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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.