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Dans la commande d'installations comportant plusieurs moteurs qui doivent maintenir, dans une relation d'interdépendance, des vitesses de ro- tation prescrites, le réglage doit répondre à des conditions particulières.
Pour de telles commandes, on fait appel à des moteurs à collecteur à courant continu alimentés à travers des redresseurs, en raison des possibilités de réglage favorables de tels moteurs, dans lesquels le réglage est opéré par l'entremise des grilles de commande des redresseurs. A cette fin, une gran- deur effective, dérivée de la vitesse de rotation du moteur, est comparée avec une grandeur nominale fixée pour l'ensemble de l'installation. Ces grandeurs peuvent être obtenues de différentes manières. On a constaté ré- cemment qu'il était avantageux, pour assurer un réglage commun des divers moteurs, d'établir une liaison électrique dite "barre omnibus-pilote", à laquelle on applique une grandeur électrique qui est fonction de la grandeur nominale.
Les réalisations plus anciennes prévoyaient des liaisons mécani- ques entre les divers moteurs. Ceci s'est toutefois révélé désavantageux pour des raisons relevant de la construction. La barre omnibus-pilote peut être alimentée de différentes manières.
Ainsi , on a proposé de comparer la vitesse de chaque moteur avec la vitesse d'un moteur-pilote spécial et d'utiliser la différence des vites- ses ainsi obtenues comme grandeur de réglage. Au moteur-pilote et aux di- vers moteurs sont accouplées des machines asynchrones fonctionnant comme convertisseurs de fréquence et dont les rotors sont reliés électriquement par l'entremise de la barre omnibus-pilote. Lorsque la vitesse correspond à la valeur voulue, la grandeur de réglage possède la fréquence du réseau, tandis que si la vitesse s'écarte de la valeur voulue, la fréquence se modi- fie et influence ainsi les grilles de commande.
Ces variations de fréquence se traduisent par des variations de phase qui vont croissant progressivement et qui peuvent représenter un décalage soit en arrière, soit en avant, sui- vant que la vitesse de rotation est supérieure ou inférieure à la vitesse assignée. Cette disposition permet d'influencer les grilles de commande, avec ceci qu'il convient de veiller à ce que cette influence s'exerce dans le sens correct, c'est-à-dire, l'alimentation de la grille doit être diminuée lorsque la vitesse est trop élevée, et augmentée lorsque cette vitesse est trop réduite.Afin que le réglage s'opère dans le sens correct, c'est-à-dire de façon qu'une élévation de la vitesse de rotation amène une réduction de l'excitation de la grille et qu'une réduction de cette vitesse entraîne une élévation de l'excitation,
il est nécessaire, dans cette exécution, de ren- dre hypersynchrone la fréquence de la tension présente sur la barre omnibus- pilote, c'est-à-dire, les rotors doivent tourner dans un sens opposé à ce- lui du champ tournant du réseau.
On a en outre proposé d'utiliser pour la commande des grilles un courant continu, lui-même obtenu à partir du réseau alternatif à travers des redresseurs à grilles de commande, la commande par grilles servant au réglage automatique des divers moteurs. Dans ce cas, la grandeur de réglage doit être elle-même obtenue avec du courant continu. A cette fin, il est nécessaire d'accoupler au convertisseur de fréquence un dispositif de con- tact qui fournit la grandeur de courant continu supplémentaire pour le ré- glage des redresseurs. Cette réalisation est compliquée du point de vue mécanique et nécessite des redresseurs supplémentaires pour le réglage.
La tension appliquée à la barre omnibus-pilote peut-être de diver- ses natures. Dans les procédés décrits jusqu'ici, on applique à cette bar- re la fréquence qui apparaît dans le rotor du moteur-pilote. Cette fré- quence est ensuite appliquée au rotor des machines asynchrones accouplées aux divers moteurs. On obtient alors dans le stator la grandeur de réglage , qui possède la fréquence du réseau lorsque la vitesse correspond à la valeur nominale. D'autre part, le moteur-pilote peut être accouplé à une machine
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synchrone, la fréquence ainsi obtenue pouvant servir à alimenter la barre omnibus-pilote. Dans ce cas, on accoup le aux divers moteurs également une machine synchrone dont la fréquence est directement proportionnelle à la vi- tesse de rotation.
Lorsque la fréquence effective est en concordance avec la fréquence nominale, la barre omnibus-pilote et ces dernières machines synchrones sont à la même fréquence. Les vecteurs des tensions correspon- dant à ces fréquences demeurent inchangés. Lorsque la fréquence effective s'écarte de la fréquence nominale, il en résulte une modification de la fré- quence du vecteur de tension correspondant au moteur individuel considéré, et ce vecteur commence à se déphaser par rapport à l'autre vecteur de ten- sion. La différence des deux vecteurs est ensuite appliquée à l'organe de réglage.
Lorsque cette différence est constante, la grandeur de réglage est également constante, et l'alimentation de la grille ne varie paso Une modification de la vitesse de rotation entraîne une modification de la po- sition de phase du vecteur différentiel et de l'excitation de grille. A ce propos, il convient de veiller à ce que la modification s'opère dans le sens correct, c'est-à-dire à une élévation de la vitesse de rotation doit corres- pondre une diminution de l'excitation et, par conséquent, la tension du vec- teur différentiel doit être déphasée en arrière, tandis qu'à une diminution de la vitesse de rotation doit correspondre un plus grand déphasage en avant de la tension.
On atteint ce résultat en calculant convenablement les ten- sions, de telle sorte que lorsque la vitesse de rotation est trop réduite , et que le vecteur de tension engendré par le moteur individuel est déphasé en arrière, le vecteur différentiel soit déphasé en avant. Il est donc né- cessaire que le vecteur différentiel soit décalé par rapport à la fréquence- pilote d'un angle compris entre 90 et 270 (voir fig. 3), avec ceci que le vecteur de tension de la fréquence-pilote doit être plus grand que le vecteur de tension engendré par le moteur Dans ce cas, en modifiant le rapport des grandeurs des deux vecteurs, on peut influencer la relation de dépendance entre les angles correspondants, ce qui permet de mettre au point la caractéristique de réglage.
Ceci n'est pas réalisable avec les procédés décrits plus haut, étant donné que, dans ceux-ci, la tension engendrée dans la machine accouplée au moteur considéré constitue elle-même la grandeur de réglage, c'est-à-dire que sa position de phase est indépendante de la gran- deur. Or, dans cette réalisation avec fréquence-pilote synchrone, il n'exis- te encore aucune concordance des fréquences lors du démarrage, de sorte qu'il est impossible de réaliser une accélération avec réglage.
L'invention vise à établir un dispositif dans lequel on peut réa- liser aussi bien une accélération avec réglage qu'une mise au point de la caractéristique de réglage, moyennant une modification du rapport des ten- sions des vecteurs de tension qui formen t la grandeur de réglage. A cette fin, les diverses composantes sont constituées d'une autre manière qu'à ce jour. Désormais, on n'établit plus la différence entre la fréquence-pilote et une fréquence correspondant à la vitesse de rotation du moteur, mais l'on compare la fréquence du réseau avec la somme de la fréquence-pilote et de la fréquence correspondant à la vitesse du moteur.
On utilise donc deux composantes dont l'une est fournie par le réseau d'alimentation à travers un transformateur, tandis que la seconde est formée par la somme de deux fréquences dont l'une est fournie à partir d'une barre omnibus-pilote à fré- quence hyposynchrone, alimentée, à partir du réseau, à travers un convertis- seur de fréquence auxiliaire, tandis que l'autre est fournie à partir d'une machine asynchrone accouplée au moteur et également branchée en convertis- seur de fréquence. On peut alors appliquer à la barre omnibs-pilote, la fréquence engendrée dans le rotor du convertisseur de fréquence auxiliaire raccordé directement au réseau. Cette fréquence est inférieure à la fré- quence du réseau.
Il s'ensuit que dans ce cas, et contrairement aux réali- sations connues, le rotor du conv ertisseur de fréquence auxiliaire tourne
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dans le même sens que la champ tournant engendre dans le stator par le ré- seau.
Les rotors des convertisseurs de fréquence accouplés aux divers moteurs sont alimentés par cette barre omnibus-pilote avec la fréquence hy- posynchrone. Par ce fait, la fréquence du réseau apparaît dans le stator lorsque les fréquences effective et nominale concordent . Ensuite la com- posante ainsi obtenue de la grandeur de réglage et la première composante fournie par le réseau d'alimentation s'additionnent. La somme de ces com- posantes représente la grandeur de réglage. La Fig. 3 montre le diagramme- vecteur y relatif. Dans ce diagramme, OA désigne la première composante fournie par le réseau et AB, la seconde composante. D'autre part, en ré- gime normal, et comme indiqué plus haut, l'angle a entre OA et AB doit être compris entre 90 et 270 , et OA > AB. OB représente la grandeur de ré- glage.
Il ressort de la Fig. 3 que lorsque l'angle a entre les deux com- posantes croît, c'est-à-dire, lorsque la fréquence de AB est inférieure à celle du réseau AB exécute progressivement une rotation vers AB' et l'an- gle de phase ? entre la grandeur de réglage OB et la première composante OA diminue (OB'); par conséquent, la grandeur de réglage OB est déphasée en avant. Il convient de considérer ici l'autre condition, à savoir, la com- posante OA, fournie par le réseau, doit être plus grande que la composante AB qui apparaît dans le stator du convertisseur de fréquence. D'ailleurs, la grandeur des composantes peut être choisie à volonté.
On peut faire usage de cette circonstance pour influencer la relation de dépendance de l'andle ss vis-à-vis de l'angle a. Lorsque le vecteur AB est petit, la va- riation de l'angle (3 pour une variation donnée de l'angle a est moins im- portante que lorsque le vecteur AB est grand, comme il ressort clairement de la Fig. 3. Ceci permet donc d'influencer la caractéristique de réglage d'une manière simple.
On peut aussi procéder d'une façon inverse c'est-à-dire, raccorder les rotors des convertisseurs de fréquence au réseau et leurs stators, à la barre omnibus-pilote. Dans ce cas, le rotor doit tourner à l'inverse du champ tournant produit par le réseau. Ici également, la fréquence de la barre omnibus-pilote est hyposynchrone.
L'accouplement des convertisseurs de fréquence aux moteurs est as- suré avantageusement par l'entremise d'un engrenage auxiliaire. Le rapport de transmission de ce dernier peut être prévu réglable, afin de permettre l'ajustement de la vitesse de rotation nominale des divers moteurs séparé- ment.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que la tension de la barre omnibus-pilote appliquée au rotor traverse un transfor- mateur réglable, ce qui permet d'ajuster la position de phase. Cette dis- position permet également de mettre au point la grandeur de réglage des di- vers moteurs séparément. Il en résulte en outre l'avantage consistant dans la possibilité de compenser pendant la marche les irrégularités dans les installations commandées par ces moteurs, par exemple, les boucles dans le cas de produits laminés. La composante fournie par le réseau peut égale- ment être rendue ajustable, à l'aide de transformateurs réglables régulateurs d'induction, en ce qui concerne sa position de phase.
Le convertisseur de fréquence auxiliaire qui fournit la fréquence- pilote consiste par exemple en un moteur, également alimenté à travers des redresseurs à grille de commande et des transformateurs auxiliaires et en un générateur asynchrone. La fréquence qui se manifeste dans le rotor est appliquée à la barre omnibus-pilote. Ce moteur peut être utilisé d'autre part comme moteur de commande de l'installation considérée.
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Le démarrage des moteurs.est rendu possible par le fait qu'il est prévu un autre transformateur réglable, commun à tous les moteurs et qui alimente le dispositif de réglage par l'entremise d'uno barre omnibus de démarrage spéciale. Grâce à cette disposition, le moteur-pilote et les di- vers moteurs en question sont contrôlés d'une même manière. Le démarrage s'opère dans ce cas de la façon suivante:
Les interrupteurs des moteurs étant encore ouverts, le transfor- mateur réglable (7 dans la Fig. 1), qui fait partie du convertisseur de fréquence auxiliaire, est ajusté pour une vitesse de rotation réduite.
En- suite, on met d'abord en circuit chaque moteur séparément et on le synchro- nise avec la barre omnibus-pilote à l'aide de son régulateur d'induction (10 dans la Fig. 1), qui ajuste la composante de réglage fournie par le ré- seau. Lorsque tous les moteurs de commande ont été synchronisés entre eux de cette façon, tous les moteurs faisant partie d'un même groupe peuvent être accélérés à l'aide du régulateur d'induction 7, conformément à un rap- port de vitesses de rotation déterminé d'avance.
A propos de l'invention, il convient encore de considérer le fait que lorsque les moteurs de commande passent à la marche à vide, ils doivent être soumis à un freinage électrique pendant un bref intervalle, faut de quoi le réglage ne peut pas amener une diminution de la vitesse. En effet, et par suite du changement de phase, la différence de phases devient si im- portante que le réglage risque de produire un effet inverse. Ceci ne peut être empêché que par un freinage. Selon l'invention, ce dernier est réa- lisé grâce à la prévision d'onduleurs à anode unique, qui soustraient de la puissance au moteur et renvoient celle-ci dans le réseau alternatif. De cette façon, la vitesse diminue et le réglage normal peut continuer à fonc- tionner.
Lorsque l'installation comporte des redresseurs avec bobines d'in- ductance à absorption, il suffit de prévoir seulement autant d'ampoules ou cuves d'onduleurs monoanodiques qu'il en faut pour une branche de la bobine d'inductance à absorption. Dans le cas d'une bobine d'inductance à absorp- tion bipolaire, chaque branche comporte trois anodes. Par conséquent, il convient de prévoir trois ampoules d'onduleurs. Dans le cas d'une bobine d'inductance à absorption tripolaire, chaque branche ne comporte que deux anodes, de sorte qu'il suffit de prévoir dans ce cas deux onduleurs. Le freinage peut aussi être réalisé de la façon connue en soi, à l'aide d'une résistance de freinage qui sert de charge supplémentaire.
Dans le cas d'ac- célérations d'une durée plus longue, le dispositif de freinage est mis en circuit par un relais de tension électro-dynamique qui compare le déphasa- ge entre, d'une part, la composante (AB dans la Fig. 3) fournie par le con- vertisseur de fréquence du moteur et, d'autre part, la grandeur de réglage OB elle-même. Lorsque cet angle se rapproche de ¯+ 90 , le relais attire, et met en circuit le dispositif de freinage.
Les figures 1 à 3 représentent schématiquement le principe de l'in- vention.
La figure 1 représente le montage du dispositif de réglage selon le principe de l'invention, appliqué à deux moteurs.
La figure 2 représente le dispositif de freinage avec onduleurs.
La figure 3 est un diagramme des tensions de réglage.
1 désigne les moteurs à courant continu qui sont alimentés à par- tir du réseau triphasé 4 par l'entremise des redresseurs 2 et des transfor- mateurs 3. Les interrupteurs correspondants n'ont pas été représentés dans les dessins, pour raisons de clarté. 5 désigne le dispositif de réglage pour la grille de commande, qui règle l'alimentation de la grille et donc la tension fournie au moteur. Ce dispositif de réglage est actionné par
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une tension alternative constituée par deux composantesla première de celles-ci est fournie par la barre-omnibus de démarrage 6, alimentée à par- tir du réseau triphasé à travers le transformateur réglable 7.
La position de phase de la première composante peut être ajustée automatiquement pour chaque moteur au moyen du régulateur d'induction 10. La deuxième composan- te prend naissance dans le stator du convertisseur de fréquence 8 accouplé au moteur par l'intermédiaire d'un engrenage 23. Les deux composantes sont additionnées et appliquées au dispositif de réglage 5. La deuxième compo- sante est engendrée à partir de la barre omnibus-pilote, par l'entremise du convertisseur de fréquence 8. Elle est constituée par la somme de la fréquence hyposynchrone présente sur la barre omnibus-pilote 9 et de la fré- quence qui apparaît dans le rotor 8 et qui est déterminée par la vitesse de rotation du moteur 1.
Elle peut être influencée pendant la marche par le régulateur d'induction 25 de façon à permettre un réglage individuel, par exemple en vue de la compensation de boucles dans les produits laminés..
Pour permettre une modification intentionnelle de la caractéristique de ré- glage de chaque moteur, on peut modifier la grandeur de la tension à l'aide de prises prévues sur le régulateur d'induction 25 et l'enroulement du ro- tor du convertisseur de fréquence 8 (disposition non représentée). La fré- quence hyposynchrone de la barre omnibus-pilote 9 est obtenue par l'entre- mise du convertisseur de fréquence auxiliaire 11 entraîné par le moteur- pilote 12 à l'aide d'un engrenage 24 et dont le stator est raccordé au ré- seau triphasé à travers le transformateur 16. Le moteur-pilote 12 est ali- menté à travers le redresseur 13 et le transformateur 14. Les grilles des redresseurs 13 sont commandées par l'intermédiaire du dispositif de réglage 15.
Toutefois, ici, la tension de commande est fournie directement à par- tir du réseau triphasé par la barre omnibus principale 4, à travers le trans- formateur 16 et le régulateur d'induction 7. En marche normale, la. ten- sion qui apparaît dans les stators des convertisseurs de fréquence 8 est à la fréquence du réseau.
Lorsque la vitesse de rotation effective s'écarte de la valeur nominale, par exemple lors d'une accélération, le rotor du convertisseur de fréquence 8 tourne plus rapidement. Il en résulte une élévation de la fré- quence de la seconde composante. Dans ce cas, le dispositif de réglage ré- duit l'excitation de la grille, de sorte que le moteur est forcé de ralen- tir.La fréquence de la seconde composante revient alors à la valeur norma- le.
Pour démarrer les moteurs, et après avoir effectué la synchronisa- tion, on opère lentement le déphasage de la tension de commande de 90 en- viron, au moyen du régulateur d'induction 7. Pendant l'arrêt des moteurs, le convertisseur de fréquence auxiliaire 11 fait apparaître dans le rotor une fréquence qui est exactement identique à. la fréquence du réseau, qui va en diminuant progressivement et qui, ajoutée à la composante de fréquence croissante du moteur, demeure toujours égale à la fréquence du réseau. On peut réaliser ainsi un démarrage dans des conditions de réglage.
La figure 2 représente un système de freinage. Le moteur 1 est alimenté à travers le transformateur 3 et les redresseurs 2 qui, pour des raisons de clarté, ont été représentés par le symbole qui sert générale- ment à désigner les redresseurs secs. On a omis de représenter le système de commande par grilles. Pour la commutation des redresseurs, on a repré- senté le montage comportant une bobine d'inductance à absorption 17. Il s'ensuit que chaque branche de cette bobine est affectée à un double enrou- lement du transformateur 3. A cet enroulement est raccordé un système de freinage composé des onduleurs 18 et de la bobine d'inductance 19.
Ce frein est mis en circuit, en cas d'accélérations prolongées, par le relais de ten- sion électrodynamique 22 et, comme montré à titre d'exemple dans la fig. 2,
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par le conjoncteur-disjoncteur 20, par l'entremise du déclencheur 21. Selon une variante, on peut faire en sorte que le relais 22 commande non pas le conjoncteur-disjoncteur, mais les grilles des onduleurs (disposition non re- présentée) . Le relais est alimenté en deux tensions U1 et U0 et attire im- médiatement avant que celles-ci ne soient en quadrature. Les tensions com- parées sont la tension alternative qui apparaît dans le dispositif de régla- ge 5 et la tension qui se manifeste entre les bornes d'entrée et de sortie du stator du convertisseur de fréquence 8.
La Fig. 3 représente le dia- gramme-vecteur pour les composantes qui constituent la tension de réglage.
OA désigne la tension présente sur la barre omnibus auxiliaire 6, c'est-à- dire la tension fixe du réseau triphasé, laquelle constitue la première com- posante de la tension de réglage, AB est la deuxième composante de réglage qui s'ajoute à la première composante sous un angle a, compris entre 90 et 270 . La tension OB représente alors la grandeur de réglage proprement dite. Lorsque la vitesse de rotation diminue, la fréquence de la tension AB diminue également. De ce fait, cette fréquence se trouve décalée en ar- rière par rapport à la position de synchronisme AB et vient occuper par exemple la position Ab'. Par conséquent, l'angle a croit et atteint la va- leur [alpha]'. Ceci entraîne le décalage de la tension de réglage OB, dont l'an- gle se réduit de ss à ss'.
Par conséquent, cette tension est déphasée en avant et, pour cette raison, excite la grille d'une façon plus intense. Le moteur se voit appliquer une tension plus élevée et tourne plus rapidement.
Les tensions OB et AB sont appliquées au relais 22 représenté dans la fig.
2. Aussitôt que, par suite d'accélérations prolongées - dans lequel cas le vecteur AB est progressivement déphasé en avant - AB et OB sont presque en quadrature, le relais attire, et enclenche le dispositif de freinage.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif pour le réglage du synchronisme de plusieurs moteurs à courant continu alimentés par l'entremise de redresseurs à grilles de com- mande avec, pour chacun, une grandeur de réglage qui influence l'excitation de grille et dont la position de phase influence le point d'amorçage des re- dresseurs, la grandeur de réglage étant constituée par deux composantes de tension ayant la même fréquence lorsque le système de réglage est au repos et qui sont déphasées l'une par rapport à l'autre d'un angle compris entre 90 et 270 , ce'dispositif comportant une machine auxiliaire accouplée au moteur, caractérisé en ce que l'une des composantes de la grandeur de régla- ge est fournie par le réseau d'alimentation par 1'entremise d'un transforma- teur,
tandis que la fréquence de l'autre composante est formée par la somme de deux fréquence dont l'une provient d'une barre omnibus-pilote à fréquence hyposynchrone, barre alimentée à partir du réseau par l'entremise d'un con- vertisseur de fréquence auxiliaire, tandis que l'autre fréquence est four- nie, en tant que fréquence complémentaire, depuis une machine asynchrone ac- couplée au moteur et montée également en convertisseur de fréquence, de tel- le sorte que, lorsque le moteur tourne à la vitesse nominale, la fréquence de la seconde composante correspond également à la fréquence du réseau, tandis que, lorsque la vitesse de rotation s'écarte de la vitesse normale, cette fréquence de la seconde composante détermine une fréquence qui s'écar- te de celle du réseau,
avec ceci que la position de phase de la grandeur de réglage se modifie lentement et influence ainsi la tension de commande à la grille du redresseur, de sorte que le moteur tourne à nouveau à la vitesse nominale, et en ce que la composante nommée en premier lieu, de la grandeur de réglage, est plus grande que la deuxième composante.
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In the control of installations with several motors which must maintain prescribed rotational speeds in an interdependent relationship, the adjustment must meet specific conditions.
For such controls, use is made of direct current collector motors supplied through rectifiers, because of the favorable adjustment possibilities of such motors, in which the adjustment is effected through the control gates of the rectifiers. To this end, an effective magnitude, derived from the rotational speed of the motor, is compared with a nominal magnitude fixed for the entire installation. These quantities can be obtained in different ways. It has recently been observed that it is advantageous, in order to ensure common adjustment of the various motors, to establish an electrical connection called a "pilot bus bar", to which an electrical quantity is applied which is a function of the nominal quantity.
Older designs provided for mechanical connections between the various engines. This has, however, proved to be disadvantageous for construction reasons. The pilot bus bar can be supplied in different ways.
Thus, it has been proposed to compare the speed of each motor with the speed of a special pilot motor and to use the difference in the speeds thus obtained as a control variable. Coupled to the pilot motor and the various motors are asynchronous machines functioning as frequency converters, the rotors of which are electrically connected through the pilot busbar. When the speed corresponds to the desired value, the manipulated variable has the grid frequency, while if the speed deviates from the desired value, the frequency changes and thus influences the control gates.
These frequency variations result in phase variations which increase gradually and which can represent a shift either backward or forward, depending on whether the speed of rotation is higher or lower than the rated speed. This arrangement makes it possible to influence the control grids, with the fact that it should be ensured that this influence is exerted in the correct direction, that is to say, the power supply of the grid must be reduced when the speed is too high, and increased when this speed is too low. So that the adjustment is made in the correct direction, that is to say so that an increase in the speed of rotation leads to a reduction in the excitation of the grid and a reduction in this speed leads to an increase in the excitation,
it is necessary, in this execution, to make the frequency of the voltage present on the pilot busbar hypersynchronous, that is to say, the rotors must rotate in a direction opposite to that of the rotating field of the network.
It has also been proposed to use for the control of the grids a direct current, itself obtained from the AC network through rectifiers with control grids, the control by grids being used for the automatic adjustment of the various motors. In this case, the manipulated variable must itself be obtained with direct current. To this end, it is necessary to couple the frequency converter with a contact device which supplies the additional direct current quantity for the regulation of the rectifiers. This embodiment is complicated from a mechanical point of view and requires additional rectifiers for adjustment.
The voltage applied to the pilot bus bar may be of various kinds. In the methods described so far, the frequency which appears in the rotor of the pilot motor is applied to this bar. This frequency is then applied to the rotor of the asynchronous machines coupled to the various motors. The actuating variable is then obtained in the stator, which has the network frequency when the speed corresponds to the nominal value. On the other hand, the pilot motor can be coupled to a machine
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synchronous, the frequency thus obtained being able to be used to feed the bus-pilot bar. In this case, a synchronous machine is also coupled to the various motors, the frequency of which is directly proportional to the speed of rotation.
When the effective frequency is in agreement with the nominal frequency, the pilot bus bar and these latter synchronous machines are at the same frequency. The vectors of the voltages corresponding to these frequencies remain unchanged. When the effective frequency deviates from the nominal frequency, the result is a modification of the frequency of the voltage vector corresponding to the individual motor under consideration, and this vector begins to phase out with respect to the other voltage vector. . The difference of the two vectors is then applied to the adjustment member.
When this difference is constant, the manipulated variable is also constant, and the grid supply does not vary o A change in the speed of rotation leads to a change in the phase position of the differential vector and in the excitation of wire rack. In this regard, care must be taken to ensure that the modification takes place in the correct direction, i.e. an increase in the speed of rotation must correspond to a decrease in the excitation and, consequently , the voltage of the differential vector must be out of phase backwards, while a decrease in the rotational speed must correspond to a greater phase shift in front of the voltage.
This is achieved by properly calculating the voltages, so that when the rotational speed is too low, and the voltage vector generated by the individual motor is out of phase back, the differential vector is out of phase forward. It is therefore necessary that the differential vector be shifted with respect to the pilot frequency by an angle between 90 and 270 (see fig. 3), with this that the voltage vector of the pilot frequency must be more greater than the voltage vector generated by the motor In this case, by modifying the ratio of the magnitudes of the two vectors, the dependency relationship between the corresponding angles can be influenced, which makes it possible to develop the adjustment characteristic.
This cannot be achieved with the methods described above, given that, in these, the voltage generated in the machine coupled to the motor in question itself constitutes the control variable, that is to say its phase position is independent of magnitude. Now, in this embodiment with a synchronous pilot frequency, there is still no match of the frequencies during starting, so that it is impossible to carry out an acceleration with adjustment.
The object of the invention is to establish a device in which it is possible to achieve both an acceleration with adjustment and the adjustment of the adjustment characteristic, by modifying the ratio of the voltages of the voltage vectors which form the adjustment quantity. For this purpose, the various components are constituted in a different way than to date. From now on, we no longer establish the difference between the pilot frequency and a frequency corresponding to the rotational speed of the motor, but we compare the network frequency with the sum of the pilot frequency and the frequency corresponding to the engine speed.
Two components are therefore used, one of which is supplied by the power supply network through a transformer, while the second is formed by the sum of two frequencies, one of which is supplied from a pilot bus bar to hyposynchronous frequency, fed, from the network, through an auxiliary frequency converter, while the other is supplied from an asynchronous machine coupled to the motor and also connected as a frequency converter. The frequency generated in the rotor of the auxiliary frequency converter connected directly to the network can then be applied to the omnibs-pilot bar. This frequency is lower than the network frequency.
It follows that in this case, and contrary to known embodiments, the rotor of the auxiliary frequency converter turns.
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in the same direction as the rotating field generates in the stator by the network.
The rotors of the frequency converters coupled to the various motors are supplied by this pilot bus bar with the hyposynchronous frequency. Therefore, the network frequency appears in the stator when the effective and nominal frequencies match. Then the component thus obtained of the control variable and the first component supplied by the supply network are added. The sum of these components represents the manipulated variable. Fig. 3 shows the related vector diagram. In this diagram, OA denotes the first component supplied by the network and AB the second component. On the other hand, in normal conditions, and as indicated above, the angle a between OA and AB must be between 90 and 270, and OA> AB. OB represents the manipulated variable.
It emerges from FIG. 3 that when the angle a between the two components increases, that is to say, when the frequency of AB is lower than that of the network AB gradually executes a rotation towards AB 'and the phase angle ? between the manipulated variable OB and the first component OA decreases (OB '); therefore, the OB manipulated variable is out of phase forward. The other condition should be considered here, namely, the component OA, supplied by the network, must be greater than the component AB which appears in the stator of the frequency converter. Moreover, the size of the components can be chosen at will.
This circumstance can be used to influence the dependence relation of the andle ss on the angle a. When the vector AB is small, the variation of the angle (3 for a given variation of the angle a is less important than when the vector AB is large, as can be seen clearly from Fig. 3. This therefore allows to influence the control characteristic in a simple way.
It is also possible to proceed in the opposite way, that is to say, to connect the rotors of the frequency converters to the network and their stators to the pilot bus bar. In this case, the rotor must turn opposite to the rotating field produced by the network. Here too, the frequency of the pilot bus bar is hyposynchronous.
The coupling of the frequency converters to the motors is advantageously provided by means of an auxiliary gear. The transmission ratio of the latter may be provided adjustable, in order to allow adjustment of the nominal speed of rotation of the various motors separately.
Another feature of the invention is that the voltage of the pilot bus bar applied to the rotor passes through an adjustable transformer, which allows the phase position to be adjusted. This arrangement also makes it possible to adjust the actuating variable of the various motors separately. This further results in the advantage consisting in the possibility of compensating during operation for the irregularities in the installations controlled by these motors, for example, the loops in the case of rolled products. The component supplied by the network can also be made adjustable, by means of adjustable inductance regulating transformers, with regard to its phase position.
The auxiliary frequency converter which supplies the pilot frequency consists for example of a motor, also supplied through control gate rectifiers and auxiliary transformers, and of an asynchronous generator. The frequency that manifests in the rotor is applied to the pilot bus bar. This motor can also be used as a control motor for the installation in question.
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The starting of the motors is made possible by the fact that another adjustable transformer is provided, common to all the motors and which supplies the regulating device by means of a special starter bus bar. By virtue of this arrangement, the pilot motor and the various motors in question are controlled in the same way. In this case, the start-up takes place as follows:
With the motor switches still open, the adjustable transformer (7 in Fig. 1), which is part of the auxiliary frequency converter, is adjusted for a reduced rotational speed.
Then, each motor is first switched on separately and is synchronized with the bus-pilot bar by means of its induction regulator (10 in Fig. 1), which adjusts the component of adjustment provided by the network. When all the control motors have been synchronized with each other in this way, all the motors belonging to the same group can be accelerated using the induction regulator 7, in accordance with a determined speed ratio. in advance.
In connection with the invention, it should also be considered that when the drive motors go into idle mode, they must be subjected to electric braking for a short interval, whereby the adjustment cannot lead to a decrease in speed. Indeed, and as a result of the phase change, the phase difference becomes so great that the adjustment risks producing the opposite effect. This can only be prevented by braking. According to the invention, the latter is achieved by the provision of single anode inverters, which subtract power from the motor and return it to the AC network. In this way, the speed decreases and the normal setting can continue to operate.
When the installation includes rectifiers with absorption inductance coils, it suffices to provide only as many single-anode inverter bulbs or tanks as is necessary for one branch of the absorption inductor coil. In the case of a bipolar absorption inductance coil, each branch has three anodes. Therefore, three inverter bulbs should be provided. In the case of a three-pole absorption inductance coil, each branch has only two anodes, so that in this case it is sufficient to provide two inverters. The braking can also be carried out in the manner known per se, using a braking resistor which serves as an additional load.
In the case of accelerations of a longer duration, the braking device is switched on by an electro-dynamic voltage relay which compares the phase shift between, on the one hand, the component (AB in the Fig. 3) supplied by the frequency converter of the motor and, on the other hand, the manipulated variable OB itself. When this angle approaches ¯ + 90, the relay attracts, and activates the braking device.
Figures 1 to 3 schematically represent the principle of the invention.
FIG. 1 represents the assembly of the adjustment device according to the principle of the invention, applied to two motors.
FIG. 2 represents the braking device with inverters.
Figure 3 is a diagram of the adjustment voltages.
1 designates the direct current motors which are supplied from the three-phase network 4 through the rectifiers 2 and the transformers 3. The corresponding switches have not been shown in the drawings for reasons of clarity. 5 denotes the adjustment device for the control grid, which regulates the power supply to the grid and therefore the voltage supplied to the motor. This adjustment device is operated by
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an alternating voltage made up of two components, the first of which is supplied by the starting bus bar 6, supplied from the three-phase network through the adjustable transformer 7.
The phase position of the first component can be automatically adjusted for each motor by means of the induction regulator 10. The second component originates in the stator of the frequency converter 8 coupled to the motor by means of a gear. 23. The two components are added and applied to the regulator 5. The second component is generated from the pilot bus bar, through the frequency converter 8. It is made up of the sum of the frequency hyposynchronous present on the pilot bus bar 9 and the frequency which appears in the rotor 8 and which is determined by the speed of rotation of the motor 1.
It can be influenced during operation by the induction regulator 25 so as to allow individual adjustment, for example for the compensation of curls in rolled products.
In order to allow an intentional modification of the regulation characteristic of each motor, the magnitude of the voltage can be modified by means of taps provided on the induction regulator 25 and the rotor winding of the frequency converter. 8 (provision not shown). The hyposynchronous frequency of the pilot bus bar 9 is obtained by the input of the auxiliary frequency converter 11 driven by the pilot motor 12 by means of a gear 24 and whose stator is connected to the re - three-phase bucket through transformer 16. Pilot motor 12 is supplied through rectifier 13 and transformer 14. The rectifier grids 13 are controlled by means of adjustment device 15.
However, here the control voltage is supplied directly from the three-phase network by the main bus bar 4, through the transformer 16 and the induction regulator 7. In normal operation, the. voltage which appears in the stators of frequency converters 8 is at the mains frequency.
When the actual rotational speed deviates from the nominal value, for example during acceleration, the rotor of the frequency converter 8 rotates faster. This results in an increase in the frequency of the second component. In this case, the regulator reduces the excitation of the grid, so that the motor is forced to slow down. The frequency of the second component then returns to the normal value.
To start the motors, and after having performed the synchronization, the control voltage is phased out slowly by around 90, by means of the induction regulator 7. While the motors are stopping, the frequency converter auxiliary 11 causes a frequency to appear in the rotor which is exactly the same as. the network frequency, which is gradually decreasing and which, added to the increasing frequency component of the motor, always remains equal to the network frequency. It is thus possible to carry out a starting under control conditions.
FIG. 2 represents a braking system. The motor 1 is supplied through the transformer 3 and the rectifiers 2 which, for reasons of clarity, have been represented by the symbol which is generally used to designate dry rectifiers. We have omitted to represent the control system by grids. For the switching of the rectifiers, we have shown the assembly comprising an absorption inductance coil 17. It follows that each branch of this coil is assigned to a double winding of transformer 3. To this winding is connected. a braking system composed of the inverters 18 and the inductance coil 19.
This brake is activated, in the event of prolonged acceleration, by the electrodynamic voltage relay 22 and, as shown by way of example in fig. 2,
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via the contactor-circuit breaker 20, via the trip unit 21. According to a variant, it is possible to ensure that the relay 22 controls not the contactor-circuit breaker, but the inverter grids (arrangement not shown). The relay is supplied with two voltages U1 and U0 and draws immediately before these quadrature. The voltages compared are the alternating voltage which appears in the regulator 5 and the voltage which appears between the input and output terminals of the stator of the frequency converter 8.
Fig. 3 represents the vector diagram for the components which constitute the adjustment voltage.
OA designates the voltage present on the auxiliary bus bar 6, that is to say the fixed voltage of the three-phase network, which constitutes the first component of the adjustment voltage, AB is the second adjustment component which is added to the first component at an angle a, between 90 and 270. The voltage OB then represents the actual manipulated variable. As the rotational speed decreases, the frequency of the voltage AB also decreases. As a result, this frequency is shifted backwards with respect to the position of synchronism AB and comes to occupy, for example, the position Ab '. Consequently, the angle a increases and reaches the value [alpha] '. This results in the offset of the adjustment voltage OB, the angle of which is reduced from ss to ss'.
Therefore, this voltage is out of phase forward and, for this reason, excites the gate more intensely. The motor receives a higher voltage and spins faster.
Voltages OB and AB are applied to relay 22 shown in fig.
2. As soon as, as a result of prolonged accelerations - in which case the vector AB is progressively out of phase forward - AB and OB are almost in quadrature, the relay pulls in, and engages the braking device.
CLAIMS.
1. Device for adjusting the synchronism of several direct current motors supplied by means of control grid rectifiers with, for each, an adjustment variable which influences the grid excitation and whose phase position influences the firing point of the straighteners, the controlled variable being formed by two voltage components having the same frequency when the regulating system is at rest and which are out of phase with respect to each other by an angle between 90 and 270, this device comprising an auxiliary machine coupled to the motor, characterized in that one of the components of the control variable is supplied by the power supply network via a transformer. tor,
while the frequency of the other component is formed by the sum of two frequencies, one of which comes from a bus-pilot at hyposynchronous frequency, bar supplied from the network through a converter of auxiliary frequency, while the other frequency is supplied, as a complementary frequency, from an asynchronous machine coupled to the motor and also mounted as a frequency converter, so that when the motor is running at nominal speed, the frequency of the second component also corresponds to the frequency of the network, whereas, when the speed of rotation deviates from the normal speed, this frequency of the second component determines a frequency which deviates from that of the network,
whereby the phase position of the manipulated variable changes slowly and thus influences the control voltage at the rectifier gate, so that the motor runs at rated speed again, and the component named first instead of the manipulated variable is greater than the second component.