champ Il du moteur de travail a, tandis que dans le cas de la Fig. 2 il règle le champ 1 de la dynamo de commande c. Selon la Fig. 1, le stator du transformateur de fréquence ± est connecté à une source de courant de fréquence variable, notamment à la génératrice synchrone k qui est entraînée par le moteur à courant continu m à un nombre de tours réglable, puisqu'aussi bien la résistance n montée en série dans le circuit d'induit, que la résistance de réglage o dans le circuit de champ, peuvent être réglés par degrés grossiers.
Le réglage continu fin, simultanément avec le maintien à une valeur
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constante précise de la fréquence amenée au stator du transforma- teur f. s'opère à l'aide du régulateur de fréquence p qui est, dans l'exemple illustré, construit de la même manière que le régu- lateur g. à la seule différence près que la self-induction branchée en avant de l'un des bobinages du régulateur, dans ce cas une ré- actance rotative q, peut être réglée manuellement. La réactance q peut être couplée directement ou par l'intermédiaire d'un méca- nisme de transmission au régulateur o Pratiquement, la portée de réglage pour l'accord de fréquence au moyen d'un tel circuit oscillatoire est limitée au rapport de 1 :5 au maximum.
Cette portée suffit toutefois pour varier lafréquence du nombre de tours du moteur de travail A sur une portée beaucoup plus grande, notamment de zéro au nombre de tours maximum admissible du moteur a.
Dans le transformateur de fréquence f, on forme en effet la somme algébrique des deux fréquences qui lui sont amenées, notamment de la fréquence réglable V1 fournie par la génératrice k. et de la fréquence de nombre de tours No du moteur de travail a; on obtient ainsi la fréquence résultante N2 qui est amenée au régulateur de fréquence g,
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N 1 "o' le signe + valant pour la marche en sens opposés et le signe - pour la marche dans le même sens du champ tournant du stator et de la rotation du rotor.
Etant donné toutefois que le régulateur g opère le réglage à une fréquence nominale constante déterminée, il modifie le courant d'excitation et, avec lui, le nombre de tours du moteur a jusqu'à ce que
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ffo à* N2'" 7(il ou Nn = NI - v2 etest-à-dire jusqu'à ce que le nombre de tours de travail visé par la variation de la réactance de réglage q soit atteint.
Ceci sera illustré par un exemple numérique. Le nombre de tours du moteur a doit être réglé dans le rapport 1 : 30, le nombre de tours maximum correspondant à une fréquence Nomax 150 Hz et le nombre de tours minimum correspondant donc à une fréquence
Vomin. = 5 Hzo Le régulateur de fréquence g maintient la fréquence
V2 = 50 Hz constante. Si le transformateur de fréquence f fonctionne maintenant avec son champ tournant, il forme la différence
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entre les nombres de tours N 1 et "2' notamment V0 = J{ 1" IV 2.
En remplaçant par les valeurs numériques on obtient tV1ma.x:: IV2 + N Oma.x 1: 50 + 150 - 200 1min = -V,2 + 0nrin 50 + 5 = 55.
Le moteur m doit donc être varié, au moyen de la réactance de réglage q du régulateur p, dans le rapport 55 :200 = 1 3,64.
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Par l'ajustement du circuit oscillatoire du régulateur de fréquence p dans le rapport 1 : 3,64, on obtient donc dans ce cas une portée de réglage de 1 :30 du nombre de tours du moteur; la portee de réglage est donc 8,25 fois plus grande que la portée d'ajustement.
Etant donné que chaque position de la réactance de réglage q correspond à un nombre de tours déterminé du moteur a, le mesureur de fréquence r., qui est raccordé au générateur de fréquence k, peut être pourvu d'une échelle qui indique directement le nombre de tours du moteur de travail a.
Au point de vue de la puissance, les machines auxiliaires 1, k et m sont très petites, puisqu'elles doivent seulement produire la puissance de réglage de l'excitation du moteur de travail. Si la tension du courant continu du réseau varie, les fluctuations sont compensées automatiquement, aussi bien par le régulateur g que par le régulateur p, de telle façon que le nombre de tours du moteur à reste néanmoins constant. Il en est de même pour les fluctuations du nombre de tours par suite de variations de température ou d'autres motifs. Il est connu qu'en pareil cas les regulateurs à secteur roulant travaillent avec la plus grande précision, de sorte que, pour chaque réglage, le nombre de tours du moteur de travail reste constant à une fraction d'un paurcent près.
Lorsqu'une aussi grande précision n'est pas requise, la fréquence constante, qui sert à former la somme algébrique dans le transformateur f, peut, comme montré en Fig. 2, être enlevée par la canalisation 8 au réseau triphasé e existant, tandis que la fréquence de commande est ajustée au moyen d'une réactance de réglage q au régulateur g. Etant donné toutefois que la fréquence d'un réseau ne varie en général que de quelques pourcent, ce genre de réglage du nombre de tours ne suffit que dans des exploitations où l'on ne pose pas d'exigences trop fortes au point de vue du maintien du nombre de tours.
Si elle ne donne pas satisfaction au point de vue de ,la précision, une installation réalisée conformément au schéma de/couplage montré en traits pleins en Fig. 2 se laisse toujours compléter par la disposition montrée en traits interrompus, en déconnectant la canalisation s. Cette disposition correspond à celle selon Fig. 1, sauf que, dans le cas actuel, le régulateur p opère un réglage à fréquence constante. Puisqu'il s'agit d'un moteur de travail fonctionnant en couplage Leonard et qu'il n'existe qu'un réseau de courant triphasé e, le courant continu nécessaire pour les excitations et les moteurs auxiliaires est, dans ce cas, fourni aux conducteurs b par une machine d'exci tation spéciale t.
L'appareillage auxiliaire devient encore moins important si l'on règle, au moyen du régulateur g, le champ de la machine excitatrice t au lieu du champ 3, de la dynamo de commande c, cette
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machine pouvant alors seulement alimenter le bobinage i et aucun autre consommateur. Comme on le voit, il revient au même que la fréquence constante soit amenée au stator ou au rotor.
Il est cependant aussi possible de rendre réglables les deux régulateurs de fréquence g et po De plua, il est possible d'utiliser des régulateurs de fréquence monophasés, ainsi que des régulateurs qui sont construits autrement ou qui sont basés sur uri autre principe, en particulier ceux basés sur le principe de résonarice, ainsi que ceux qui travaillent avec des tubes électroniques et commande de grille.
Par ailleurs, le transformateur de fréquence f ne doit pas forcément être couplé mécaniquement à l'arbre du moteur, mais il peut aussi être alimenté par une dynamo synchrone tachymétrique, mode de couplage que l'on a également appelé marbre électrique"o Dans ce cas également, le transformateur de fréquence f agit comme un "différentiel électrique" et, par son arbre entraîné, il actionne mécaniquement l'organe d'ajustement du régulateur, par exemple un secteur roulant.
Le transformateur de fréquence rotatif 1 peut toutefois être remplacé par un transformateur stationnaire. On peut notamment établir un tube électronique sous la forme d'un tube mélangeur et former la fréquence désirée selon le principe de superhétérodynage, à partir des deux fréquences données. Ou bien, on peut utiliser des modulateurs à cet effets. On peut également imaginer des transformateurs de fréquence qui se basent sur le principe de la multiplication de fréquence ou de la division de fréquence.
Il n'est pas non plus nécessaire que le moteur de travail soit un moteur à courant continu ; il pourrait être un moteur alternatif ou un moteur triphasé à collecteur, et dans certains cas aussi un moteur -,.asynchrone. Mais il ne doit même pas être un moteur électrique, car, selon l'invention, on peut également régler le nombre de tours d'une machine ou turbine à vapeur ou à gaz, un moteur Diesel, un moteur à benzine ou un, autre moteur à combustion, ainsi qu'une turbine à eau. Dans ce cas, la soupape de réglage de la machine motrice est déplacée par un servo-moteur influencé par le régulateur électrique de fréquence..
Au lieu d'être établis sous la forme de régulateurs à secteur, les régulateurs de fréquence utilisés peuvent également être d'un autre type constructif, par exemple des régulateurs à vibration ou des régulateurs à impulsion.
Comme champ d'application de l'invention, toutes les commandes, dont le réglage continu sur une portée relativement large du nombre de tours est désiré, entrent en ligne de compte, tels que, par exemple, des ventilateurs, souffleries et compresseurs, en particu-
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lier pour des tunnels à vent et autres stations d'essais aérodynamiques, ainsi que des pompes, machines-outils, machines d'extraction, installations transporteuses, laminoirs, calandres, machines à papier, etc... Finalement, elle convient à la commande de générateurs de fréquence pour l'industrie, la radiotechnique, ainsi que pour des laboratoires d'essais de tous genres. Il va de soi que l'on peut aussi utiliser un seul appareil de réglage pour régler simultanément plusieurs moteurs de travail.
REVENDICATIONS.
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1 - Installation pour le réglage continu du nombre de tours de moteurs, sur une portée de réglage illimitée, à l'aide de transformateurs électriques de fréquence, caractérisée en ce que deux fréquences de commande indépendantes, dont l'une au moins peut être réglée d'une manière continue, sont amenées au transformateur de fréquence, tandis qu'on enlève à celui-ci une troisième fréquence qui est la somme algébrique des deux fréquences amenées, une de ces trois fréquences correspondant au nombre de tours du moteur de travail, et en ce que l'une des deux fréquences de commande indépendantes est amenée à un régulateur de fréquence qui fait varier le nombre de tours du moteur de travail.