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B. SCHWARZy résidant à NORWICH, Norfolk (Gde Bret.) .
PERFECTIONNEMENTS AU REGLAGE DE LA VITESSE DES MOTEURS D'INDUCTION.
La présente invention est relative au réglage de la vitesse de mo- teurs d'induction et plus spécialement aux moteurs d'induction dont la vi- tesse doit être réglée, lorsqu'ils fonctionnent comme freins aussi bien que comme moteurs, comme c'est nécessaire, par exemple, dans les commandes d' ' engins de levage et de treuils et commandes similaires.
Il est bien connu qu'une opération de rétroaction des machines à induction n'est possible qu'à des vitesses hypersynchrones, et qu'un contrôle de la vitesse par réglage de résistances n'est efficace que lors- que des charges à travail positif sont appliquées, et devient inefficace en marche à vide
De nombreuses solutions du problème visant à l'obtention de vitesses stables en dessous de la vitesse synchrone sous toutes les conditions opéra- toires (c'est-à-dire, lors du fonctionnement comme moteur aussi bien que com- me frein) ont été proposées, les solutions connues tombant d'une façon géné- rale dans les cas principaux suivants a) utilisation de champs et de couples à rotations inverses, qui peuvent être obtenus, par exemple, par l'introduction d'une asymétrie dans le circuit primaire avec,
de ce fait, un effet monophasé; b) utilisation d'un frein contrôlé ou d'une machine de freinage séparée pour obtenir une charge à travail positif sur l'arbre du moteur de levage, même avec une charge à tirer; c) disposition pour la charge à tirer du rotor en fonction du champ tournant et prévision d'un réglage par résistance dans le circuit secondaire du moteur, le couple moteur contrebalançant le couple de charge..
Dans un système de réglage de la vitesse pour un moteur d'induction suivant l'invention, le moteur est pourvu de deux systèmes d'enroulements de stator et de rotor, dont les nombres de pôles sont dans un rapport pair un enroulement d'un, desdits systèmes étant alimenté par une source-de courant
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alternatif en vue du fonctionnement du moteur comme moteur d'induction , et un enroulement de l'autre système étant excité par du courant continu pour procurer un freinage dynamique simultané du moteur
Les exemples représentés schématiquement aux dessins annexés il- lustrent le principe fondamental de l'invention et sa mise en oeuvre ainsi que le résultat obtenu.
La figure 1 représente schématiquement un agencement suivant l'invention avec des enroulements distincts à nombre de pôles différent dans le stator et le rotor, un système étant utilisé comme moteur d'induc- tion à bagues collectrices et l'autre système avec une.excitation à courant continu en provenance d'un redresseur dans le circuit du rotor et avec une résistance dans le circuit du stator, comme agencement de freinage dynami- que
La figure la est une variante du système représenté à la figure dans laquelle les enroulements dusystème de freinage sont disposés de manière inverse à ceux de la figure 1.
La figure 2 montre des caractéristiques types charge/vitesse d'un agencement suivant la figure 1 ou la figure la
La figure 3 montre un système modifié à excitation dépendant de la charge pour un agencement basé sur celui de la figure 1.
La figure 4 montre un agencement basé sur la figure 1, mais avec une excitation à courant continu provenant d'une génératrice entraînée par le moteur.
La figure 4a montre une variante de l'agencement de la figure ..,. en ce qui concerne l'entraînement delà génératrice d'excitation qui, dans cet exemple, est entraînée par un moteur auxiliaire.
La figure 5 montre un agencement modifié, dans lequel le système d'enroulement utilisé pour le freinage peut également être utilisé pour obtenir un travail additionnel du moteur d'induction à vitesse élevée.
La figure 6 montre schématiquement un exemple d'un enroulement de stator, qui est utilisé à la fois comme l'enroulement d'une des séries de pôles, relié à l'alimentation, et comme l'enroulement secondaire à courant alternatif de l'autre série de pôles, en charge sur une résistance.
La figure 7 est un exemple d'un enroulement de rotor utilisé comme enroulement secondaire d'une série de pôles du moteur d'induction, relié à une résistance, et comme enroulement d'excitation de l'autre sé- rie de pôles, reliés aux redresseurs.
La figure 8 montre une partie d'un système d'enroulement rotorique court-circuité de pas défini.
Dans l'exemple illustrée à la figure 1, S représente l'enroulement du stator d'un moteur d'induction, relié à une alimentation triphasée et bo- biné pour 8 pôles. R8 est l'enroulement rotorique également bobiné pour 8 pôles et relié aux trois bagues collectrices 1, 2 et 3. Les bagues collec- trices sont connectées à une résistance triphasée Res réglable par déplace- ment du point neutre, comme représenté par les lignes horizontales pleine et à traits interrompus
Dans les mêmes encoches que les enroulements S8 et R8 sont respecti- vement prévus 4 enroulements polaires Set R.
L'enroulement rotorique R est, dans l'exemple, bobiné pour trois phases en étoile dont deux phases sont connectées en parallèle à une bague collectrice 4 et dont la troisième phase est connectée à la bague collectrice 3 qui est également connectée à une phase de l'enroulement à huit pôles R8.
Les bagues collectrices 3 et 4, sont connectées à un redresseur Re qui est alimenté par une source de courant alternatif par l'intermédiaire d'un transformateur T.
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Dans le circuit du redresseur, est prévue une résistance de réglage
Res a.
L'enroulement de stator à 4 pôles S 4 est connecté aux extrémités opposées de la résistance Res, de manière qu'en modifiant le montage en étoile la résistance introduite dans l'enroulement S 4 soit réduite lorsque la ré- sistance introduite dans le circuit de R8 est augmentée, et vice versa, mais deux points distincts de l'étoile peuvent être agencés pour un réglage in- dépendant des résistances effectives dans les deux circuits.
La résistance dans un de ces enroulements est à son maximum lors- que l'autre enroulement est court-circuité.
Du fait du rapport de 2/1 des nombres de pôles des deux systèmes d'enroulements, S8, R8 d'unee part, et R4,S4 d'autre part, aucune tension ne sera induite dans l'un ou l'autre des enroulements d'une des séries de pôles par une tension appliquée à l'un quelconque des enroulements de l'autre série de pôles.
On comprendra aisément qu'un flux tournant de 4. pales ne peut pas induire une tension dans un enroulement de 8 pôles,, et inversement qu'un flux tournant de 8 pales est inefficace avec un enroulement de 4 pôles.
Les deux systèmes d'enroulements sont, par conséquent, indépen- dants, et il est possible de connecter l'enroulement de 4 pales R 4 à une source de courant continu, Re dans l'exemple, tandis que l'enroulement de 8 pôles S8 est connecté à l'alimentationen courant alternatif
Pendant que la machine reste à l'arrêta le couple développé par le champ tournant de 8 pôles est le seul couple efficace dans la machine, et sa grandeur est déterminée par la quantité de résistance Res, introduite dans le circuit rotorique R8.
Lors d'un accroissement de la vitesse, le flux créé par l'excitation à courant continu dans l'enroulement de 4 pôles R induira dans l'autre en-
4 roulement de 4 pales S, une force électromotrice d'une fréquence et d'une grandeur proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor.
Lorsqu'on règle la résistance effective de Res dans le circuit de l'enroulement de 4 pôles S,, le courant passant sous l'influence de
4 la force électromotrice induite peut être réglé, et, de ce fait, tout cou- ple de freinage requis peut être obtenu à toute vitesse quelconque.
Une autre possibilité de réglage peut être obtenue par le réglage de l'excitation à courant continu par l'intermédiaire de la résistance Res a.
Dans se départir du principe et de la fonction de base du système de réglage suivant l'invention, on peut prévoir des variantes, une de cel- les-ci étant représentée à la figure la. Dans cette figure, les enroule- ments du système de freinage à 4 pôles sont disposés d'une manière inverse de celle de la figure 1, c'est-à-dire que l'enroulement excité par courant continu est un enroulement monophasé S 4 dans le stator, excité par le redres- seur Re qui est connecté au transformateur T,
la tension du courant continu étant réglée par des prises intermédiaires TSW dans l'enroulement secondaire de ce transformateur
L'enroulement à courant alternatif R du système de freinage à 4 pôles est disposé dans le rotor exigeant entout cinq bagues collectrices des résistances réglables Res 8 et Res 4 étant prévues respectivement pour les systèmes à 8 et à 4 pôles.
Grâce à la combinaison prévue dans cet agencement, à savoir le ré- glage de la résistance dans l'enroulement secondaire du système à 8 pôles et le réglage de la résistance dans l'enroulement secondaire du système à
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4 pôles et/ou de l'excitation à courant continu dans l'enroulement primaire du système à 4 pôles, des caractéristiques stables vitesse/couple peuvent être obtenues à la fois lors du levage et lors de la descente, à tous les niveaux de vitesse sous-synchrone, aussi bien qu'un réglage hypersynchrone dans la direction descendante, comme nécessaire pour les commandes d'engins de levage, treuils, etc.
Gomme l'effet de freinage du système à 4 pôles, pour toute excita- tion à courant continu donnée et toute résistance donnée dans le circuit à courant alternatif augmente rapidement avec la vitesse, les différences de vitesses avec une variation de la charge sont relativement faibles, et des vitesses à vide sous-synchrones et des vitesses de freinage peuvent être facilement obtenues. La figure 2 montre les caractéristiques couple/vites- se d'un agencement suivant l'invention.
Il y a six marches disponibles dans les directions ascendante et descendante, dont les marches 1-4 eh direction ascendante et 2-5 dans la direction descendante sont obtenues par la superposition décrite du couple moteur produit par le système à 8 pôles et le couple de freinage produit par le système à 4 pales, avec différents réglages de la résistances secon- daire dans le moteur d'induction et le circuit de freinage, combinés avec des réglages de l'excitation à courant continu. Les marches 5 et 6 en di- rection ascendante et la marche 6 en direction descendante sont obtenues par le fonctionnement du système à 8 pôles comme moteur d'induction, et la marche 1, en descente, par l'utilisation du système de freinage seule- ment avec une excitation à courant continu.
A la figure 2, les vitesses sont données en % en ordonnée et les couples en % en abscisse, la partie supérieure étant relative à la montée et la partie inférieure à la descente.
Les caractéristiques couple/vitesse de l'agencement suivant l'in- vention peuvent être modifiées par l'introduction d'une excitation dépendait de la charge ou de la vitesse dans le circuit du système de freinage.
A la figure 3, un exemple d'un tel agencement est représenté.
On s'y base sur les mêmes enroulements qu'à la figure 1 et, en vue de simplifier la figure, une phase seulement des circuits triphasés est re- présentée, les références des éléments similaires étant les mêmes qu'à la figure 1.
A la figure 3, il est prévu une autre résistance Res s dans le circuit du stator S8, qui ajoute à l'effet de saturation produit dans le système à courant alternatif par l'excitation à courant continu. Cet effet est atteint par une augmentation du courant d'aimantation dans le système à courant alternatif, due à la saturation provoquée par l'excitation à courant continu, avec, en conséquence, une augmentation du flux de fuite primaire et une réduction du flux des huit pôles et de ce fait aussi des pertes dans la résistance secondaire du système à huit pôles. Inversement la saturation du circuit magnétique amenée par le système à courant alternatif augmente la stabilité du système de freinage excité par courant continu.
Ceci est exprimé dans une caractéristique couple/vitesse avec le point de couple maximum à une vitesse relativement élevée, ce qui permet de passer de la marche 6 de fonctionnement en moteur d'induction, à la figure 2, à un fonctionnement superposé de moteur d'induction et de freinage spécialement en direction descendante, dans la gamme stable du système.
En plus du redresseur Re, il est prévu, à la figure 3, un second redresseur Re connecté en série dans le circuit Ret qui est alimenté par un transformateur d'intensité CT dans le circuit d'enroulement du stator S4.
On verra qu'avec une augmentation du courant dans le circuit à courant alternatif du système de freinage, c'est-à-dire S., l'excitation dans le circuit à courant continu augmente.
De cette manière, un autre effet de stabilisation est introduit car
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pour toute valeur de la résistance dans le circuit de S , la plus légère élévation de courant, due à une augmentation de la vitesse, augmentera l'excitation et de ce fait augmentera le couple de freinage, en limitant ainsi l'augmentation de vitesse à une quantité négligeable.
L'effet est obtenu à la fois en montée et en descente et peut, de plus par le choix judicieux des deux excitations et des valeurs des ré- sistances dans les systèmes de freinage et moteur,être utilisé pour di- minuer les pertes dans l'agencement sous différentes conditions de charge
Un résultat similaire peut être obtenu en shuntant le second redresseur Re' aux bornes de l'enroulement secondaire du système excité par courant continu.
Ou bien l'excitation à courant continu peut être procurée par une génératrice de courant continu, accouplée à l'arbre du moteur d'induc- tion.
De cette manière également, il est possible d'obtenir une excita- tion rapidement croissante avec une augmentation de la vitesse et un effet de frein qui est sensible à la vitesse réelle, de sorte que les courbes carac- téristiques résultantes couple/vitesse sont aplaines,c'est-à-dire, que l'influence du couple de charge sur la vitesse est minime.
A la figure 4, un exemple de l'utilisation d'une telle généra- trice à courant continu suivant l'invention est représenté, la génératrice G étant entraînée par l'arbre du moteur
Seul le système d'enroulements de freinage S4, R4 est représenté à la figure 4, le système moteur étant supposé identique à celui des figu- res 1 et 3.
En vue d'obtenir une excitation dans le circuit de R 4 déjà avec le moteur à l'arrêt,un petit redresseur Re est prévu et connecté en paral- lèle à l'induit de la génératrice G et à son enroulement inducteur F1, Dès qu'une certaine vitesse est dépassée, la tension de la génératrice dépasse- ra celle du redresseur et aucun courant ne passera alors à travers ce der- nier.
Il apparaîtra du dessin et de la description que l'effet désiré d'excitation du système de freinage,augmentant rapidement avec la vitesse est obtenu.
Au lieu ou en plus de l'enroulement d'excitation F1, on peut pré- voir un enroulement d'excitation F2 alimenté par le redresseur Re" connecté au même transformateur T, et si on désire une autre excitation dépendant de la charge, elle peut être obtenue du transformateur d'intensité CT par le redresseur Re' qui alimente l'enroulement inducteur F3 de la génératrice.
En utilisant l'un ou l'autre ou une combinaison de ces systèmes, tout fonctionnement voulu peut être obtenu.
La génératrice G, au lieu d'être entraînée par l'arbre du moteur principal peut, comme montré à la figure 4a, être entraînée par un moteur auxiliaire AM, dont l'enroulement du stator est connecté aux bornes de 1' enroulement à courant alternatif S du système de freinage, et* par consé- quent, alimenté avec une fréquence 4variable, ce qui a pour résultat une aug- mentation de la vitesse de la génératrice G avec une augmentation de la vi- tesse de la machine principale, mais avec l'avantage d'une vitesse plus élevée de la génératrice,car le moteur d'entraînement AM peut,être bobiné pour un nombre inférieur de pôles, par exemple deux,
et la génératrice rendue mécaniquement indépendante de l'entraînement principal. La généra- trice peut également être entraînée par un moteur à vitesse constante et, de cette manière, être utilisée comme amplificateur pour un certain nombre de signaux, en liaison avec ce qui précède.
Au lieu d'une excitatrice à courant continu, tout type de généra-
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trice tachymètre accouplée à l'arbre du moteur d'induction peut être uti- lisé, qui par l'un quelconque des moyens d'amplification connus du type élec- tromagnétique ou électronique, donnera l'effet de freinage requis; une tel- le génératrice tachymètre peut également être utilisée pour fournir un signal pour le réglage automatique de la résistance dans le circuit secondaire du système d'excitation à courant continu.
Le système d'enroulement de la polarité, utilisé pour un freinage dynamique à l'intervention de courant continu peut également être connecté à l'alimentation en vue d'obtenir une vitesse différente'du moteur d'induc- tion, basée sur la vitesse synchrone procurée par ce système d'enroulement Ceci est spécialement intéressant dans les cas où ce système d'enroulement auxiliaire a un nombre de pôles inférieur à celui du système d'enroulement principal, ce qui a pour résultat une vitesse élevée qui peut être utilisée pour un fonctionnement à faible charge ou à crochet libre dans un système de levage @
La figure 5 montre un exemple d'un tel agencement, de nouveau es- sentiellement basé sur la machine décrite avec référence à la figure 1.
L'enroulement rotorique à 4 pales R est cependant connecté aux trois bagues collectrices 3, 4 et 5, ce qui amène le nombre total de bagues collectrices à 5 @
On a aussi représenté à la figure 5 des interrupteurs séparés C1 C@, ce dernier étant un commutateur qui peut être., soit constitué de con- tacteurs, soit incorporé dans le contrôleur.
Le fonctionnement tel que décrit pour la figure 1 est obtenu en fermant C1, ce qui connecte ainsi S8 à l'alimentation,et en mettant le redresseur Re en circuit avec l'enroulement rotorique R8en branchant C2 dans la position de gauche.
En vue d'obtenir un fonctionnement à vitesse élevée, c2 est bran- ché dans la position de droite, en connectant ainsi R. à l'alimentation, et l'interrupteur C1 est ouvert.
Ces deux interrupteurs peuvent cependant rester fermés en même temps dans le. but de passer de la vitesse de 8 pâles à celle de 4 pôles , ou même être laissés fermés pour obtenir une phase de vitesse intermédiaire car, suivant les explications précédentes, les deux systèmes n'interfèrent pas fondamentalement l'un avec l'autre, le rapport des nombres de pales était de 2/1.
Un enroulement monophasé, au lieu de S ,peut être utilisé éga- lement pour l'agencement de la figure 5 car, au moment de connecter celui- ci à l'alimentation, le moteur est déjà à mi-vitesse et atteindra, par conséquent, une pleine vitesse, même comme moteur monophasé, spécialement avec une charge légère, par exemple pour une montée ou une descente rapide un crochet à vide, pour lesquelles un tel fonctionnement à vitesse élevée peut être requis
Il est également possible d'utiliser des enroulements à prises intermédiaires comme connu dans la technique des moteurs à inversion de pô- les,simultanément pour les deux séries de pôles.
A la figure 6, un exemple d'un tel agencement d'enroulement est représenté pour une combinaison d'un enroulement primaire à nombre de pôles élevé,connecté à l'alimentation, servant en même temps comme enroulement secondaire à bas nombre de pôles, connecté à une résistance.
L'enroulement Se 4 peut être bobiné pour 8 pôles en étoile avec un pas d'enroulement suivant ce nombre de pôles.
Si comme il est bien connu, les enroulements étaient alimentés à partir de prises intermédiaires au milieu de chaque phase et si un autre
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point neutre Sp, représente en traits interrompus,étaient réalisé en même temps,cet enroulement fonctionnerait comme un enroulement de 4 pôlesà double étoile
Dans le présent casune résistance triphasée Res , est connectée à ces prises intermédiaires, avec le résultat que le second point neutre Sp pour le système à pôles est remplacé par le système d'alimentation triphasé qui représente un court-circuit pour la tension de basse fréquence induite par le champ tournant tétrapolaire qui est excité par l'excitation à courant continu dans le rotor.
La tension de la fréquence proportionnelle à la vitesse du moteur est alors alimentée à partir de ces prises à la résistance, les courants dans le système tétrapolaire étant superposés et passant indépendamment des courants provenant du système à 8 pôlesbien qu'un courant de la fré- quence d'alimentation passe également à travers la résistance, dont la va- leur sera cependant faible à cause de l'impédance élevée des éléments de 1' enroulement en circuit
La figure 7 montre un enroulement de stator ou de rotor connecté en étoile , W8.4 de la même conception en principe que celle de la figure 6 et dans lequel, tandis que l'enroulement de 8 pôles est utilisé comme en- roulement secondaire du système moteur en liaison avec la résistance Res 8,
la connexion tétrapolaire est utilisée pour introduire l'excitation à courant continu au moyen de deux redresseurs Re2 connectés en série avec les résistances Res'. Ces redresseurs obtiennent leur courant, du système à 8 pôles, car ils utilisent la différence de tension entre les prises in- termédiaires de ce système.
Les résistance Res' sont nécessaires pour une limitation du courant.
On comprendra que d'autres combinaisons de résistances et systèmes d'excitation, en dehors de ceux décrits dans l'exemple, peuvent être utili- sées suivant l'invention avec ces enroulements à inversion de pales aussi bien qu'avec des enroulements séparés de différents nombres de pôles
Au lieu de résistances, des selfs et/ou des condensateurs peuvent être utilisés dans ces circuits; ils ont un effet différent sur des courants de fréquence différente.
Au lieu d'enroulements à bagues collectrices,des enroulements rotoriques court-circuités avec un pas déterminé peuvent être utilisés en vue de contrôler l'influence des champs de nombre de pôles différent sur les courants et couples développés par ces champs, de préférence aux enrou- lements à cage d'écureuil qui, bien qu'applicables et efficaces avec les deux séries de pôles, ne permettent un tel contrôle que par un réglage re- latif de .la résistance du conducteur et de la bague.
De tels enroulements secondaires court-circuités à pas peuvent être agencés pour une des deux séries de pôles tandis que l'autre reste un enroulement à bague,et il est également possible d'utiliser un tel en- roulement rotorique pour les deux séries de pôles.
Un enroulement consistant en spires court-circuitées est repré- senté à la figure 8; dans cet enroulement le pas p est représenté comme étant égal au pas polaire p8 du système à 8 pôles et comme la moitié du pas polaire p4 du système à , pôles. Dans ce cas, la résistance secondaire se rapportant à l'enroulement primaire correspondant est deux fois aussi élevée pour le système à 4 pôles que la résistance pour le système à 8 pales, en supposant le même nombre effectif de spires primaires.
Sp était rendu égalà p,, la résistance de l'enroulement rotorique se rapportant à l'enroulement primaire à 3 pales serait alors infinie, et la.résistance se rapportant à l'enroulement primaire à pôles serait mi- nimum.
On peut voir que, de cette manière,des réglages relatifs de la
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résistance peuvent être réalisés et que l'enroulement rotorique court- circuité peut être rendu inefficace pour l'un des systèmes.
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BEVENDIDATIONS.
1. Un système de réglage de la vitesse pour un moteur d'indiuc- tion, dans lequel le moteur est pourvu de deux systèmes d'enroulements de stator et de rotor, dont les nombres de p81es sont dans un rapport pair, un enroulement d'un desdits systèmes étant alimenté par une source de cou- rant alternatif en vue du fonctionnement du moteur comme moteur d'induc- tion et un enroulement de l'autre système étant excité par du courant con- tinu pour procurer un freinage dynamique simultané du moteur.
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B. SCHWARZy residing in NORWICH, Norfolk (Gde Bret.).
IMPROVEMENTS IN ADJUSTING THE SPEED OF INDUCTION MOTORS.
The present invention relates to the adjustment of the speed of induction motors and more especially to induction motors, the speed of which must be adjusted, when they function as brakes as well as as motors, as it is. necessary, for example, in the controls of hoists and winches and the like.
It is well known that a feedback operation of induction machines is only possible at hypersynchronous speeds, and that speed control by adjustment of resistors is effective only under positive work loads. are applied, and becomes ineffective in idle operation
Many solutions to the problem of obtaining stable speeds below synchronous speed under all operating conditions (ie, when operating as a motor as well as as a brake) have been developed. proposed, the known solutions falling generally in the following main cases a) use of fields and pairs with opposite rotations, which can be obtained, for example, by the introduction of an asymmetry in the primary circuit with,
therefore, a single-phase effect; b) use of a controlled brake or separate braking machine to achieve a positive working load on the lifting motor shaft, even with a pull load; c) arrangement for the load to be pulled from the rotor as a function of the rotating field and provision for adjustment by resistance in the secondary circuit of the motor, the motor torque counterbalancing the load torque.
In a speed control system for an induction motor according to the invention, the motor is provided with two systems of stator and rotor windings, the numbers of which are in an even ratio a winding of one. , said systems being supplied by a current source
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alternating for operation of the motor as an induction motor, and a winding of the other system being energized by direct current to provide simultaneous dynamic braking of the motor
The examples shown schematically in the accompanying drawings illustrate the fundamental principle of the invention and its implementation as well as the result obtained.
FIG. 1 schematically shows an arrangement according to the invention with separate windings with different number of poles in the stator and the rotor, one system being used as an induction motor with slip rings and the other system with an excitation. with direct current from a rectifier in the rotor circuit and with a resistor in the stator circuit, as a dynamic braking arrangement
Figure la is a variant of the system shown in the figure in which the windings of the braking system are arranged inversely to those of Figure 1.
Figure 2 shows typical load / speed characteristics of an arrangement according to figure 1 or figure la
Figure 3 shows a modified load dependent excitation system for an arrangement based on that of Figure 1.
Figure 4 shows an arrangement based on Figure 1, but with DC excitation from a generator driven by the motor.
FIG. 4a shows a variant of the arrangement of FIG. as regards the drive dela excitation generator which, in this example, is driven by an auxiliary motor.
Fig. 5 shows a modified arrangement, in which the winding system used for braking can also be used to obtain additional work of the induction motor at high speed.
Figure 6 shows schematically an example of a stator winding, which is used both as the winding of one of the series of poles, connected to the power supply, and as the secondary alternating current winding of the another set of poles, loaded on a resistor.
Figure 7 is an example of a rotor winding used as the secondary winding of one set of poles of the induction motor, connected to a resistor, and as the excitation winding of the other set of poles, connected to rectifiers.
Figure 8 shows part of a shorted rotor winding system of defined pitch.
In the example illustrated in FIG. 1, S represents the winding of the stator of an induction motor, connected to a three-phase power supply and wound for 8 poles. R8 is the rotor winding also wound for 8 poles and connected to the three slip rings 1, 2 and 3. The slip rings are connected to a three phase resistor Res adjustable by displacement of the neutral point, as represented by the horizontal lines full and dotted lines
In the same slots as the windings S8 and R8 are respectively provided 4 pole windings Set R.
The rotor winding R is, in the example, wound for three star phases, two phases of which are connected in parallel to a slip ring 4 and the third phase of which is connected to the slip ring 3 which is also connected to a phase of the eight-pole winding R8.
The slip rings 3 and 4 are connected to a rectifier Re which is supplied by an alternating current source via a transformer T.
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In the rectifier circuit, an adjustment resistor is provided
Res a.
The 4-pole stator winding S 4 is connected to the opposite ends of the resistor Res, so that by changing the star connection the resistance introduced into the winding S 4 is reduced when the resistance introduced into the circuit of R8 is increased, and vice versa, but two separate points of the star can be arranged for independent adjustment of the effective resistances in the two circuits.
The resistance in one of these windings is at its maximum when the other winding is shorted.
Due to the 2/1 ratio of the number of poles of the two winding systems, S8, R8 on the one hand, and R4, S4 on the other hand, no voltage will be induced in one or the other of the windings of one of the series of poles by a voltage applied to any one of the windings of the other series of poles.
It will easily be understood that a rotating flux of 4. blades cannot induce a voltage in an 8 pole winding, and conversely that a rotating flux of 8 blades is inefficient with a 4 pole winding.
The two winding systems are therefore independent, and it is possible to connect the 4-blade winding R 4 to a direct current source, Re in the example, while the 8-pole winding S8 is connected to the AC power supply
While the machine remains stationary the torque developed by the 8-pole rotating field is the only effective torque in the machine, and its magnitude is determined by the amount of resistance Res, introduced into the rotor circuit R8.
When increasing the speed, the flux created by the direct current excitation in the 4-pole winding R will induce in the other en-
4 bearing of 4 blades S, an electromotive force of a frequency and a magnitude proportional to the speed of rotation of the rotor.
When adjusting the effective resistance of Res in the circuit of the 4-pole winding S ,, the current flowing under the influence of
4 The induced electromotive force can be adjusted, and therefore any required braking torque can be obtained at any speed.
Another possibility of adjustment can be obtained by adjusting the direct current excitation via resistor Res a.
In departing from the basic principle and function of the adjustment system according to the invention, variants can be provided, one of which is shown in FIG. 1a. In this figure, the windings of the 4-pole brake system are arranged in an inverse manner to that of figure 1, i.e. the winding energized by direct current is a single-phase winding S 4 in the stator, excited by the rectifier Re which is connected to the transformer T,
the direct current voltage being regulated by TSW intermediate taps in the secondary winding of this transformer
The alternating current R winding of the 4-pole braking system is arranged in the rotor requiring all five slip rings of the adjustable resistors Res 8 and Res 4 being provided respectively for the 8 and 4-pole systems.
Thanks to the combination provided for in this arrangement, namely the adjustment of the resistance in the secondary winding of the 8-pole system and the adjustment of the resistance in the secondary winding of the 8-pole system.
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4 pole and / or DC excitation in the primary winding of the 4 pole system, stable speed / torque characteristics can be achieved both when lifting and lowering, at all speed levels sub-synchronous, as well as hypersynchronous adjustment in the downward direction, as required for controls of hoists, winches, etc.
As the braking effect of the 4-pole system, for any given DC excitation and any given resistance in the AC circuit increases rapidly with speed, the speed differences with varying load are relatively small , and sub-synchronous no-load speeds and braking speeds can be easily obtained. FIG. 2 shows the torque / speed characteristics of an arrangement according to the invention.
There are six steps available in ascending and descending directions, of which steps 1-4 eh ascending direction and 2-5 steps in descending direction are obtained by the described superposition of the motor torque produced by the 8-pole system and the torque of braking produced by the 4-blade system, with different settings of the secondary resistance in the induction motor and the braking circuit, combined with settings of the direct current excitation. Steps 5 and 6 in ascending direction and step 6 in descending direction are obtained by operating the 8-pole system as an induction motor, and step 1, in descending, by using the braking system alone. - ment with direct current excitation.
In FIG. 2, the speeds are given in% on the ordinate and the torques in% on the abscissa, the upper part relating to the ascent and the lower part to the descent.
The torque / speed characteristics of the arrangement according to the invention can be changed by the introduction of a load dependent or speed dependent excitation in the brake system circuit.
In Figure 3, an example of such an arrangement is shown.
It is based on the same windings as in Figure 1 and, in order to simplify the figure, only one phase of the three-phase circuits is shown, the references of similar elements being the same as in Figure 1.
In Figure 3, another resistor Res s is provided in the circuit of the stator S8, which adds to the saturation effect produced in the AC system by the DC excitation. This effect is achieved by an increase in the magnetization current in the AC system, due to saturation caused by the DC excitation, with, as a consequence, an increase in the primary leakage flux and a reduction in the flux of eight poles and therefore also losses in the secondary resistance of the eight pole system. Conversely, the saturation of the magnetic circuit brought in by the alternating current system increases the stability of the braking system excited by direct current.
This is expressed in a torque / speed characteristic with the maximum torque point at a relatively high speed, which makes it possible to pass from step 6 of operation as an induction motor, in FIG. 2, to a superimposed operation of motor d. Induction and braking specially in downward direction, in the stable range of the system.
In addition to the rectifier Re, there is provided, in FIG. 3, a second rectifier Re connected in series in the circuit Ret which is supplied by a current transformer CT in the winding circuit of the stator S4.
It will be seen that with an increase in current in the AC circuit of the braking system, i.e. S., the excitation in the DC circuit increases.
In this way, another stabilizing effect is introduced because
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for any value of the resistance in the circuit of S, the slightest rise in current, due to an increase in speed, will increase the excitation and thereby increase the braking torque, thus limiting the increase in speed to a negligible amount.
The effect is obtained both uphill and downhill and can, moreover by the judicious choice of the two excitations and the values of the resistors in the braking and motor systems, be used to reduce the losses in the 'arrangement under different load conditions
A similar result can be obtained by shunting the second rectifier Re 'across the secondary winding of the system excited by direct current.
Or the direct current excitation can be provided by a direct current generator, coupled to the shaft of the induction motor.
In this way, too, it is possible to obtain a rapidly increasing excitation with an increase in speed and a braking effect which is responsive to the actual speed, so that the resulting torque / speed characteristic curves are smooth. , that is, the influence of the load torque on the speed is minimal.
In FIG. 4, an example of the use of such a direct current generator according to the invention is shown, the generator G being driven by the motor shaft.
Only the braking winding system S4, R4 is shown in FIG. 4, the motor system being assumed to be identical to that of FIGS. 1 and 3.
In order to obtain an excitation in the circuit of R 4 already with the motor stopped, a small rectifier Re is provided and connected in parallel to the armature of the generator G and to its inductor winding F1, From when a certain speed is exceeded, the voltage of the generator will exceed that of the rectifier and no current will then flow through it.
It will be apparent from the drawing and description that the desired effect of excitation of the brake system, increasing rapidly with speed is obtained.
Instead of or in addition to the excitation winding F1, an excitation winding F2 can be provided supplied by the rectifier Re "connected to the same transformer T, and if another excitation dependent on the load is desired, it can be obtained from the current transformer CT by the rectifier Re 'which supplies the inductor winding F3 of the generator.
By using either or a combination of these systems any desired operation can be achieved.
The generator G, instead of being driven by the shaft of the main motor can, as shown in figure 4a, be driven by an auxiliary motor AM, the stator winding of which is connected to the terminals of the current winding. reciprocating S of the braking system, and * therefore fed with a 4variable frequency, which results in an increase in the speed of the generator G with an increase in the speed of the main machine, but with the advantage of a higher speed of the generator, because the drive motor AM can, be wound for a lower number of poles, for example two,
and the generator made mechanically independent of the main drive. The generator can also be driven by a motor at constant speed and, in this way, be used as an amplifier for a number of signals, in conjunction with the above.
Instead of a direct current exciter, any type of generator
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A tachometer coupled to the shaft of the induction motor may be used, which by any of the known amplifying means of the electromagnetic or electronic type will give the required braking effect; Such a tachometer generator can also be used to provide a signal for automatic resistance adjustment in the secondary circuit of the DC excitation system.
The polarity winding system, used for dynamic braking with direct current intervention can also be connected to the power supply in order to obtain a different speed of the induction motor, based on the speed. synchronous provided by this winding system This is especially interesting in cases where this auxiliary winding system has a lower number of poles than the main winding system, resulting in a high speed which can be used for low load or free hook operation in a lifting system @
Figure 5 shows an example of such an arrangement, again essentially based on the machine described with reference to Figure 1.
The 4-blade rotor winding R is however connected to the three slip rings 3, 4 and 5, which brings the total number of slip rings to 5 @
Separate switches C1 C @ have also been shown in FIG. 5, the latter being a switch which can be either made up of contactors or incorporated in the controller.
The operation as described for FIG. 1 is obtained by closing C1, which thus connects S8 to the power supply, and by putting the rectifier Re in circuit with the rotor winding R8 by connecting C2 in the left position.
In order to obtain high speed operation, c2 is plugged in in the right position, thus connecting R. to the power supply, and switch C1 is open.
These two switches can however remain closed at the same time in the. aim to switch from the speed of 8 blades to that of 4 poles, or even to be left closed to obtain an intermediate speed phase because, according to the previous explanations, the two systems do not fundamentally interfere with each other, the ratio of the number of blades was 2/1.
A single-phase winding, instead of S, can also be used for the arrangement of figure 5 because, when connecting this to the power supply, the motor is already at half speed and will therefore reach , full speed, even as a single-phase motor, especially with a light load, for example for rapid ascent or descent an empty hook, for which such high speed operation may be required
It is also possible to use windings with intermediate taps, as known in the art of reverse pole motors, simultaneously for the two sets of poles.
In Figure 6, an example of such a winding arrangement is shown for a combination of a high pole number primary winding connected to the power supply, serving at the same time as a low pole secondary winding, connected to a resistor.
Winding Se 4 can be wound for 8 poles in star with a winding pitch according to this number of poles.
If, as is well known, the windings were fed from intermediate taps in the middle of each phase and if another
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neutral point Sp, represented in broken lines, were carried out at the same time, this winding would function as a 4-pole double-star winding
In the present case a three-phase resistor Res, is connected to these intermediate taps, with the result that the second neutral point Sp for the pole system is replaced by the three-phase power supply system which represents a short circuit for the low frequency voltage induced by the tetrapolar rotating field which is excited by the DC excitation in the rotor.
The voltage of the frequency proportional to the speed of the motor is then fed from these taps to the resistance, the currents in the four-pole system being superimposed and flowing independently of the currents coming from the 8-pole system as well as a current of the fre- The power supply also passes through the resistor, the value of which will, however, be low due to the high impedance of the elements of the in-circuit winding.
Figure 7 shows a star-connected stator or rotor winding, W8.4 of the same design in principle as that of figure 6 and in which, while the 8-pole winding is used as the secondary winding of the motor system in conjunction with resistor Res 8,
the four-pole connection is used to introduce the direct current excitation by means of two rectifiers Re2 connected in series with the resistors Res'. These rectifiers get their current from the 8-pole system because they use the voltage difference between the intermediate taps in that system.
Resistors Res' are required for current limitation.
It will be understood that other combinations of resistors and excitation systems, apart from those described in the example, may be used according to the invention with these blade inversion windings as well as with separate windings of the blade. different number of poles
Instead of resistors, inductors and / or capacitors can be used in these circuits; they have a different effect on currents of different frequency.
Instead of slip ring windings, short-circuited rotor windings with a determined pitch can be used in order to control the influence of fields of different number of poles on the currents and torques developed by these fields, in preference to the windings. - squirrel cage elements which, although applicable and effective with both sets of poles, allow such control only by relative adjustment of the resistance of the conductor and the ring.
Such pitch short-circuited secondary windings can be arranged for one of the two sets of poles while the other remains a ring winding, and it is also possible to use such a rotor winding for both sets of poles. .
A winding consisting of short-circuited turns is shown in Figure 8; in this winding the pitch p is represented as being equal to the pole pitch p8 of the 8-pole system and as half of the pole pitch p4 of the system with poles. In this case, the secondary resistance relating to the corresponding primary winding is twice as high for the 4-pole system as the resistance for the 8-blade system, assuming the same effective number of primary turns.
Sp was made equal to p, the resistance of the rotor winding relating to the primary 3-blade winding would then be infinite, and the resistance relating to the primary pole winding would be minimum.
It can be seen that, in this way, relative settings of the
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resistance can be realized and that the shorted rotor winding can be made inefficient for one of the systems.
EMI8.1
BEVENDIDATIONS.
1. A speed control system for an induction motor, in which the motor is provided with two systems of stator and rotor windings, the numbers of which are in an even ratio, one winding of the rotor. 'one of said systems being supplied by an alternating current source for operation of the motor as an induction motor and a winding of the other system being energized by direct current to provide simultaneous dynamic braking of the motor. engine.