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GROUPE TRANSFORMATEUR DE' FREQUENCE ET DE PHASE
MONO-POLYPHASE La présente invention a pour objet un groupe mono-polyp pour transformer la fréquence et la phase du courant d'un rés
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monophasé. Dans ce groupe, l'énergie cet transformée à la foi; mécaniquement et électriquement, et son réglage est effectué le réglage de sa vitesse.
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Sur les dessins annexés, la Fig.1 représente sOhématiQuE ment un exem?le de réalisation d'un tel groupe et la Fig.2 l'E rangement de sa couclande.
Suivent la Fig,l, le groupe de l'invention se COR[Pose dl moteur polyphasé ?d d'un type connu queloonque à pluaieurl pola tés ou à vitelse variable, pouvant fonotionner ln !6n'ratrioe monté méonniqueoent sur l'arbre 'un ohangeur de frdqunoe mot
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triphasé C. Le prilll8ir' ri P2 de oe changeur C est relié au réseau monophasé U à fréquence normale fi, tandis que le sec
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daire 3 a la forme d'un rotor qui tourne à une vitesse varia Ce secondaire comprend un bobinage normal polyphasé A.
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Le cuangeur C comporte également un rotor auxiliaire r type connu portant un bobinage convenable e; ce rotor auxili peut tourner librement dans l'entrefer sur l'arbre du rotor cipal S.
Le bobinage e peut être alimenté en courant continu les bagues 32. l'ar le moyen de circuits couplés en parallèle peut jouer à la fois le rôle d'enroulement d'excitation et d tisseur pour le champ inverse; il peut être bobiné suivant d tres schémas connus, ou comporter également une ou plusieurs cages jouant le rôle d'amortisseur.
Le rotor intermédiaire r tourne synchroniquement avec 1 des champs tournants dans lesquels peut se décomposer le chan alternatif dû au courant monophasé fourni par U. Le rotor pri pal S peut tourner en sens inverse du champ non amorti, ou da
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le mené sens; les deux rotors concentriques r eut ;; tournent a soiten sens inverse l'un de l'autre, soitdans le même sens. apparaît aux bagues Bi du bobinage secondaire A une tension Polyphasée et une fréquence f2 qui dépendent de la vitesse de rotation de cet organe.
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Le moteur 1. que l'on supposera diphasé pour la simllici. de l'exposé, mais qui peut comporter un bobinée triphasé, pa: exemple, est alimenté u'une part par le réseau monopLasé U et d'autre part par la seconde phase libre 1"2 (lu stator du changE de fréquence C que l'on adwettra également diphasé.
Au aéaerra6e, le rotor auxiliaire r du CuenGeur de fré- 4U&nOe C est d'a:ord uUs en vitesse de sorte 4U'il apparaît au stator une tension diphef'1e. Le moteur 1.: peut alors être alime d'une façon oouplète par la ferraeture \le l'interrupteur 1 et u6marrer. I stator du cuanur de fréquence C fournit une par de la puissance électrique nécessaire au moteur, comme il sera exposé plus bas.
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Le moteurs.. peut avoir la t'orme d'un moteur à 001lecteur
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vitesse variable, d'un moteur avec rotor à bagues ou à induit en oourt-ciruit, ayant une ou plusieurs polarités etc...
Un peut aussi utiliser un moteur à une ou plusieurs vite. ses sensiblement constantes ou synchrones, entraînant le chan; de fréquence C à vitesse variable par l'intermédiaire d'un em- brayage magnétique, mécanique ou hydraulique d'un type connu.
L'embrayage magnétique peut comporter un secondaire bobiné, e1 une machine convenable, du type à collecteur ou autre, peut êt insérée dans ce secondaire en vue de récupérer l'Énergie de g. seaent suivant l'un des couplages employés avec les moteurs asynchrones.
On peut encore prévoir un moteur en cascade avec un secor moteur, les deux moteurs pouvant être à une ou deux polarités, ce qui permet d'obtenir facilement plusieurs vitesses ae fonc- tionnement correspondant aux couplages suivants : moteur prin- cipal seul à chaque polarité, deux moteurs en cascade à chaque polarité, moteur en cascade seule chaque polarité. Ces oouplag peuvent être alimentés directement ou par l'intermédiaire d'un transformateur aux bornes du changeur de fréquence C.
On peut aussi, sans sortir du cadre de l'invention, prévc un moteur asynchrone associé soit avec une machine à col.ecteu d'un type connu qui assure une variation de vitesse continue o par crans sans perte d'énergie dans des résistances de glisser soit avec une commutatrice, de façon à former un groupe Kraeme ou encore un moteur à double rotor en cascade interne ou par a couplement, constitué en réalité de deux uoteurs ayant chacun ou plusieurs polarités.
Le moteur M pourrait aussi être un moteur monophasé d'un type quelconque dont le stator serait relié seulement au résea monopuasé.
Un peut employer dans tous les cas les combinaisons connu facilitant le passage d'une polarité ù l'autre.
Le fonctionnent du groupe décrit peut être exposé ue la façon suivante. Lorsque les deux rotors r et S tournent dans 1 directions opposées, on cotient, entre les fréquences f1 du ré
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seau U et f2 du secondaire A du changeur C, la relation suivante :
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pi étant la polarité du changeur de fréquence C p2 la polarité utilisée du moteur L (s'il est réalisé à plus polarités).
Quand le rotor S est à l'arrêt, la fréquence f2 est ég à la fréquence fi d'alimentation du stator. Au fur et à mesu que la vitesse monte, la fréquence f2 augmente comme aans un cuangeur d'induction ordinaire.
En faisant abstraction de la puissance transmise au uio
Li par le stator du changeur C, on obtient : Pm - Ps (1 - f1/f2
Ps est la charge du secondaire S et Pm la puissance fournie caniquement par le moteur.
La puissance totale Ps - Pc + Pm, ou Pe est la puissan transformée directement dans la changeur C.
Il est a noter que la tension polyphasée de fréquence le à celle du réseau d'alimentation peut être obtenue aux bo du stator soit directement, soit par l'intermédiaire d'un tr. formateur, si le secondaire du changeur C est ouvert et le r, intermédiaire tourne au synchronisme.
On peut, bien entendu, obtenir momentanément une fréque f2 inférieure à la fréquence primaire fi en entraînant le ro S dans le même sens que le rotor intermédiaire r. jans ce ca. le rotor principal '6 du changeur C fournit la totalité de la c, ge du secondaire et une puissance supplémentaire sur l'arbre est récupérée sur le réseau par le Licteur M.
Comme le représente la Fig.l, les stators des macuines et C portent respectivement des enroulements diphasés d1, d2 Pi,P2, dont les plisses di et P1 sont reliées au réseau U.
La phase P2 du changeur de fréquence est, suivant l'un procédés connus (inductance, capacité, résistance, etc..), u sée pour lu mise en vitesse du rotor auxiliaire r.
Dès que ce rotor auxiliaire est synchronisé, l'enroule P2 est relié à l'enroulement d2 par l'interrupteur i et l'al
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tation du stator du moteur !4 est assurée en diphasé.
Le moteur est alors démarré comme un moteur norma. ayant un rotor à bagues s et un rhéostat extérieur Rh. Ce rhéostat peut aussi être utilisé pour faire varier la vites: de fonctionnement en marcùe.
Dès que le rotor de ce moteur L tourne, il apparai aux bagues B1 de l'enroulement A du rotor S du ohangeur de fréquence C une fréquence f2 différente de celle du réseau j plus petite ou plus grande suivant que ce rotor S tourne dan le même sens ou en sens inverse du rotor auxiliaire r.
La ma oui ne C travaille à la fois par son primaire son secondaire comme transformateur de phase, et son rotor p cipal S travaille en outre en changeur de fréquence.
Lorsque la fréquence f2 est supérieure à f1, le oh geur de fréquence C absorbe au réseau la fraction de puissan qui est transformée par induotion de la fréquence fi à la fr quenoe f2, ainsi que la puissance qui est fournie à l'enroul ment d2 du moteur M au travers de l'interrupteur i.
A titre d'exemple, un changeur de fréquence C à 8 ] et un moteur iL à 3 polarités (ou aeux moteurs en cascade) à vitesses 1500, 750, 500 t/m., permettraient d'obtenir les fro quences suivantes, qui corresponaent aux vitesses de synchroi me en partant d'un réseau 25 à 50 périodes :
0,33, 83,100, 150 périodes.
La fréquence de 50 est obtenue par immobilisation du rotor principal S ou prise directement au stator du changeur C; le* fréquences intermédiaires peuvent être obtenues par l'inserti du rhéostat de glissement Rh. Les fréquences économiques sont
50, 83, 100, 50 périodes.
Le moteur k à 3 polarités peut, par exemple, être réalisé en diphasé au moyen de deux enroulements séparés sur chaque organe: un premier enroulement diphasé pour 4 et 8 pôl ayant 8 bornes suivant un couplage oonnu,et un deuxième enrou ment diphasé de puissance réduite pour 12 pôles à 4 bornea,
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Le rotor du moteur !.. peut être prévu pour le oont rhéostatique à une ou deux polarités seulement, le bobinage trouvant automatiquement en oourt-oirouit à certaines polar suivant l'une des méthodes oonnues.
On peut bobiner les enroulements du changeur C et du moteur M en triphasé ou intercaler entre le stetor du en geur C et le moteur M un transformateur de phases pour util l'un des couplages connus à plusieurs polarités. Dans le oa. bobinage des stators en triphasé, la fréquence fi néoessair- l'alimentation des moteurs triphasés qui sont alimentés par groupe peut être obtenue directement au stator du changeur ( l'enroulement du rotor principal étant ouvert.
La fig.2 indique les moyens permettant de command( le ralentissement et Immobilisation du moteur M en vue de régler la fréquence f2. Sur cette figure, on a supposé que stators de @ et de C sont bobinés en triphasé.
D'abord, le champ tournant statorique de il est inv par l'inverseur I, son rotor s étant fermé sur des résistanc R, ce qui provoque un couple réglable de freinage ; phase d'alimentation qui est reliée au changeur de fréquence par i ensuite interrompue, et pour immobiliser complètement le mot sa tension statori4ue est appliquée à ses bagues b, par l'in médiaire d'un transformateur approprié T et d'une résistance optima, fixe ou réglable.
A cet effet, les bagues b du moteur A sont reliées par l'intermédiaire de résistances réglables R à un interrup tripolaire D à deux positions (ou commutateur) qui, dans la position de droite représentée sur la fig.2, relie entre ell les extrémités de ces résistances; dans sa position de gauch les relie aux bornes du transformateur T dont l'autre enroul ment est connecté au stator d. L'inverseur I permet de crois. les connexions qui relient le stator d du moteur à la ligne d'alimentation du réseau primaire ayant la fréquence primair. f- etla tension U.
Pour freiner le moteur H, on inverse 1. champ tour.
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du stator d au moyen de l'inverseur I et on règle les réais
R du rotor s, l'interrupteur tri polaire D étant à droite. mettant ensuite à gauone, on insère dans le cirouit des ba b en dehors des résistances R convenablement réglées, égal le transformateur T, de sorte que la tension du stator d e appliquée au rotor, et on ouvre l'interrupteur i.
Dans ces conditions, le moteur il est immobilisé, pour augmenter le couple qui le maintient immobile, on peu réduire les résistances R.
Les manoeuvres ci-dessus, qui dépendent de la vit de la tension ou de la fréquence du rotor s, peuvent être e feotuées par des contacteurs, commandés par un arbre à came par exemple ou actionnés par des relais ou par tout autre c positif de oommande.
Si les tensions du rotor s et du stator d sont ég on peut supprimer le transformateur T et se contenter de ré tances R seules, réglables ou ayant une valeur fixe appropr
Le système de réglage récrit, applicable pour n'i porte quel nombre de phases, peut également s'appliquer au changeur de fréquence C : dans ce cas l'énergie électrique passe directement du rotor ,; au stator p, ces .eu. organes . connectés électriquement comme il a été exposé pour le motet
Le groupe décrit peut être alimenté en haute ou er basse tension. La transmission d'énergie est reversible; l'e gie peut passer également du réseau à fréquence f2 au réseat fréquence fi.
Ce transformateur de fréquence et de phase peut êt employé en particulier en traction monophasée pour alimente, fréquence variable des moteurs de traction asynchrones polyphasés d'un type quelconque, à rotor bobiné ou en court-circ ces moteurs attaquant les essieux-moteurs par simple ou doub réduction. La réalisation de ces moteurs peut par exemple êt facilitée par l'emploi de rotors à résistance qui est accrue automatiquement au démarrage, tels que des rotora ù double 0
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présentant une oaraotéristique cOuPlu-vitOsâe favorable.
Le facteur de puissance peut être réglé par l'exo tation à courant continu du rotor intermédiaire r du chang de fréquence, ce qui permet d'utiliser des moteurs de trac à grana entrefer alimentés au besoin à fréquence élevée et d'accroître leur flux au démarrage.
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R ' S Il -1,;
L'invention se distingue par l'application des 10. ci-dessous :
1- Groupe transformateur de fréquence et ae phase mono-pol. composé d'un moteur polyphasé et d'un changeur de fréquenct double rotor.
2- Le stator du moteur est connecté au stator du changeur @ fréquence.
3- Le moteur peut être un moteur unique à une ou plusieurs polarités ou une caaoade mécanique ou électrique de plusie@ moteurs à une ou plusieurs polarités.
4- Le facteur de puissance de l'ensemble et la tension aux bornes d'utilisation sont codifiées psr le réglage du coure continu d'excitation du rotor intermédiaire du changeur.
5- Un moteur à une seule vitesse peut être employé avec un varit.teur de vitesse d'un type connu.
6- Le variateur de vitesse peut être au type magnétique à r pération d'énergie de glissement .
7- Le stator du moteur d'entraînement est relié au réseau p maire par l'intermédiaire d'un inverseur ; est relié égal aux bagues par l'intermédiaire d'un transformateur éventuel relances rotoriques fixes ou réglables et d'un commutate pouvant couper le circuit et relier les résistances entre e.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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FREQUENCY AND PHASE TRANSFORMER GROUP
MONO-POLYPHASE The present invention relates to a mono-polyp group for transforming the frequency and phase of the current of a res
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single phase. In this group, the energy is transformed to faith; mechanically and electrically, and its adjustment is carried out by adjusting its speed.
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In the accompanying drawings, Fig.1 shows sOhematiQuE ment an exemplary embodiment of such a group and Fig.2 the storage of its couclande.
Following in Fig, 1, the group of the invention is COR [Installation of a polyphase motor? D of a known type whatsoever with several poles or variable speed, which can function ln! 6n'ratrioe mounted meonically on the shaft ' a word exchanger
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three-phase C. The prilll8ir 'ri P2 of oe changer C is connected to the single-phase network U at normal frequency fi, while the sec
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daire 3 has the shape of a rotor which rotates at a variable speed. This secondary comprises a normal polyphase winding A.
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The cuangeur C also comprises an auxiliary rotor r known type carrying a suitable winding e; this auxiliary rotor can rotate freely in the air gap on the shaft of the main rotor S.
The coil e can be supplied with direct current to the rings 32. ar the means of circuits coupled in parallel can play both the role of excitation winding and of weaver for the reverse field; it can be wound according to d very known diagrams, or also include one or more cages acting as a damper.
The intermediate rotor r rotates synchronously with 1 of the rotating fields in which the alternating chan due to the single-phase current supplied by U can decompose. The primary rotor S can rotate in the opposite direction of the un-damped field, or da
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the led sense; the two concentric rotors r eu ;; rotate either in the opposite direction to each other or in the same direction. A polyphase voltage and a frequency f2 appear at the rings Bi of the secondary winding A which depend on the speed of rotation of this member.
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The motor 1. which we will suppose two-phase for the simllhere. of the description, but which may include a three-phase coil, pa: example, is supplied on the one hand by the monopLased network U and on the other hand by the second free phase 1 "2 (the stator of the frequency changer C that it will also be two-phase.
At the airfield, the auxiliary rotor r of the 4U & nOe C frequency generator is ordered in speed so that a two-phase voltage appears at the stator. Motor 1 .: can then be supplied in a flexible way by closing switch 1 and starting. The C frequency cuanur stator supplies one per of the necessary electrical power to the motor, as will be explained below.
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The motors .. can have the form of a 001reader motor
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variable speed, of a motor with slip ring or short-circuit armature rotor, having one or more polarities etc ...
One can also use a single or multiple speed motor. its substantially constant or synchronous, causing chan; of frequency C at variable speed via a magnetic, mechanical or hydraulic clutch of a known type.
The magnetic clutch may have a coiled secondary, and a suitable machine, of the manifold type or the like, may be inserted into this secondary in order to recover the energy from g. seaent according to one of the couplings used with asynchronous motors.
It is also possible to provide a cascade motor with a second motor, the two motors possibly having one or two polarity, which makes it easy to obtain several operating speeds corresponding to the following couplings: main motor alone at each polarity , two motors in cascade with each polarity, single motor in cascade each polarity. These ouplag can be supplied directly or through a transformer at the terminals of the frequency changer C.
It is also possible, without departing from the scope of the invention, to provide an asynchronous motor associated either with a coll.ecteu machine of a known type which ensures a continuous speed variation o in steps without loss of energy in resistors of slide either with a commutator, so as to form a Kraeme group or else a double rotor motor in internal cascade or by coupling, in reality consisting of two motors each having or several polarities.
The motor M could also be a single-phase motor of any type, the stator of which would be connected only to the single-phase network.
One can use in all cases the known combinations facilitating the passage from one polarity to the other.
The operation of the described group can be explained as follows. When the two rotors r and S turn in 1 opposite directions, one cotient, between the frequencies f1 of the d
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bucket U and f2 of secondary A of changer C, the following relation:
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pi being the polarity of the frequency changer C p2 the polarity used of the motor L (if it is made with more polarity).
When the rotor S is stationary, the frequency f2 is equal to the supply frequency fi of the stator. As the speed increases, the frequency f2 increases as in an ordinary induction heater.
Leaving aside the power transmitted to the uio
Li by the stator of the changer C, we obtain: Pm - Ps (1 - f1 / f2
Ps is the load on the secondary S and Pm is the power supplied by the motor.
The total power Ps - Pc + Pm, where Pe is the power transformed directly in the changer C.
It should be noted that the polyphase voltage of frequency le to that of the power supply network can be obtained at the bo of the stator either directly or by means of a tr. trainer, if the secondary of the C changer is open and the r, intermediate rotates synchronously.
One can, of course, momentarily obtain a frequency f2 lower than the primary frequency fi by driving the ro S in the same direction as the intermediate rotor r. jans this ca. the main rotor '6 of the changer C provides all of the secondary heat and additional power on the shaft is recovered from the network by the Lictor M.
As shown in Fig.l, the stators of the macuines and C respectively carry two-phase windings d1, d2 Pi, P2, whose pleats di and P1 are connected to the network U.
Phase P2 of the frequency changer is, according to one of the known methods (inductance, capacitance, resistance, etc.), used to speed up the auxiliary rotor r.
As soon as this auxiliary rotor is synchronized, the winding P2 is connected to the winding d2 by the switch i and the al
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The stator of the motor! 4 is provided in two-phase.
The engine is then started like a norma engine. having a rotor with rings s and an external rheostat Rh. This rheostat can also be used to vary the speed of operation on the market.
As soon as the rotor of this motor L turns, it appears to the rings B1 of the winding A of the rotor S of the frequency exchanger C a frequency f2 different from that of the network j smaller or larger depending on whether this rotor S turns in the same or opposite direction of the auxiliary rotor r.
Ma yes ne C works both through its primary and secondary as a phase transformer, and its main rotor S also works as a frequency changer.
When the frequency f2 is greater than f1, the frequency ohter C absorbs from the network the fraction of power which is transformed by induction from the frequency fi to the frequency f2, as well as the power which is supplied to the winding d2 of motor M through switch i.
For example, a frequency changer C at 8] and an iL motor with 3 polarity (or two motors in cascade) at speeds 1500, 750, 500 rpm., Would make it possible to obtain the following frequencies, which correspond to the synchronization speeds starting from a 25 to 50 period network:
0.33, 83,100, 150 periods.
The frequency of 50 is obtained by immobilizing the main rotor S or taking it directly from the stator of the changer C; the * intermediate frequencies can be obtained by inserting the Rh slip rheostat. The economic frequencies are
50, 83, 100, 50 periods.
The motor k with 3 polarity can, for example, be produced in two-phase by means of two separate windings on each member: a first two-phase winding for 4 and 8 poles having 8 terminals according to an unknown coupling, and a second two-phase power winding reduced for 12 poles to 4 terminals,
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The rotor of the motor! .. can be provided for rheostatic operation with one or two polarities only, the winding being automatically short-circuited at certain polarities according to one of the methods oonnues.
It is possible to wind the windings of the changer C and of the motor M in three-phase or interpose between the stetor of the generator C and the motor M a phase transformer for using one of the known couplings with several polarities. In the oa. winding of the stators in three-phase, the frequency fi neoessair- the power supply of the three-phase motors which are supplied by group can be obtained directly from the stator of the changer (the winding of the main rotor being open.
Fig.2 indicates the means for controlling (slowing down and immobilizing the motor M with a view to adjusting the frequency f2. In this figure, it is assumed that the stators of @ and of C are three-phase wound.
First, the rotating stator field of il is inverted by the inverter I, its rotor s being closed on resistors R, which causes an adjustable braking torque; power supply phase which is connected to the frequency changer by i then interrupted, and to completely immobilize the word its stator voltage is applied to its rings b, by the intermediary of an appropriate transformer T and an optimum resistance, fixed or adjustable.
For this purpose, the rings b of the motor A are connected by means of adjustable resistors R to a three-pole interrupter D with two positions (or switch) which, in the right-hand position shown in fig. 2, connects them between ends of these resistors; in its left position connects them to the terminals of the transformer T, the other winding of which is connected to the stator d. The inverter I makes it possible to cross. the connections which connect the stator d of the motor to the supply line of the primary network having the primary frequency. f- and the voltage U.
To brake the H motor, reverse 1. turn field.
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of the stator d by means of the inverter I and the reactors are adjusted
R of rotor s, the tri-polar switch D being on the right. then putting in gauone, one inserts in the cirouit of ba b apart from the resistors R suitably adjusted, equal to the transformer T, so that the tension of the stator d e applied to the rotor, and one opens the switch i.
Under these conditions, the motor is immobilized, to increase the torque which keeps it stationary, we can reduce the resistances R.
The above maneuvers, which depend on the speed of the voltage or the frequency of the rotor s, can be carried out by contactors, controlled by a camshaft for example or actuated by relays or by any other positive c of order.
If the voltages of the rotor s and of the stator d are equal, the transformer T can be omitted and be satisfied with R re tances alone, adjustable or having an appropriate fixed value.
The rewritten adjustment system, applicable for any number of phases, can also be applied to the frequency changer C: in this case the electrical energy passes directly from the rotor,; at the stator p, these .eu. organs. electrically connected as it was exposed for the motet
The group described can be supplied with high or low voltage. The energy transmission is reversible; the e gy can also switch from the network at frequency f2 to the network at frequency fi.
This frequency and phase transformer can be used in particular in single-phase traction to supply, variable frequency polyphase asynchronous traction motors of any type, with wound rotor or by short-circuiting these motors attacking the driven axles by single or double reduction. The production of these motors can for example be facilitated by the use of resistance rotors which is automatically increased at start-up, such as double 0 rotors.
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presenting a favorable cOuPlu-vitOsâe oaraoterism.
The power factor can be adjusted by the direct current exo tation of the intermediate rotor r of the frequency change, which makes it possible to use large air gap trac motors supplied as needed at high frequency and to increase their flux at start-up.
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R 'S Il -1 ,;
The invention is distinguished by the application of the 10. below:
1- Frequency transformer group and mono-pol phase. composed of a polyphase motor and a double rotor frequency changer.
2- The motor stator is connected to the stator of the @ frequency changer.
3- The motor can be a single motor with one or more polarities or a mechanical or electrical caaoade of several motors with one or more polarities.
4- The power factor of the assembly and the voltage at the operating terminals are coded by the adjustment of the continuous excitation current of the intermediate rotor of the changer.
5- A single speed motor can be used with a speed variator of a known type.
6- The variable speed drive can be of the magnetic type with sliding energy reperation.
7- The stator of the drive motor is connected to the p mayor network via an inverter; is connected equal to the rings via a possible transformer fixed or adjustable rotor relays and a commutate able to cut the circuit and connect the resistances between e.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.