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PERFECTIONNEMENTS AUX REGULATEURS DE VITESSE.POUR MOTEURS ASYNCHRONES.
Il est connu qu'il est nécessaire pour régler la vitesse d'un mo- teur asynchrone de faire varier soit la fréquence de la tension du moteur, soit le nombre de pelés du moteur, soit le glissemento La possibilité de chan- gement de fréquence nécessite soit des moyens pour faire varier la fréquence de la ligne, soit un équipement auxiliaire coûteux. La possibilité de faire varier le nombre de pelés requiert une machine spécialement bobinée qui ne permet pas un réglage continu, Pour cette raison, aucune de ces méthodes n'est appliquée au réglage de vitesse des moteurs asynchrones normaux, mais le mode le plus répandu est celui suivant lequel on provoque une variation du glisse- ment.
La méthode utilisée le plus fréquemment dans le but mentionné en dernier lieu est de connecter une'résistance réglable à des bagues collectri- ces du moteuro Cette méthode entraîne cependant l'inconvénient que la vites- se du moteur sera fonction, dans une grande mesure, du couple moteur et cette dépendance est plus prononcée aux faibles vitesses.
En plus d'une résistance connectée au secondaire,il a aussi été proposé de connecter des résistances réglables au côté primaire du moteur a- fin de régler la tension fournie au moteur. Cette disposition ne permet ce- pendant qu'un réglage dans un domaine de vitesse très réduit et elle présente les mêmes inconvénients que ceux mentionnés ci-dessus, en ce qui concerne la dépendance entre la vitesse et le couple moteur.
La présente invention permet toutefois de remédier audit incon- vénient et rend possible l'obtention d'un réglage de vitesse continu dans un domaine étendu. L'invention est basée sur l'observation que des transduc- teurs, connectés au côté primaire du moteur, rendront possible un mode de réglage approprié de la tension primaire du moteur. Grâce à cette disposi- tion, les pertes actives de l'équipement de commande seront très petites par
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le fait que le transduct @ est une impédance inductive. Au contraire, les pertes seront très considérables si des résistances sont utilisées d'une manière correspondante afin de régler le glissement.
La propriété caractéristique de l'invention est que le trans- ducteur est excité par des ampères-tours obtenus par la différence entre deux courants, l'un des deux étant dérivé de la tension primaire ou secon- daire du moteur et l'autre du courant primaire ou secondaire du moteur.
Avec un dispositif suivant l'invention il est possible de com- mander automatiquement un moteur courant, de sorte qu'on peut régler le mo- teur à différentes vitesses, indépendamment du couple de la charge. Le mo- teur ne doit pas être modifié et ne doit même pas être équipé d'une généra- trice tachymétrique ou d'organes fonction de la fréquence, et ses propriétés de réglage ne varieront pas avec le caractère de la charge.
L'invention sera décrite plus en détail ci-dessous avec référen- ce aux dessins ci-annexés.
La figure 1 montre un graphique donnant le couple moteur en fonc- tion du glissement.
La figure 2 représente schématiquement une forme de réalisation suivant l'invention.
La figure 3 représente schématiquement une autre forme de réali- sation suivant l'invention.
A la figure 1, le couple est désigné par M et le glissement par , et, comme d'habitude, s = 0 représente la vitesse synchrone du moteur et s = 1 un rotor bloqué. Au graphique, a et b sont des courbes pour différen- tes résistances dans le circuit rotorique, dépendant de la grandeur de la résistance connectée aux bagues collectrices. La résistance, suivant la cour- be a, est, dans ce cas, plus grande que la résistance suivant la courbe bo al et a2 sont des courbes pour la même résistance rotorique que a, mais pour une tension plus basse au moteur.
Les courbes en pointillé c et d sont des courbes de couple moteur, à différentes vitesses prédéterminées, pour le système constitué par le moteur et l'équipement de commandée
Dans la forme de réalisation suivant la figure 2, une extrémité des enroulements à courant alternatif d'un transducteur triphasé 1 est con- nectée à une ligne à courant alternatif 2. L'autre extrémité desdits enrou- lements est connectée au stator du moteur asynchrone 3, chaque phase en sé- rie avec l'enroulement primaire d'un transformateur d'intensité 4. Une résis- tance réglable triphasée 5 est connectée aux bagues collectrices du moteur.
Les enroulements secondaires du transformateur d'intensité 4 sont connectés en trois phases à un pont redresseur 6 en une connexion bilatérale hexapha- sée, d'où du courant continu est fourni à un enroulement d'excitation 7 du transducteur 1, en parallèle avec une résistance réglable 8, au moyen de la- quelle le courant d'excitation peut être ajusté. Du côté primaire du moteur, un redresseur 9 est connecté entre deux phases. Du côté courant continu de ce dernier pont, un second enroulement d'excitation 11 du transducteur 1 est alimenté en série avec une résistance réglable 10. Cet enroulement 11 est disposé de telle façon que son champ magnétique agit en sens opposé à celui de l'enroulement 7.
A la figure 3 est représenté un mode de réalisation quelque peu modifiée Le moteur 3 est connecté à une ligne de courant alternatif 2, en série avec les autres enroulements à courant alternatif d'un transducteur triphasé 1. Le côté rotor du moteur est connecté à un redresseur bilatéral hexaphasé 6, d'où du courant continu est fourni, en série avec une résis- tance réglable 12 et en parallèle avec une autre résistance réglable 8, à un enroulement d'excitation 7 du transducteur 1. Un second enroulement d'ex- citation 11, agissant en sens opposé, est connecté, par une résistance 10 et un redresseur 9, à deux phases de la tension primaire du moteur, de la. même façon que décrit en relation avec la figure 2.
Il est possible de sup- primer l'une des résistances 7 et 10, représentées aux figures 2 et 3, sans
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que les propriétés du dispositif soient changées. Il est également possible de connecter les transformateurs de courant 4 à moins de trois phases ou d'a- mener les ponts redresseurs 6 et 9 à un nombre de phases plus faible ou plus élevéo
Pour la compréhension du mode de fonctionnement du dispositif, il y a lieu de considérer que l'impédance du moteur asynchrone est entière- ment déterminée par le glissement s pour une certaine résistance' secondaire.
Il est d'autre part nécessaire de présumer que chacun des ampères-tours, déterminés par le courant des enroulements 7 et 11, agissant en sens opposé, du transducteur, est aussi grand que possible, afin que le transducteur agis- se avec la plus grande sensibilité possible. Le mode de fonctionnement du dispositif, suivant la figure 2, sera décrit en relation avec la figure 1 pour un accroissement présumé M du couple moteur suivant ce graphique. Le moteur est alors présumé fonctionner avec une résistance rotorique constante, déterminée par la courbe 2, avec la tension, du côté primaire du moteur, correspondant à cette courbe. Au début, cette tension sera supposée maintenue constante. Si le moment est accru de la quantité ¯ M, s est modifié suivant la courbe a2, dans un sens tel que la vitesse du moteur tombera.
Cependant, si s croît, l'impédance du moteur décroîtra, ce qui ressort clairement de l'expression de l'impédance, qui contient un terme inversement proportionnel à s. Par conséquent, le courant moteur augmentera d'une certaine quantités
De même, pour cette raison, le courant fourni par le transformateur d'inten- sité 4, par l'intermédiaire du redresseur 6, augmentera et il en sera de më- me pour le courant de l'enroulement 7 du transducteur. Cet accroissement du courant d'excitation provoquera, cependant, une diminution de la chute de tension dans le transducteur,de sorte qu'une tension plus élevée restera pour le moteur. La tension au redresseur 9 augmentera alors également, ce qui aura pour résultat qu'un courant accru traversera l'autre enroulement 11 du transducteur.
Le transducteur sera cependant en équilibre quand son nom- bre total d'ampères-tours sera nul et fonctionnera alors sur la partie de la courbe qui présente la pente la plus grande. Il est maintenant possible d'abandonner la présomption que la tension est maintenue constante suivant la courbe a2. En réalité, le réglage est effectué-bien continûment, de sor- te qu'à une certaine augmentation du courant du moteur correspond une aug- mentation adaptée de la tension du moteur. Grâce à l'influence du transduc- teur, la tension a ainsi été accrue, de sorte qu'elle correspond à la cour- be a1. A cette tension, le rapport entre la tension et le courant du moteur est encore constant, c'est-à-dire que l'impédance du moteur est la même qu'a- vant la modification du couple et, par conséquent, la vitesse est également constante.
Une courbe e est obtenue, de laquelle il apparait clairement que la vitesse devient indépendante d'une modification appréciable du couple.
En réglant l'une quelconque des résistances 5, 8 ou 10, une autre vitesse peut être amenée, correspondant, par exemple, à la courbe d de la figure 1.
Le dispositif suivant la figure 3 présente un mode de fonction- nement essentiellement analogue à celui décrit ci-dessus. Les ampères-tours de comparaison des enroulements d'excitation du transducteur sont dérivés, dans ce cas, de la tension primaire du moteur pour l'enroulement 11 et du courant secondaire du moteur pour l'enroulement 7. Cette forme est appro- priée à des petits moteurs, cependant que la forme suivant la figure 2 peut aussi être utilisée pour des moteurs à puissance plus élevée.
Suivant les modes de réalisation représentés aux dessins, la différence entre les courants, constituant les ampères-tours d'excitation du transducteur, a été obtenue au moyen de deux enroulements du transduc- teur agissant en sens opposé. On ne sort cependant pas du cadre de la pré- sente invention en obtenant cette différence de courant à l'extérieur du transducteur et en l'amenant ensuite à un seul enroulement d'excitation de celui-ci.
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SPEED REGULATORS IMPROVEMENTS FOR ASYNCHRONOUS ENGINES.
It is known that, in order to adjust the speed of an asynchronous motor, it is necessary to vary either the frequency of the motor voltage, or the number of peels of the motor, or the slippage. The possibility of frequency change requires either means to vary the frequency of the line, or expensive auxiliary equipment. The possibility of varying the number of peels requires a specially wound machine which does not allow continuous adjustment, For this reason none of these methods are applied to the speed adjustment of normal asynchronous motors, but the most common mode is that according to which one causes a variation of the slip.
The method most frequently used for the last mentioned purpose is to connect an adjustable resistor to the slip rings of the motor. However, this method has the disadvantage that the speed of the motor will depend, to a great extent, on the speed of the motor. engine torque and this dependence is more pronounced at low speeds.
In addition to a resistor connected to the secondary, it has also been proposed to connect adjustable resistors to the primary side of the motor in order to adjust the voltage supplied to the motor. This arrangement, however, only allows adjustment in a very small speed range and it has the same drawbacks as those mentioned above, as regards the dependence between the speed and the engine torque.
The present invention, however, makes it possible to overcome said drawback and makes it possible to obtain continuous speed control over a wide range. The invention is based on the observation that transducers, connected to the primary side of the motor, will make possible an appropriate mode of adjustment of the primary voltage of the motor. Thanks to this arrangement, the active losses of the control equipment will be very small per
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the fact that the transduct @ is an inductive impedance. On the contrary, the losses will be very considerable if resistors are used in a corresponding way in order to regulate the slip.
The characteristic property of the invention is that the transducer is excited by ampere-turns obtained by the difference between two currents, one of the two being derived from the primary or secondary voltage of the motor and the other from the motor. primary or secondary current of the motor.
With a device according to the invention it is possible to automatically control a current motor, so that the motor can be set at different speeds, independent of the torque of the load. The motor should not be modified and should not even be fitted with a tacho generator or frequency-dependent components, and its tuning properties will not vary with the character of the load.
The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a graph giving the engine torque as a function of the slip.
FIG. 2 schematically represents an embodiment according to the invention.
Figure 3 schematically shows another embodiment according to the invention.
In figure 1, the torque is designated by M and the slip by, and, as usual, s = 0 represents the synchronous speed of the motor and s = 1 a locked rotor. In the graph, a and b are curves for different resistances in the rotor circuit, depending on the magnitude of the resistance connected to the slip rings. The resistance along the curve a is, in this case, greater than the resistance along the curve bo al and a2 are curves for the same rotor resistance as a, but for a lower voltage to the motor.
The dotted curves c and d are engine torque curves, at various predetermined speeds, for the system consisting of the engine and the control equipment
In the embodiment according to figure 2, one end of the alternating current windings of a three-phase transducer 1 is connected to an alternating current line 2. The other end of said windings is connected to the stator of the asynchronous motor. 3, each phase in series with the primary winding of a current transformer 4. A three-phase adjustable resistor 5 is connected to the slip rings of the motor.
The secondary windings of current transformer 4 are connected in three phases to a rectifier bridge 6 in a two-sided hexaphase connection, from which direct current is supplied to an excitation winding 7 of transducer 1, in parallel with a adjustable resistor 8, by means of which the excitation current can be adjusted. On the primary side of the motor, a rectifier 9 is connected between two phases. On the direct current side of the latter bridge, a second excitation winding 11 of transducer 1 is supplied in series with an adjustable resistor 10. This winding 11 is arranged such that its magnetic field acts in the opposite direction to that of the winding 7.
In figure 3 is shown a somewhat modified embodiment. The motor 3 is connected to an AC line 2, in series with the other AC windings of a three-phase transducer 1. The rotor side of the motor is connected to a two-sided six-phase rectifier 6, from which direct current is supplied, in series with an adjustable resistor 12 and in parallel with another adjustable resistor 8, to an excitation winding 7 of the transducer 1. A second winding of excitation 11, acting in the opposite direction, is connected, by a resistor 10 and a rectifier 9, to two phases of the primary voltage of the motor, of the. same way as described in relation to figure 2.
It is possible to remove one of the resistors 7 and 10, shown in figures 2 and 3, without
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that the properties of the device are changed. It is also possible to connect current transformers 4 to less than three phases or to lead rectifier bridges 6 and 9 to a lower or higher number of phases.
For the understanding of the mode of operation of the device, it should be considered that the impedance of the asynchronous motor is entirely determined by the slip s for a certain secondary resistance.
On the other hand, it is necessary to assume that each of the ampere-turns, determined by the current of the windings 7 and 11, acting in the opposite direction, of the transducer, is as large as possible, so that the transducer acts with the most high sensitivity possible. The operating mode of the device, according to FIG. 2, will be described in relation to FIG. 1 for a presumed increase M of the engine torque according to this graph. The motor is then presumed to operate with a constant rotor resistance, determined by curve 2, with the voltage, on the primary side of the motor, corresponding to this curve. At first, this voltage will be assumed to be kept constant. If the moment is increased by the quantity ¯ M, s is changed along the curve a2, in such a way that the motor speed will drop.
However, if s increases, the motor impedance will decrease, which is clear from the expression for impedance, which contains a term inversely proportional to s. Therefore, the motor current will increase by a certain amount
Likewise, for this reason, the current supplied by the current transformer 4, through the rectifier 6, will increase and so will the current of the winding 7 of the transducer. This increase in excitation current will, however, cause the voltage drop across the transducer to decrease, so that a higher voltage will remain for the motor. The voltage at rectifier 9 will then also increase, which will result in increased current flowing through the other winding 11 of the transducer.
However, the transducer will be in equilibrium when its total number of ampere-turns is zero and will then operate on the part of the curve which has the greatest slope. It is now possible to abandon the presumption that the voltage is kept constant along the curve a2. In reality, the adjustment is carried out continuously, so that a certain increase in the motor current corresponds to a suitable increase in the motor voltage. Thanks to the influence of the transducer, the voltage has thus been increased, so that it corresponds to the curve a1. At this voltage, the ratio between the voltage and the current of the motor is still constant, i.e. the impedance of the motor is the same as before the change in torque and, therefore, the speed is also constant.
A curve e is obtained, from which it clearly appears that the speed becomes independent of an appreciable modification of the torque.
By adjusting any of the resistors 5, 8 or 10, a further speed can be brought, corresponding, for example, to the curve d in figure 1.
The device according to FIG. 3 presents an operating mode essentially similar to that described above. The comparison ampere-turns of the transducer excitation windings are derived, in this case, from the primary voltage of the motor for winding 11 and the secondary current of the motor for winding 7. This form is suitable for small engines, however the shape according to figure 2 can also be used for higher power engines.
According to the embodiments shown in the drawings, the difference between the currents, constituting the excitation ampere-turns of the transducer, has been obtained by means of two windings of the transducer acting in opposite directions. However, it does not depart from the scope of the present invention to obtain this difference in current outside the transducer and then to bring it to a single excitation winding thereof.