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PERFECTIONNEMENTS DANS LES INSTALLATIONS DE MOTEUR ELECTRIQUE.
L'invention a trait à une installation de moteur électrique pour des machines mues électriquement du genre qui est appelé à fonctionner à volonté à grande vitesse ou à une vitesse relativement lente et qui présen- te l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
1) la machine est susceptible d'être calée sous l'effet de la charge ;
2) la machine est exposée à une force extérieure telle que la pesanteur, le vent ou les marées et en conséquence peut s'emballer ou s'in- verser quand la force d'entraînement ou de freinage cesse;
3) elle possède une importante inertie.
Une machine possédant les deux premières caractéristiques sera un cabestan d'ancre de navire qui peut avoir à fonctionner avec la possibi- lité de se bloquer tandis qu'il arrache l'ancre à son berceau pendant que le navire est dans des eaux calmes, qui est également exposé à des forces exté- rieures lorsque l'ancre est arrachée et que le navire est exposé aux vagues, au vent ou à la marée et enfin qui est soumis à l'action de la pesanteur pen- dant que l'ancre est levée. Un exemple d'une machine possédant la troisième caractéristique est le séparateur centrifuge qui doit fonctionner normalement à grande vitesse puis à d'autres moments conserver une vitesse de travail len- te avec une vitesse stable quelles que soient les variations importantes de la charge, par exemple en période de brassage.
On a souvent pensé qu'il était essentiel de fournir aux machines de ce type, et spécialement aux machines de levage, du courant continu de fa- çon à pouvoir employer un moteur à courant continu en raison de la facilité qu'il y a, avec ce genre de moteur, par comparaison avec le moteur à courant alternatif, de le faire travailler avec un champ de variations de vitessesé- tendu. Pour les cas plus difficiles où il faut obtenir une vitesse lente et une stabilité de vitesse, quelles que soient les variations de charge; on emploie fréquemment le Ward-Leonard ou un système équivalent à tension varia- ble.
Si l'on emploie un moteur à induction à vitesses multiples, à cage d'écu-
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reuil du type à changement de pôle pour des charges qui possèdent une gran- de inertie, et en particulier pour des machines de levage ou de traction,, les changements de vitessessont brutaux et, comme pour ces machines, le champ des vitesses est en gênerai étendu, les chocs dûs au changement de vitesse ne peu- vent pas être effectivement assortis par l'emploi d'un accouplement turbo-hy- draulique entre le moteur et le mécanisme de réduction de vitesse :
eneffet d'un côté un accouplement établi pour avoir un bon rendement à la vitesse mi- nimum possédera une possibilité de couple de transmission beaucoup trop élevée à la vitesse maximum et, d'autre part, un accouplement établi pour avoir un bon rendement à la vitesse maximum aura une possibilité de couple insuffisante à la vitesse minimum, s.e bloquera sous l'effet de la charge ou sera exposé à un glissement excessif.
Si l'on emploie des engrenages de changement de vitesse dans une machine du type auquel il a été fait allusion, placée entre le moteur et la charge, on a le désavantage que le couple de calage ou bloquage est facheuse- ment augmenté pendant la marche avec les engrenages de petite vitesse. Cet inconvénient n'est pas diminué de façon sensible si l'on introduit un accou- plement turbo-hydraulique entre le moteur et le mécanisme de changement de vi- tesse.
L'un des objets de la présente invention est de fournir une ins- tallation de moteur électrique perfectionnée pouvant fonctionner sur le cou- rant alternatif et dans laquelle la différence entre le couple de pleine char- ge et le couple de calage n'est pas grandement influencée par le changement des rapports de vitesse, comme c'est le cas pour les différents systèmes qui vien- nent d'être indiqués.
En d'autres termes, l'un des objets de l'invention est de fournir un système de commande dans lequel on peut obtenir un rapport de vites- se élevé pour conduire un chargement en marche lente tout en conservant l'avan- tage d'avoir un rapport de couples de calage qui ne varie pas largement comme entre les conditions de grande et de petite vitesse, ce qui est particulièrement important dans les machines auxquelles on demande de travailler à certains mo- ments à une vitesse lente.et presque rampante et pour lesquelles en conséquen- ce les systèmes d'engrenages habituels pourraient produire des efforts de cala- ge dangereux.
Un autre objet est de fournir des conditions de travail .favorables pour le moteur en ce qui concerne les possibilités d'échauffement et de refroi- dissement naturel quand la marche au ralenti extrême est réalisée sous l'action d'un couple élevé et même quand le chargement est immobilisé.
D'autres objets sont de réaliser une caractéristique stable de vi- tesse-couple à la fois aux grande et petite vitesses à la fois lorsque le moteur travaille ou tourne à vide.
Un autre objet est de permettre de restituer une partie substantiel- le de l'énergie représentée par le freinage au réseau du courant alternatif en sorte que la consommation totale d'énergie aussi bien que le travail et l'usure des freins mécaniques sont réduits.
Dans le brevet anglais n 399. 223 il a été proposé d'utiliser une installation de moteur électrique comportant deux moteurs électriques semblables à vitesse constante entraînant par des arbres co-axiaux des pignons de différen- te taille d'un mécanisme différentiel qui transmet l'impulsion à un élément en- traîné, cette disposition ayant pour conséquence que : 1 ) lorsque les moteurs tournent en sens inversent,l'élément entraîné doit tourner à vitesse lente; 2 ) lorsque l'un des moteurs est désamorcé et freiné tandis que l'autre continue à tourner, l'élément entraîné tourne avec la vitesse intermédiaire et que 3 ) lors- que les deux moteurs tournent dans le même sens, l'élément entraîné tourne à gran- de vitesse.
Par la suite, dans le brevet anglais n 427 868 il a été proposé de mo- difier la disposition du brevet n 399.223 en employant deux moteurs à cage d'écu-
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reuil dont l'un des deux a une seule vitesse constante et l'autre comporte des enroulements disposés de façon à donner à volonté deux vitesses cons- tantes de façon à pouvoir obtenir la possibilité de choisir entre cinq dif férentes vitesses de l'élément entraîné, en maintenant le moteur à vitesse constante en marche et en agissant sur le moteur à deux vitesses de la fa- çon qui est indiquée dans le tableau suivant :
EMI3.1
<tb> Vitesse <SEP> du <SEP> moteur. <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> l'élément <SEP> entraîné.
<tb>
<tb>
Grande <SEP> vitesse <SEP> en <SEP> arrière <SEP> 1 <SEP> (plus <SEP> petite <SEP> vitesse)
<tb> Petite <SEP> vitesse <SEP> en <SEP> arrière <SEP> 2
<tb> Désamorcé <SEP> et <SEP> freiné <SEP> 3
<tb> Petite <SEP> vitesse <SEP> en <SEP> avant <SEP> 4
<tb> Grande <SEP> vitesse <SEP> en-avant <SEP> 5 <SEP> (plus <SEP> grande <SEP> vitesse)
<tb>
Ces propositions n'ont pas été adoptées à l'échelle commerciale.
Les mécanismes qui ont été décrits dans ces brevets n'ont pas fonctionné de façon satisfaisante attendu que les moteurs ne pouvaient pas débiter convena- blement lorsqu'ils étaient montés en parallèle. Les caractéristiques du couple/ glissement, dans leur pointe, sont telles, pour les moteurs à cage d'écureuil du type normal, que,, lorsque l'on passe de la vitesse intermédiaire dans la- quelle un seul moteur est en marche à une vitesse plus élevée pour laquelle les deux moteurs tournent, il arrive en pratique que l'un des moteurs travail- le sur le mauvais côté de la pointe de sa courbe caractéristique, en sorte qu'il tourne avec un glissement anormalement élevé et un courant dans le sta- tor excessif,
tandis que l'autre moteur tourne dans le voisinage de sa vites- se maximum avec un chargement normal en ampèreso La situation est meilleure avec la plupart des moteurs à cage d'écureuil du type à couple élevé qui pos- sèdent aussi une caractéristique assez pointue de leur courbe couple/vitesse.
Conformément à la présente invention, une installation de moteur électrique comprend un différentiel mécanique ayant deux éléments d'entrée qui seront désignés ci-après par élément d'entrée A et élément d'entrée B, et un élément de sortie, un dispositif pour assembler l'élément de sortie à la charge, un moteur à courant alternatif (désigné ci-après comme le moteur A) du type à vitesse synchrone (c'est-à-dire un moteur à induction ou un moteur synchrone) une liaison d'entraînement entre le moteur A et l'élément d'entrée A, un moteur à induction.pour le courant alternatif (dénommé ci-après moteur B), une liaison d'entraînement entre le moteur B et l'élément d'admission B,
le moteur B au moins étant capable d'avoir au moins deux vitesses de marche nbrmale (c'est-à- dire des vitesses synchrones égales dans deux sens de rotation ou deux diffé- . rentes vitesses synchrones dans le même sens de rotation), enfin un accouple- ment turbo-hydraulique interposé dans l'une de ces liaisons d'entraînement. Il est préférable de disposer cet entraînement turbo-hydraulique entre le moteur A et l'élément d'entrée A Dans une variante un second accouplement turbo-hy- draulique peut être interposé dans l'autre des liaisons d'entraînement. L'ins- tallation comporte un système de commande commun pour les moteurs permettant de choisir différentes combinaisons de conditions de travail des éléments d'en- trée.
Avec cette disposition on peut choisir les caractéristiques de l'accouplement hydraulique de la façon connue, c'est-à-dire en' choisissant une quantité appropriée du liquide de travail de telle sorte que, lorsque la con- dition de travail passe soit d'une vitesse lente avec les moteurs A et B tour- nant en sens inverse ou de la vitesse intermédiaire avec le moteur A tournant seul, à une vitesse élevée pour laquelle les deux moteurs tournent dans le mê- me sens,un glissement suffisant sera imposé à l'accouplement hydraulique pour permettre aux deux moteurs de tourner sur la partie montante de leur courbe caractéristique donnant le rapport de l'augmentation de couple à la diminution de vitesse (c'est-à-dire l'augmentation du glissement du moteur).
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L'un ou les deux moteurs peuvent être d'un modèle capable de produire un couple de démarrage élevé et peuvent être démunis de commande manuelle de la résistance du rotor. Un couple de démarrage élevé satisfai- sant peut; par exemple, être un couple qui soit égal à une fois et demie ou deux fois le couple de pleine charge normale. Un modèle de moteur ayant ce couple de démarrage élevé est le moteur à cage d'écureuil, à couple éle- vé, du type courant c'est-à-dire possédant un rotor à double enroulement.
Un autre modèle de moteur ayant un couple de démarrage élevé satisfaisant est le moteur à bagues dans lequel la résistance du rotor est commandée au- tomatiquement à l'aide d'un relais qui est disposé pour arrêter cette ré- sistance du rotor automatiquement lorsque le moteur accélère.
Lorsque le moteur B est relié à l'élément d'entrée B directement ou par l'intermédiaire d'un accouplement turbo-hydraulique du type à remplissa- ge constant, et lorsque l'installation doit entraîner une charge ayant une grande inertie, il est nécessaire de donner au moteur B des dimensions telles, par rapport à celles du moteur A, qu'il soit capable d'accélérer malgré le
EMI4.1
couple maximum qui peut lui être' *appliqué,eh raison" de Traction 'sur'lê'différen- tiel du couple produit par le moteur A et cela pour une raison qui sera ex- pliquée plus tard.
Dans la plupart des applications de ce dispositif perfectionné, il est à souhaiter où il est nécessaire de prévoir un dispositif de commande de frein que l'on puisse manoeuvrer à la main sur l'élément d'entrée B. Dans des installations conformes à l'invention, lorsque l'élément de sortie est susceptible de s'emballer, par exemple sous l'influence de la pesanteur et quand la charge n'est pas pourvue d'un frein indépendant, comme c'est le cas pour une machine de levage ou d'enroulement, on peut prévoir un système de freinage supplémentaire qui sera également eommandé par la commande commune :
il est préférable que ce freinage s'applique à la chargea Cette commande peut permettre de réaliser une situation dans laquelle le frein sur l'élément d'en- trée B n'agit pas, le frein sur la charge est serré et l'un des deux moteurs est amorcé tandis que l'autre tourne à vidé en sorte que les moteurs peuvent être ainsi refroidis.
Dans les installations du type habituel qui emploient un moteur à induction avec un dispositif de commande de vitesse il n'est pas avantageux et même parfois il est dangereux sur une machine à enroulement (levage, treuil ou grue) de déplacer le levier de contrôle de vitesse vers l'une de ces po- sitions de vitesses inférieures dans le but de réduire la vitesse avec un chargement négatif (c'est-à-dire un chargement qui s'emballe en raison de la pesanteur) attendu que le résultat obtenu est le contraire du résultat cherché et que la vitesse est augmentée.
Ce désavantage ne se présente pas dans le dispositif conforme à la présente in- vention et le déplacement du levier de commande vers une position de vitesse plus petite amène la réduction de la vitesse de déplacement du chargement, que ce chargement se déplace dans le sens positif ou dans le sens négatif.
Des réalisations de l'invention sont décrites à titre d'exemple avec références aux dessins schématiques dans lesquels : la figure 1 montre, en coupe partielle, un séparateur à force centrifuge dont le mécanisme d'entraînement est conforme à la présente inven- tion; la figure 2 est une coupe détaillée le long 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe détaillée d'une autre partie du même mécanisme; la figure 4 est un schéma de circuit pour l'appareil de commande du mécanisme représenté dans les figures 1 à 3 ; la figure 5 est un schéma d'un mécanisme d'entraînement conforme à l'invention convenant particulièrement à un treuil ou à une grue;
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la figure 6 est un diagramme schématique d'un dispositif de com- mande pour le mécanisme de la figure 5;
La figure 7 est un diagramme d'une autre forme de mécanisme pour treuil conforme à la présente inventiono
Le mécanisme d'entraînement que représente la figure 1 est porté sur un socle constitué par des colonnes 20 et des poutres 21 Une corbeille 22 de séparateur centrifuge est suspendue à un châssis 23 par l'intermédiaire d' un arbre 24, d'un joint universel 25 et d'un arbre 26, de la façon habituelleo - Un mécanisme différentiel, dont l'ensemble est représenté par 27, et dans lequel l'arbre 24 constitue l'élément-de sortie, possède deux éléments d'entrée coaxiaux,
les arbres SA et SB équipés respectivement de deux pignons d'angle 28 et 29 en prise avec des pignons planétaires 30 dans une cage plané- taire #1 La cage planétaire peut tourner sur des paliers fixes 32 et 33 et peut être entraînée par l'arbre 24 par l'intermédiaire de pignons d'angle 34 et 35.
Le pignon 34 constitue l'élément de sortie du mécanisme différentiel, il est fixé à demeure sur l'arbre 24 et présente un moyeu 36 qui avec le châssis 23 forme un palier de butée pour supporter le poids de la corbeille 22. Le mécanisme différentiel, dans cet exemple, est symétrique, en sorte que, si la cage planétaire 31 est maintenue immobile, les arbres d'entrée SA et SB doi- vent tourner avec des vitesses égales dans des directions contraires., Deux moteurs à cage d'écureuil MA et MD sont joints respectivemènt aux deux arbres d'entrée., Le moteur A est joint, par l'intermédiaire d'un accouplement turbo- hydraulique CA, à son arbre d'entrée SA.
Cet accouplement turbo-hydraulique est du type avec tube à aubes et est muni d'un refroidisseur d'huile 370 L'accouplement possède une roue mobile d'entraînement 38 fixée à l'arbre du moteur MA et une couronne mobile 39 fixée à l'arbre SA qui repose sur un pa- lier 40 du châssis 23 Un manchon 41 porte sur une console 42 et enserre l'ar- bre SA de façon étanche. Une coquille creusée 43 est fixée à la roue d'entraî- nement 38 et entoure tout l'arrière de la couronne mobile.
Une autre coquille 44, également fixée à la roue d'entraînement, constitue, avec la coquille 43, une chambre à aubes 45Des orifices de communication étranglés 46 conduisent de la périphérie du circuit de travail contenue dans la roue d'entraînement 38 et la coquille 43 jusqu'à la chambre aubes 45 Le manchon 41 passe à travers une ouverture centrale de la coquille 43 et, par un joint étanche, à travers une ouverture centrale de la coquille 44 et porte un tube à clapet 47 qui communique avec un tuyau d'évacuation 48 conduisant au dispositif de re- froidissement 37 Un tuyau de retour 49, partant du dispositif de refroidisse- ment communique avec une ouverture 50 dans le manchon qui ouvre dans la cham- bre de travail de l'accouplement.
Quand la roue mobile d'entraînement tourne, les-aubes assurent une circulation continue de liquide à travers le refroidis- seur, puis dans l'accouplement, la quantité de liquide contenu dans cet accou- plement étant sensiblement constanteo
L'arbre SB est équipé d'un frein à friction puissant commandé élec- tromagnétiquement et disposé de façon à ce que normalement il soit en prise et se desserre lorsqu'il est amorcé électriquement. Ce frein porte un tambour 54 claveté sur l'arbre SB et coopérant avec une paire de patins de frein 55 qui sont portés par les leviers 56 et 56', montés à pivotement sur le chassis 23 et poussés l'un vers l'autre par un ressort de tension 57.
Un démarreur électro- magnétique 58 établi de façon à-ce qu'il se contracte lorsqu'il est amorcé est monté entre le châssis 23 et un bras d'un levier coudé 59 monté à pivot sur le levier 56 L'autre bras du levier coudé 59 est relié par une entretoise à pi- vot 60 au levier 560
Le moteur MB qui est réversible, est accouplé à l'arbre d'entrée SB par un accouplement turbo-hydraulique identique à l'accouplement CA, sauf en ce, étant donné qu'il doit tourner dans deux directions, son tube à clapet
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47' (fig.3) possède deux embouchures 51 et 52 commandées par une soupape automatique à deux voies 53 qui empêche le liquide entraîné par l'un des clapets de s'échapper librement, par l'autre ouverture.
Le moteur MB est susceptible de développer dans sa période d'accélération, un couple plus grand que-le couple maximum que peut déve- lopper le moteur MA, l'excédent,de couple étant au moins égal au couple de friction dans le mécanisme différentiel. Le moteur A tourne à mille tours par minute (vitesse synchrone) et n'est pas réversibleo Le moteur B tourne à 750 tours par minute, (vitesse synchrone) et, ainsi qu'il a déjà été dit, est réversible.
Une commande à tambour commune aux moteurs et au frein est re- présentée par le circuit schématique conventionnel de la figure 4: cette fi- gure montre que le tambour peut être manoeuvré de façon à réaliser les con- ditions de travail indiquées dans le tableau 1 pour une marche sans charge avec des vitesses synchrones :
TABLEAU 1.
EMI6.1
<tb>
Condition <SEP> de <SEP> marche <SEP> Vt <SEP> mA <SEP> Vt <SEP> Mb. <SEP> Vt.roue <SEP> 34
<tb>
<tb> (0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb> arrêt <SEP> (C <SEP> +750 <SEP> à <SEP> vide <SEP> - <SEP> 750 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lère <SEP> vitesse <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 125
<tb>
<tb> 2ème <SEP> vitesse <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500
<tb>
<tb> 3ème <SEP> vitesse <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875
<tb>
Pendant le démarrage de la charge ou pendant la période "d'agita- tion", à la première vitesse, le secteur a peu à fournir puisque le moteur MB récupère.
Pendant la période de ralentissement de la charge, une quantité appré- ciable d'énergie sera restituée à la ligne lorsque l'on descendra à la seconde vitesse,, Lorsque l'on fait le passage de la seconde vitesse à la première vi- tesse, la puissance développée par le moteur A-est presque suffisante pour four- nir la puissance absorbée par le moteur B et, par suite, la puissance fournie par la ligne est faible. Les secousses de la charge qui résultent de l'applica- tion du frein ou de la mise en prise du moteur MB sont amorties par l'accouple- ment turbo-hydraulique CA.
Avec cette conduite, les accouplements turbos-hydrau- liques CA et CB travaillent à des vitesses normales attendu que les caractéris- tiques couple/vitesse sont choisies pour donner un bon amortissement même avec un faible glissement, pour une charge normale.
La position d'arrêt C du tableau 1 est celle dans laquelle le mo- teur MB seul est amorcé et le frein est desserré de sorte que lemoteur MA tour- ne à vide à la même vitesse que le moteur MB, mais en sens inverse, l'arbre de sortie restant immobile. De la sorte les deux moteurs peuvent être refroidis à un moment quelconque pendant le fonctionnement de la machine centrifuge.
La raison pour laquelle le moteur MB doit être susceptible d'accé- lérer sous l'effet d'un couple supérieur au couple maximum que peut fournir le moteur MA lorsque l'accouplement turbo-hydraulique CB est du type à capacité constante, est qu'il est indispensable d'être assuré que, lorsque le moteur MB est accéléré de façon à faire passer la charge de la deuxième à la troisiè- me vitesse,
le couple produit à l'arbre d'admission SB sera supérieur au cou- ple maximum qui peut être produit sur cet arbre d'admission par la réaction à travers le différentiel du couple dû au moteur MA et à l'accouplement CA en rai- son du glissement accru qui est imposé au moteur MA et à l'accouplement CA par l'accélération de l'arbre d'entrée SB résultant de la mise en marche du moteur MB
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L'exemple qui a été montré dans la figure 1 peut être modifié en remplaçant les accouplements à aubes CA et CB par des accouplements tur- bo-hydrauliques du type à réglage automatique tels que ceux qui sont décrits dans le brevet n 908.718. Dans une autre variante on peut simplifier la présentation en supprimant l'accouplement CB et en reliant directement le mo- teur MB à l'arbre d'entrée SB,
dans ce cas également, il est bien évident qu'il est essentiel que le couple du moteur MB dans son champ d'accélération soit supérieur au couple maximum que peut donner le moteur MA
Dans une autre modification de l'exemple de la figure 1, l'ac- couplement hydraulique CA, par exemple, peut être du type à commande d'aubes sans couronne,décrit dans le brevet n 836,
356 avec référence aux figures 1 et 2 de ce brevet et qui est muni d'un moyen de commande que l'on peut manoeu- vrer pendant le fonctionnement de l'accouplement pour modifier la quantité de liquide dans la chambre de travail et par suite les caractéristiques du glis- semento
Ceci permet de faire varier la vitesse d'agitation du séparateur centrifuge à la demande en opérant sur le glissement dans l'accouplement. A cause de la commande par différentiel il suffit d'un faible accroissement du glissement de l'accouplement pour faire baisser la vitesse de la corbeille cen- trifuge à la valeur demandée, par exemple à 5% de sa vitesse maximum. Dans ce cas, l'accouplement CB peut être remplacé par un accouplement turbo-hydraulique du modèle à traction.
L'installation de moteurs électriques que représente la figure 5 et qui convient à un treuil ou à une grue, comporte deux moteurs à induction MA et MB reliés respectivement aux arbres d'entrée SA et SB par des accouple- ments hydrauliques CA' et CB' du type à traction.
L'arbre SB est équipé avec un frein qui est monté comme cela est décrit dans la figure 2 et est muni d'un démarreur 58 La cage du différentiel 27 est reliée par un engrenage conique 1 à 1 à un arbre de sortie 61 lequel est relié par les engrenages de réduction 62 et 63 à un arbre à tambour 64 auquel est fixé un tambour pour l'enroulement d'un câble 65 et un tambour de frein 66 Ce frein à tambour coopère avec des freins tels que ceux qui ont été décrits dans la figure 2 et qu'il est possible de desserrer au moyen d'un démarreur électromagnétique 67.
La figure 6 est un diagramme schématique d'un circuit pour une commande à tambour de mécanisme de la figure 5, est disposé de façon à fournir, pour des vitesses synchrones, et sans chargement les conditions de travail qui sont indiquées dans le tableau 20
TABLEAU 11 @
EMI7.1
<tb> Positiono <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> MA <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> MB <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> l'arbre
<tb> R61
<tb>
<tb>
<tb> Levage <SEP> 3 <SEP> rapide <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875
<tb>
<tb> 2 <SEP> moyen <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500
<tb>
<tb> 1 <SEP> lent <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> -750 <SEP> + <SEP> 125 <SEP>
<tb> Refroidissement <SEP> C <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> 0
<tb>
<tb> Arrêt <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> Descente <SEP> 1 <SEP> lente <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750
<SEP> - <SEP> 125
<tb>
<tb> 2 <SEP> moyenne <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 500 <SEP>
<tb>
<tb> 3 <SEP> rapide <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> -750 <SEP> - <SEP> 875
<tb>
Les vitesses de service en charge seront un peu plus basses au le- vage et un peu plus élevées à la descente en raison du glissement du moteur et du glissement de l'accouplement en charge.
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Si l'on n'a pas à faire usage de la position de refroidissement C le frein 66, 67 peut être remplacé par un frein commandé de la même manière sur l'arbre de sortie SA.
Dans une autre variante qui peut être employée par exemple pour un treuil,le moteur A tourne à mille tours par minute et le moteur B est du type à deux vitesses pouvant tourner à mille tours et quinze cents tours par minute. Le dispositif de commande peut être établi de façon à fournir, en sup- plément à la position d'arrêt, les vitesses de travail qui sont indiquées dans le tableau III ci-après.
TABLEAU 111
EMI8.1
<tb> Position. <SEP> Moteur <SEP> Ao <SEP> Moteur <SEP> Bo <SEP> Arbre <SEP> de <SEP> sortie <SEP> hors <SEP> chagre
<tb>
<tb>
<tb> Descente <SEP> lente
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> glissement <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> sous <SEP> l'action
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> la <SEP> pesanteur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Levage <SEP> (1 <SEP> vito <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> + <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ou <SEP> (2 <SEP> vit <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> +750
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> descente <SEP> (3 <SEP> vito <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> +1250
<tb>
Dans la descente lente par glissement avec la charge maximum si l'on'admet 3% pour le glissement du moteur et 3% pour le glissement de l'accou- plement, la vitesse réelle de l'arbre de sortie sera.
environ 1/20ème de la gran- de vitesse et aura une grande stabilité,
La disposition qui vient d'être décrite peut être modifiée en adop- tant pour le moteur B un moteur à deux vitesses, de 500 et 750 tours à la minute, avec le dispositif de commande réglé pour donner les vitesses indiquées dans le tableaù IV.
TABLEAU IV.
EMI8.2
<tb>
Position. <SEP> Moteur <SEP> . <SEP> Moteur <SEP> B <SEP> Arbre <SEP> de <SEP> sortie <SEP> sans <SEP> charge.
<tb>
<tb> lère <SEP> vite <SEP> + <SEP> 1.000 <SEP> -750 <SEP> + <SEP> 125 <SEP>
<tb>
<tb> zème <SEP> vit <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> - <SEP> 500 <SEP> +250
<tb>
<tb>
<tb> 3ème <SEP> vito <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500 <SEP>
<tb>
<tb> 4ème <SEP> vit <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> + <SEP> 500 <SEP> + <SEP> 750 <SEP>
<tb>
<tb> 5ème <SEP> vito <SEP> + <SEP> 1.000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875 <SEP>
<tb>
Dans les différents exemples qui ont été décrits,
le différentiel mécanique est symétrique et les deux moteurs sont capables de tourner à des vi- tesses différentes respectivemento Il peut néanmoins être avantageux d'employer deux moteurs semblables et deux accouplements turbo-hydrauliques semblables avec un différentiel mécanique asymétrique.
Par exemple l'installation de la figure 7 qui convient à un treuil possède deux moteurs réversibles MA et MB ayànt'cha- cun une vitesse synchrone de 1,000 tours par minute et entraînant respectivement par l'intermédiaire des accouplements turbo-hydrauliques CA' et CB, et des en- grenages de réduction à vis sans fin GA et GB les arbres d'entrée co-axiaux SA et SB d'un différentiel mécanique symétrique.
Les engrenages de réduction sont semblables sauf que le rapport de GA est par exemple de 4 à 1 et celui de GB 5 à 1 L'arbre d'entrée de l'engrenage GB est équipé avec un frein pouvant être desseré électromagnétiquement, 54, 580 L'arbre de sortie 68 du différentiel est relié directement au tambour d'enroulement de la corde du treuil 65 et au'frein à tambour 660 Un frein pouvant être desseré électromagnétiquement 69, 70 peut être installé sur l'arbre d'entrée de l'engrenage GA à la place de ou en sup- plément du frein à tambour 66, 67 Le dispositif de commande peut être organi-
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se de façon à donner pour une charge nulle les vitesses qui sont indiquées dans le tableau V TABLEAU V
EMI9.1
<tb> Position.
<SEP> MA <SEP> SA <SEP> MB <SEP> SB <SEP> Arbre <SEP> 68
<tb>
<tb> levage <SEP> (lère <SEP> vito+1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> + <SEP> 25 <SEP>
<tb>
<tb> ôu <SEP> (2ème <SEP> vit.+1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +125
<tb>
<tb> descente <SEP> (3ème <SEP> vito+1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 200 <SEP> +225
<tb>
Un autre exemple d'une commande par engrenage mécanique asymé- trique, appliquée à un séparateur centrifuge fait usage de deux moteurs à ca- ge d'écureuil A et B de force respective de 10 CV et de 7 1/2 CV en régime continu ayant une vitesse synchrone de 1.000 tours par minuteo Le moteur A entraîne un arbre d'entrée d'un mécanisme différentiel par l'intermédiaire d'un accouplement turbo-hydraulique du type à traction de 12,75 incho (307 mm)
et un engrenage de réduction ayant un rapport de 3'1/2 à 1 Le moteur B est réversible et entraîne par l'intermédiaire d'un accouplement semblable et d'un engrenage de réduction du rapport de 4,67 à 1 l'autre arbre d'entrée du méca- nisme différentiel. Ce différentiel est du modèle à engrenage conique symétri- que, la cage planétaire étant reliée à l'arbre-de sortie par un engrenage de multiplication de vitesse conique ayant un rapport 1 à 4,1250 Un frein :
qui - agit sur l'arbre d'entrée entrains par le moteur B est du type à colonne, serré par un ressort et desserré électromagnétiquement, avec un tambour de 15 incho (380 mm)o Cette disposition permet d'obtenir'une vitesse maximum de 950 tours par minute pour l'arbre de sortie, à pleine charge, avec les moteurs A et B tournant dans la même direction. Quand le moteur A tourne en avant et que le moteur B est inversé on obtient une vitesse d'agitation d'environ 70 tours à la minute.
Il est par suite évident que l'on peut obtenir un très grand choix de
EMI9.2
vitesses 'sans a-vbïÈ.:besoi-n de renverser la-'1Darèhe ils- T'un ds moteurs pour un changements entre el:teses:ue3.ineso
Dans les exemples précédents, bien que la petite vitesse réalisée comme vitesse initiale n'est qu'une petite fraction de la vitesse maximum, le ou les accouplements turbo-hydrauliques tournent toujours à une vitesse nor- male et par suite avec un faible glissement, et des valeurs normales de couple pour l'arrêt ou les amortissements de secousse, caractéristiques particulière- ment utiles dans la conduite d'une charge descendante. Le frein qui est monte sur le tambour du treuil peut être également employé pour obtenir une ocmman- de du mouvement "pouce par pouce" quoique ce ne soit pas essentiel.
On voit donc que la présente invention donne satisfaction pour toutes les conditions requises pratiquement pour la commande de la vitesse que la charge soit moyenne, très lourde ou légère et permet au mécanisme d'entrai- nement de rester bloqué sur la vitesse la plus basse indéfiniment lorsqu'il est en charge, sans aucun risque de dommage, attendu que, même dans la position de blocage, les moteurs et les accouplements travaillent dans des conditions de glissement faibles et satisfaisants.
On peut calculer largement le ou les freins de façon quilssoient sans résistance pendant la marche, mais puissants en fonctionnement et qu'ils présentent ainsi une brève période de glissement. On réduit ainsi l'usure et lorsque l'on serre le frein qui travaille avec le moteur B, un glissement est imposé à l'accouplement turbo-hydraulique associé au moteur A qui est chargé positivement lorsque la machine entraînée accélère sa vitesse et est forcé de récupérer au contraire, lorsque le mouvement de la machine entrainée est ralen- ti
Le dispositif de commande'peut être disposé de façon à agir dans un ordre tel que, lorsque l'on accélère la marche de la charge, un moteur est mis en marche et le frein qui lui est-associé est desserré un instant plus tard de façon à laisser au moteur un peu de temps pour accélérer,
et cela en
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particulier lorsque ce moteur est associé à un accouplement turbo-hydrauliqueo Inversement lorsque l'on doit ralentir la marche de la charge, le frein est appliqué puis le moteur est branché un instant plus tard pour permettre l'action du frein de devenir effective avant que le couple du moteur ait cesséo
Lorsque l'on met en route, à la première vitesse, on peut prévoir un petit délai dans la commande de façon que l'un des moteurs soit mis en rou- te une seconde avant l'autre moteur pour éviter de superposer les pointes de courant:de démarrage des deux moteurs.
On voit donc clairement que la présente invention apporte une so lution pratique pour le problème qui consiste à assurer une récupération impor- tante de courant alternatif pendant le freinage pour des charges descendantes ou des charges possédant une grande inertie de ralentissemento L'invention per- met également d'obtenir une gamme étendue de vitessesà des intervalles conve- nables avec l'emploi d'éléments robustes et efficaces et sans courir le risque de créer des couples excessifs pendant les changements de vitesse ou d'avoir une vitesse instable, que la charge soit une charge positive ou une charge né- gativeo
REVENDICATIONS.
1 Installation de moteur électrique comprenant un différentiel à engrenages ayant deux éléments d'entrée (A-B) et un élément de sortie, un dispositif d'ac- couplement entre l'élément de sortie et la charge, un moteur à courant alterna- tif (A) du type à vitesse synchrone, une liaison d'entraînement entre ce moteur (A), et un élément d'entrée (A), un moteur à induction (B) pour courant alterna- tif, une liaison d'entrainement entre ce moteur (B) et le second élément d'entrée (B), ce second moteur (B),..au moins, possédant deux états de marche normale, en- fin un accouplement hydro-électrique intercalé dans l'une des liaisons d'entraine- ment.
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IMPROVEMENTS IN ELECTRIC MOTOR INSTALLATIONS.
The invention relates to an electric motor installation for electrically driven machines of the type which is called upon to operate at will at high speed or at a relatively slow speed and which has one or more of the following characteristics:
1) the machine is liable to be stalled under the effect of the load;
2) the machine is exposed to an external force such as gravity, wind or tides and as a result may overturn or overturn when the driving or braking force ceases;
3) it has significant inertia.
A machine having the first two characteristics will be a ship's anchor capstan which may have to operate with the ability to jam as it tears the anchor from its cradle while the ship is in calm waters, which is also exposed to external forces when the anchor is torn off and the ship is exposed to waves, wind or tide and finally which is subjected to the action of gravity while the anchor is lifting. An example of a machine having the third characteristic is the centrifugal separator which must operate normally at high speed and then at other times maintain a slow working speed with a stable speed regardless of large variations in the load, for example. example during brewing period.
It has often been thought that it is essential to supply machines of this type, and especially lifting machines, with direct current so that a direct current motor can be used because of the ease of use. with this type of motor, in comparison with the alternating current motor, to make it work with a wide range of speed variations. For more difficult cases where it is necessary to obtain a slow speed and a speed stability, whatever the load variations; the Ward-Leonard or an equivalent variable voltage system is frequently used.
If a multi-speed, ecu-cage induction motor is used,
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Pole change type threshold for loads which have a large inertia, and in particular for lifting or traction machines, the changes of speed are sudden and, as for these machines, the speed field is generally extended, the shocks due to the gear change cannot be effectively matched by the use of a turbo-hydraulic coupling between the engine and the gear reduction mechanism:
in effect, on the one hand, a coupling established to have good efficiency at minimum speed will have a possibility of transmission torque that is much too high at maximum speed and, on the other hand, a coupling established to have good efficiency at maximum speed. Maximum speed will have a possibility of insufficient torque at minimum speed, will jam under load, or be exposed to excessive slip.
If one employs speed change gears in a machine of the type referred to, placed between the motor and the load, one has the disadvantage that the stalling or blocking torque is greatly increased during operation. with the low speed gears. This drawback is not appreciably reduced if a turbo-hydraulic coupling is introduced between the engine and the gear change mechanism.
One of the objects of the present invention is to provide an improved electric motor installation capable of operating on alternating current and in which the difference between the full load torque and the stall torque is not. greatly influenced by changing gear ratios, as is the case for the various systems just shown.
In other words, one of the objects of the invention is to provide a control system in which a high speed ratio can be obtained to drive a slow moving load while retaining the advantage of. '' have a stall torque ratio which does not vary widely as between high and low speed conditions, which is particularly important in machines which are required to work at certain times at a slow and almost creeping speed and for which, consequently, the usual gear systems could produce dangerous setting forces.
Another object is to provide favorable working conditions for the engine with regard to the possibilities of natural heating and cooling when extreme idling is carried out under the action of high torque and even when the load is immobilized.
Other objects are to achieve a stable speed-torque characteristic at both high and low speeds both when the engine is running or idling.
Another object is to make it possible to return a substantial part of the energy represented by the braking to the alternating current network so that the total energy consumption as well as the work and wear of the mechanical brakes are reduced.
In British Patent No. 399. 223 it has been proposed to use an electric motor installation comprising two similar electric motors at constant speed driving, via co-axial shafts, pinions of different size of a differential mechanism which transmits the speed. impulse to a driven element, this arrangement having the consequence that: 1) when the motors turn in reverse direction, the driven element must turn at low speed; 2) when one of the motors is deactivated and braked while the other continues to rotate, the driven element rotates at intermediate speed and 3) when both motors rotate in the same direction, the driven element runs at high speed.
Subsequently, in British Patent No. 427,868 it was proposed to modify the provision of Patent No. 399,223 by employing two cage motors.
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reel of which one of the two has a single constant speed and the other has windings arranged so as to give two constant speeds at will so as to be able to obtain the possibility of choosing between five different speeds of the driven element , keeping the motor running at constant speed and acting on the two-speed motor as shown in the following table:
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<tb> Speed <SEP> of the motor <SEP>. <SEP> Speed <SEP> of the <SEP> element driven <SEP>.
<tb>
<tb>
High <SEP> speed <SEP> in <SEP> reverse <SEP> 1 <SEP> (plus <SEP> low <SEP> speed)
<tb> Small <SEP> speed <SEP> in reverse <SEP> <SEP> 2
<tb> Disarmed <SEP> and <SEP> braked <SEP> 3
<tb> Small <SEP> speed <SEP> in <SEP> before <SEP> 4
<tb> High <SEP> speed <SEP> forward <SEP> 5 <SEP> (plus <SEP> high <SEP> speed)
<tb>
These proposals have not been adopted commercially.
The mechanisms which have been described in these patents have not functioned satisfactorily since the motors could not deliver properly when they were connected in parallel. The torque / slip characteristics, at their peak, are such, for squirrel cage motors of the normal type, that when changing from intermediate speed in which only one motor is running to a higher speed at which the two motors are rotating, it happens in practice that one of the motors operates on the wrong side of the peak of its characteristic curve, so that it rotates with an abnormally high slip and current in excessive sta- tor,
while the other motor is running in the vicinity of its maximum speed with normal amperage loading o The situation is better with most squirrel cage motors of the high torque type which also have a fairly sharp characteristic of their torque / speed curve.
According to the present invention, an electric motor installation comprises a mechanical differential having two input elements which will be designated hereinafter by input element A and input element B, and an output element, a device for assembling the output element to the load, an AC motor (hereinafter referred to as motor A) of the synchronous speed type (that is, an induction motor or a synchronous motor) a connection of drive between motor A and input element A, an induction motor for alternating current (hereinafter referred to as motor B), a drive connection between motor B and intake element B,
the motor B at least being capable of having at least two nbrmal running speeds (that is to say equal synchronous speeds in two directions of rotation or two different synchronous speeds in the same direction of rotation), finally, a turbo-hydraulic coupling interposed in one of these drive links. It is preferable to have this turbo-hydraulic drive between the engine A and the input element A. In a variant, a second turbo-hydraulic coupling can be interposed in the other of the drive links. The installation has a common control system for the motors allowing to choose different combinations of working conditions of the input elements.
With this arrangement the characteristics of the hydraulic coupling can be chosen in the known manner, i.e. by choosing an appropriate amount of the working liquid such that when the working condition passes either d '' a slow speed with motors A and B turning in the opposite direction or at intermediate speed with motor A running alone, at a high speed for which the two motors turn in the same direction, sufficient slip will be imposed to the hydraulic coupling to allow the two motors to turn on the rising part of their characteristic curve giving the ratio of the increase in torque to the decrease in speed (i.e. the increase in the slip of the motor) .
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One or both motors may be of a model capable of producing high starting torque and may be devoid of manual control of the resistance of the rotor. A satisfactory high starting torque can; for example, be a torque that is equal to one and a half or two times the normal full load torque. A motor model having this high starting torque is the high torque squirrel cage motor of the common type, ie having a double winding rotor.
Another model of motor having a satisfactory high starting torque is the slip-ring motor in which the resistance of the rotor is controlled automatically by means of a relay which is arranged to stop this resistance of the rotor automatically when the rotor resistance is switched off. engine accelerates.
When the engine B is connected to the input element B directly or by means of a turbo-hydraulic coupling of the constant-filling type, and when the installation has to drive a load having a high inertia, it is necessary to give the engine B such dimensions, in relation to those of the engine A, that it is able to accelerate despite the
EMI4.1
maximum torque which can be '* applied to it, because of' Traction 'over' the differential of the torque produced by motor A and this for a reason which will be explained later.
In most applications of this improved device, it is desirable where it is necessary to provide a brake control device which can be operated by hand on the input element B. In installations conforming to the invention, when the output element is liable to run away, for example under the influence of gravity and when the load is not provided with an independent brake, as is the case for a lifting or rewinding, an additional braking system can be provided which will also be controlled by the common control:
it is preferable that this braking be applied to the loadea This command can make it possible to achieve a situation in which the brake on the input element B does not act, the brake on the load is applied and one of the two motors is started while the other is running empty so that the motors can be cooled as well.
In installations of the usual type which employ an induction motor with a speed control device it is not advantageous and even sometimes dangerous on a winding machine (hoist, winch or crane) to move the control lever of speed to one of these lower speed positions for the purpose of reducing the speed with a negative load (that is, a load that races due to gravity) as the result obtained is the opposite of the desired result and that the speed is increased.
This disadvantage is not present in the device according to the present invention and the movement of the control lever to a lower speed position results in the reduction of the speed of movement of the load, as this load moves in the positive direction. or in the negative sense.
Embodiments of the invention are described by way of example with reference to the schematic drawings in which: Figure 1 shows, in partial section, a centrifugal force separator, the drive mechanism of which is in accordance with the present invention; Figure 2 is a detailed section taken along 2-2 of Figure 1; Figure 3 is a detailed sectional view of another part of the same mechanism; Fig. 4 is a circuit diagram for the control apparatus of the mechanism shown in Figs. 1 to 3; Figure 5 is a diagram of a drive mechanism according to the invention particularly suitable for a winch or a crane;
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Figure 6 is a schematic diagram of a control device for the mechanism of Figure 5;
Figure 7 is a diagram of another form of winch mechanism according to the present invention.
The drive mechanism shown in Figure 1 is carried on a base formed by columns 20 and beams 21 A basket 22 of a centrifugal separator is suspended from a frame 23 by means of a shaft 24, a joint. universal 25 and a shaft 26, in the usual way - A differential mechanism, the assembly of which is represented by 27, and in which the shaft 24 constitutes the output element, has two coaxial input elements,
the SA and SB shafts respectively equipped with two angle gears 28 and 29 meshing with planetary gears 30 in a planetary cage # 1 The planetary cage can rotate on fixed bearings 32 and 33 and can be driven by the shaft 24 by means of angle gears 34 and 35.
The pinion 34 constitutes the output element of the differential mechanism, it is permanently fixed on the shaft 24 and has a hub 36 which together with the frame 23 forms a thrust bearing to support the weight of the basket 22. The differential mechanism , in this example, is symmetrical, so that if the planetary cage 31 is kept stationary, the input shafts SA and SB must rotate with equal speeds in opposite directions., Two squirrel-cage motors MA and MD are joined respectively to the two input shafts., The engine A is joined, by means of a turbo-hydraulic coupling CA, to its input shaft SA.
This turbo-hydraulic coupling is of the type with vane tube and is provided with an oil cooler 370 The coupling has a movable drive wheel 38 fixed to the shaft of the MA motor and a movable ring gear 39 fixed to the The shaft SA which rests on a bearing 40 of the frame 23 A sleeve 41 bears on a bracket 42 and encloses the shaft SA in a sealed manner. A hollow shell 43 is fixed to the drive wheel 38 and surrounds the entire rear of the movable ring gear.
Another shell 44, also fixed to the drive wheel, forms, with the shell 43, a vane chamber 45 Restricted communication orifices 46 lead from the periphery of the working circuit contained in the drive wheel 38 and the shell 43 to the vane chamber 45 The sleeve 41 passes through a central opening of the shell 43 and, through a tight seal, through a central opening of the shell 44 and carries a valve tube 47 which communicates with a pipe d discharge 48 leading to cooling device 37 A return pipe 49 from the cooling device communicates with an opening 50 in the sleeve which opens into the working chamber of the coupling.
When the movable drive wheel rotates, the vanes ensure a continuous circulation of liquid through the cooler, then in the coupling, the quantity of liquid contained in this coupling being substantially constant.
The SB shaft is fitted with a powerful electromagnetically controlled friction brake and arranged so that it normally engages and releases when electrically initiated. This brake carries a drum 54 keyed on the shaft SB and cooperating with a pair of brake pads 55 which are carried by the levers 56 and 56 ', pivotally mounted on the frame 23 and pushed towards each other by a tension spring 57.
An electromagnetic starter 58 set so that it contracts when fired is mounted between the frame 23 and one arm of an elbow lever 59 pivotally mounted on the lever 56 The other arm of the lever elbow 59 is connected by a pivot spacer 60 to the lever 560
The MB motor, which is reversible, is coupled to the SB input shaft by a turbo-hydraulic coupling identical to the CA coupling, except in that, since it must turn in two directions, its valve tube
<Desc / Clms Page number 6>
47 '(fig.3) has two mouths 51 and 52 controlled by an automatic two-way valve 53 which prevents the liquid entrained by one of the valves from escaping freely through the other opening.
The MB motor is liable to develop during its acceleration period a torque greater than the maximum torque which the MA motor can develop, the excess torque being at least equal to the friction torque in the differential mechanism . Motor A rotates at one thousand revolutions per minute (synchronous speed) and is not reversible o Motor B rotates at 750 revolutions per minute, (synchronous speed) and, as has already been said, is reversible.
A drum control common to the motors and to the brake is represented by the conventional schematic circuit in figure 4: this figure shows that the drum can be maneuvered so as to achieve the working conditions indicated in table 1. for a load-free operation with synchronous speeds:
TABLE 1.
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<tb>
Condition <SEP> of <SEP> on <SEP> Vt <SEP> mA <SEP> Vt <SEP> Mb. <SEP> Vt.wheel <SEP> 34
<tb>
<tb> (0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb> stop <SEP> (C <SEP> +750 <SEP> to <SEP> empty <SEP> - <SEP> 750 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1st <SEP> speed <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 125
<tb>
<tb> 2nd <SEP> speed <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500
<tb>
<tb> 3rd <SEP> speed <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875
<tb>
During the start of the charge or during the "shake" period, at first gear, the mains has little to supply as the MB motor recovers.
During the slowing down period of the load, an appreciable quantity of energy will be returned to the line when going down to the second gear, When changing from the second gear to the first gear , the power developed by the motor A-is almost sufficient to supply the power absorbed by the motor B and, consequently, the power supplied by the line is low. The load jerks which result from the application of the brake or the engagement of the MB motor are damped by the turbo-hydraulic coupling CA.
With this driving, the CA and CB turbo-hydraulic couplings operate at normal speeds as the torque / speed characteristics are chosen to give good damping even with low slip, for normal load.
The stop position C in table 1 is the one in which the MB motor alone is primed and the brake is released so that the MA motor runs empty at the same speed as the MB motor, but in the opposite direction, the output shaft remaining stationary. In this way the two motors can be cooled at any time during the operation of the centrifugal machine.
The reason why the MB motor must be capable of accelerating under the effect of a torque greater than the maximum torque which the MA motor can deliver when the turbo-hydraulic coupling CB is of the constant capacity type, is that 'it is essential to be assured that when the MB motor is accelerated so as to shift the load from second to third gear,
the torque produced at the intake shaft SB will be greater than the maximum torque that can be produced at this intake shaft by the reaction through the differential of the torque due to the MA motor and the AC coupling due to sound of increased slip which is imposed on the MA motor and AC coupling by the acceleration of the input shaft SB resulting from the starting of the MB motor
<Desc / Clms Page number 7>
The example which has been shown in Fig. 1 can be modified by replacing the CA and CB vane couplings with turbo-hydraulic couplings of the self-adjusting type such as those described in Patent No. 908,718. In another variant, the presentation can be simplified by eliminating the CB coupling and directly connecting the motor MB to the input shaft SB,
in this case also, it is obvious that it is essential that the torque of the motor MB in its acceleration field is greater than the maximum torque that the motor MA can give.
In another modification of the example of Figure 1, the hydraulic coupling CA, for example, may be of the vane-less crownless type, disclosed in Patent No. 836,
356 with reference to Figures 1 and 2 of this patent and which is provided with a control means which can be operated during the operation of the coupling to modify the quantity of liquid in the working chamber and consequently the characteristics of gliding
This makes it possible to vary the stirring speed of the centrifugal separator on demand by operating on the sliding in the coupling. Because of the differential control, a small increase in the sliding of the coupling is sufficient to lower the speed of the centrifugal basket to the required value, for example to 5% of its maximum speed. In this case, the CB coupling can be replaced by a turbo-hydraulic coupling of the traction model.
The installation of electric motors shown in figure 5 and which is suitable for a winch or a crane, comprises two induction motors MA and MB respectively connected to the input shafts SA and SB by hydraulic couplings CA 'and CB 'of the traction type.
The SB shaft is equipped with a brake which is mounted as described in figure 2 and is provided with a starter 58 The cage of the differential 27 is connected by a bevel gear 1 to 1 to an output shaft 61 which is connected by reduction gears 62 and 63 to a drum shaft 64 to which is fixed a drum for winding a cable 65 and a brake drum 66 This drum brake cooperates with brakes such as those which have been described in figure 2 and which can be loosened by means of an electromagnetic starter 67.
Figure 6 is a schematic diagram of a circuit for a drum drive mechanism of Figure 5, is arranged so as to provide, for synchronous speeds, and without loading, the working conditions which are shown in Table 20
TABLE 11 @
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<tb> Positiono <SEP> Speed <SEP> of <SEP> MA <SEP> Speed <SEP> of <SEP> MB <SEP> Speed <SEP> of <SEP> shaft
<tb> R61
<tb>
<tb>
<tb> Lifting <SEP> 3 <SEP> fast <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875
<tb>
<tb> 2 <SEP> medium <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500
<tb>
<tb> 1 <SEP> slow <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> -750 <SEP> + <SEP> 125 <SEP>
<tb> Cooling <SEP> C <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> 0
<tb>
<tb> Stop <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> Descent <SEP> 1 <SEP> slow <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 750
<SEP> - <SEP> 125
<tb>
<tb> 2 <SEP> average <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 500 <SEP>
<tb>
<tb> 3 <SEP> fast <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> -750 <SEP> - <SEP> 875
<tb>
The operating speeds under load will be a little lower on lifting and a little higher on lowering due to the slippage of the motor and the slippage of the coupling under load.
<Desc / Clms Page number 8>
If the cooling position C is not to be used, the brake 66, 67 can be replaced by a brake controlled in the same way on the output shaft SA.
In another variant which can be used for example for a winch, the motor A rotates at one thousand revolutions per minute and the motor B is of the two-speed type capable of rotating at a thousand revolutions and fifteen hundred revolutions per minute. The control device can be set up so as to provide, in addition to the stop position, the working speeds which are indicated in Table III below.
TABLE 111
EMI8.1
<tb> Position. <SEP> Motor <SEP> Ao <SEP> Motor <SEP> Bo <SEP> Shaft <SEP> of <SEP> output <SEP> out of <SEP> chagre
<tb>
<tb>
<tb> Slow <SEP> descent
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> slip <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> under <SEP> the action
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> from <SEP> the <SEP> gravity
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Lifting <SEP> (1 <SEP> vito <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> + <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> or <SEP> (2 <SEP> vit <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> +750
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> descent <SEP> (3 <SEP> vito <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> +1250
<tb>
In the slow sliding descent with the maximum load if 3% for the motor slip and 3% for the coupling slip are allowed, the actual speed of the output shaft will be.
about 1 / 20th of the high speed and will have high stability,
The arrangement which has just been described can be modified by adopting for the motor B a two-speed motor, of 500 and 750 revolutions per minute, with the control device adjusted to give the speeds indicated in table IV.
TABLE IV.
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<tb>
Position. <SEP> Motor <SEP>. <SEP> Motor <SEP> B <SEP> Shaft <SEP> of <SEP> output <SEP> without <SEP> load.
<tb>
<tb> 1st <SEP> quickly <SEP> + <SEP> 1.000 <SEP> -750 <SEP> + <SEP> 125 <SEP>
<tb>
<tb> zeme <SEP> lives <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> - <SEP> 500 <SEP> +250
<tb>
<tb>
<tb> 3rd <SEP> vito <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 500 <SEP>
<tb>
<tb> 4th <SEP> lives <SEP> + <SEP> 10000 <SEP> + <SEP> 500 <SEP> + <SEP> 750 <SEP>
<tb>
<tb> 5th <SEP> vito <SEP> + <SEP> 1.000 <SEP> + <SEP> 750 <SEP> + <SEP> 875 <SEP>
<tb>
In the various examples which have been described,
the mechanical differential is symmetrical and the two motors are capable of rotating at different speeds respectively. It may nevertheless be advantageous to use two similar motors and two similar turbo-hydraulic couplings with an asymmetrical mechanical differential.
For example, the installation of figure 7 which is suitable for a winch has two reversible motors MA and MB each having a synchronous speed of 1,000 revolutions per minute and driving respectively via the turbo-hydraulic couplings CA 'and CB , and of the worm reduction gears GA and GB the co-axial input shafts SA and SB of a symmetrical mechanical differential.
Reduction gears are similar except that the ratio of GA is for example 4 to 1 and that of GB 5 to 1 The input shaft of the GB gear is equipped with a brake that can be released electromagnetically, 54, 580 The output shaft 68 of the differential is connected directly to the winch rope winding drum 65 and the drum brake 660 An electromagnetically releasable brake 69, 70 can be installed on the input shaft of the winch. 'GA gear in place of or in addition to the drum brake 66, 67 The control device can be organized
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se so as to give for a zero load the speeds which are indicated in table V TABLE V
EMI9.1
<tb> Position.
<SEP> MA <SEP> SA <SEP> MB <SEP> SB <SEP> Tree <SEP> 68
<tb>
<tb> lifting <SEP> (1st <SEP> vito + 1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> - <SEP> 1000 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> + <SEP> 25 <SEP>
<tb>
<tb> or <SEP> (2nd <SEP> speed +1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +125
<tb>
<tb> descent <SEP> (3rd <SEP> vito + 1000 <SEP> + <SEP> 250 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 200 <SEP> +225
<tb>
Another example of an asymmetric mechanical gear drive applied to a centrifugal separator makes use of two squirrel-frame motors A and B of respective force of 10 HP and 7 1/2 HP in continuous mode. having a synchronous speed of 1,000 revolutions per minute Motor A drives an input shaft of a differential mechanism through a 12.75 inch (307 mm) traction type turbo-hydraulic coupling
and a reduction gear having a ratio of 3'1 / 2 to 1 Motor B is reversible and drives through a similar coupling and a reduction gear of the ratio of 4.67 to 1 the other input shaft of the differential mechanism. This differential is of the symmetrical bevel gear model, the planetary cage being connected to the output shaft by a bevel speed multiplication gear having a ratio of 1 to 4.1250 A brake:
which - acts on the input shaft driven by the motor B is of the column type, clamped by a spring and electromagnetically loosened, with a 15 inch (380 mm) drum o This arrangement allows to obtain a maximum speed of 950 rpm for the output shaft, at full load, with the A and B motors rotating in the same direction. When the motor A runs forward and the motor B is reversed, a stirring speed of about 70 revolutions per minute is obtained.
It is therefore obvious that one can obtain a very large choice of
EMI9.2
speeds' without a-vbïÈ.: need to reverse the-'1Darèhe they- T'un ds motors for a change between el: teses: ue3.ineso
In the previous examples, although the low speed achieved as the initial speed is only a small fraction of the maximum speed, the turbo-hydraulic coupling (s) always rotate at normal speed and therefore with little slip, and normal torque values for stopping or shock absorbers, characteristics particularly useful in driving a down load. The brake which is mounted on the winch drum can also be employed to achieve an "inch by inch" amount of motion, although this is not essential.
It can therefore be seen that the present invention satisfies practically all the conditions required for the control of the speed whether the load is medium, very heavy or light and allows the drive mechanism to remain blocked at the lowest speed indefinitely. when it is loaded, without any risk of damage, since, even in the locked position, the motors and couplings operate under poor and satisfactory sliding conditions.
The brake (s) can be broadly calculated so that they are without resistance during operation, but powerful in operation and thus have a short period of slip. This reduces wear and when we apply the brake which works with engine B, a slip is imposed on the turbo-hydraulic coupling associated with engine A which is positively charged when the driven machine accelerates its speed and is forced to recover on the contrary, when the movement of the driven machine is slowed down
The control device can be arranged so as to act in such an order that, when the load is accelerated, a motor is started and the brake associated with it is released an instant later by so as to give the engine a little time to accelerate,
and this in
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particularly when this motor is associated with a turbo-hydraulic coupling o Conversely, when the load must be slowed down, the brake is applied then the motor is connected a moment later to allow the brake action to become effective before the engine torque has ceased
When starting, at first gear, a small delay can be foreseen in the control so that one of the motors is started one second before the other motor to avoid overlapping the peaks. current: for starting the two motors.
It can therefore be clearly seen that the present invention provides a practical solution to the problem which consists in ensuring a large recovery of alternating current during braking for descending loads or loads having a large slowing inertia. also to obtain a wide range of speeds at suitable intervals with the use of robust and efficient elements and without running the risk of creating excessive torques during gear changes or of having an unstable speed, as the load either a positive charge or a negative charge
CLAIMS.
1 Electric motor installation comprising a gear differential having two input elements (AB) and an output element, a coupling device between the output element and the load, an AC motor ( A) of the synchronous speed type, a drive link between this motor (A), and an input element (A), an induction motor (B) for alternating current, a drive link between this motor (B) and the second input element (B), this second motor (B), .. at least, having two normal operating states, finally a hydro-electric coupling interposed in one of the connections d 'training.