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La présente invention concerne les montages d'alimentation électrique et plus spécialement, mais non exclusivement, des monta- ges pour l'alimentation des moteurs électriques polyphasés synchro- nes.
Quand il faut faire tourner à faible vitesse ou même à vitesse nulle un moteur synchrone comme décrit dans le brevet de même date de la Demanderesse intitulé " Moteur électrique ", le moteur doit être alimenté par une source polyphasée à fréquence basse et cette source peut être avantageusement constituée par une alimentation dérivée par exemple du réseau ordinaire à la fréquence classique de 50 périodes par seconde- Il peut donc être nécessaire de disposer d'une alimentation à fréquence basse dont la fréquence varie entre 0 et 5 cycles par seconde et la présente invention a
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pour but de procurer les moyens d'obtenir une alimentation de ce genre.
Suivant la présente invention, un montage d'alimentation électrique produisant un courant continu pulsé ou variant périodi- quement à une fréquence déterminée faible ou nulle et dérivé d'une alimentation de courant alternatif à fréquence plus élevée, comprenc un régulateur d'induction connecté à l'alimentation de courant al- ternatif,une commande pour faire tourner le rotor du régulateur d'induction à une vitesse déterminée, et un moyen de redressement pour redresser la tension de sortie variable du régulateur d'induc- tion.
La fréquence de l'alimentation de courant continu varie en fonction de la vitesse de rotation du rotor du régulateur d'in- duction, et si le rotor-est immobilisé dans une position, la dite fréquence est nulle.
Si l'alimentation de courant continu requise doit être polyphasée, on peut utiliser plusieurs régulateurs d'induction, les rotors des régulateurs étant déphasés les uns par rapport aux autres Si l'alimentation de courant continu à variation périodique doit être triphasée, par exemple, on peut utiliser trois régulateurs d'induction dont les rotors sont déphasés électriquement entre eux de 120 et qui sont entraînés par une commande commune, chaque régulateur alimentant son propre redressement.
L'alimentation de l'alternatif primaire peut être triphasé et, dans ce cas, le régulateur ou chaque régulateur d'induction doit être un régulateur triphasé avec les enroulements primaires et seco daires mis en série.
Au lieu d'utiliser trois régulateurs d'induction triphasés de forme courante, on peut utiliser un seul régulateur d'induction de construction spéciale. Ou bien, il est possible d'utiliser un régulateur d'induction de type courant auquel on adjoint un trans- formateur triphasé à quatre enroulements, et ce dernier montage
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peut être utilisé avec trois autres régulateurs d'induction et transformateurs de façon à constituer une alimentation de courant continu ayant une forme d'onde correspondant à une fonction sinus carre.
L'alimentation de courant continu pulsé ou à variation périodique peut à son tour être utilisée .pour produire du courant alternatif d'alimentation à une fréquence basse déterminée par commutation d'une demi-période sur deux de l'alimentation de courant continu, par exemple à.l'aide d'une bague et d'un collecteur ou à l'aide d'un cont acteur inverseur.
Afin que l'invention soit clairement comprise, six mon- tages d'alimentation électrique suivant l'invention sont décrits ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux huit figures des dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 donne.le schéma de circuit du premier montage.
La figure.2 est un graphique' explicatif du circuit de la figure 1.
La figure 3 représente les éléments principaux du deuxième montage.
Les figures 4 et 5 représentent respectivement les éléments de circuit et un graphique explicatif du troisième montage.
La figure .6 donne les éléments de circuit du quatrième mont age.
La figure 7 donne le circuit du cinquième montage, et
La figure 8 donne le circuit du sixième montage.
Le montage représenté à la figure 1 prend son courant à un réseau alternatif triphasé normal 1 à la fréquence classique de 50 périodes par seconde et fournit aux barres omnibus 2 du courant continu à variation périodique triphasés pouvant alimenter un moteur électrique (non représenté) pourvu d'un rotor à aimant permanent et de deux enroulements de stator, comme décrit dans le brevet précité.
La fréquence de l'alimentation de courant continu
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peut varier de façon continue à partir de zéro de façon à régler en conséquence la vitesse du moteur qui fonctionne en moteur synchrone et, à la fréquence zéro, l'alimentation du moteur peut être telle que celui-ci exerce un couple suffisant pour maintenir ou supporter une charge immobilisée*
L'alimentation considérée, prenant son courant au réseau alternatif 1, comprend trois contacteurs triphasés d'alimentation 3, 4 et 5 pourvus chacun d'une bobine de disjoncteur de surcharge 30 L, 40 L et 50 L,.et trois régulateurs d'induction triphasés 6, 7 et 8 dont les enroulements primaires 6 P, 7 P et 8 P sont mis en série respectivement avec les enroulements secondaires 6 S., 7 S et 8 S,
de façon que la tension de sortie d'un régulateur puisse varier de façon continue d'une valeur minimum à une valeur maximum par rotation du rotor du régulateur. Ou bien, les enroulements pri- maires et secondaires peuvent tous deux être connectés au réseau, permettant ainsi de réduire la tension de sortie à zéro. Les rotors, qui peuvent porter les enroulements primaires ou secondaires des régulateurs, sont accouplés mécaniquement de telle façon que leurs tensions de sortie soient déphasées électriquement entre elles de 120 et les trois rotors sont entraînés ensemble par une commandé 9 qui peut consister en un moteur électrique avec réducteur ou un moteur électrique plus une boite de vitesses.
La commande 9 est telle que les rotors des régulateurs 6, 7 et 8 peuvent être immobi- lisés ou peuvent tourner à une vitesse variable de façon continue depuis zéro jusqu'à une vitesse maximum déterminée.
La sortie de chaque régulateur est redressée, chaque régulateur étant associé à un transformateur triangle-étoile 10, 11 ou 12 et un circuit de redressement triphasé à double alternance à redresseurs secs 13, 14 et 15, et une borne de sortie de courant continu de chaque circuit de redressement est reliée à une barre omnibus commune ou neutre 2 CB des barres omnibus 2, tandis que l'autre borne de sortie de courant continu de chaque circuit de
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redressement est reliée à une des trois barres omnibus 2 restantes* Pour alimenter un moteur comme celui décrit dans le'brevet précité, chaque phase de l'enroulement triphasé de stator du moteur doit être connectée entre la barre omnibus qommune 2 CB et une des autres barres omnibus,
la vitesse du motaur étant réglée par réglage de la vitesse de rotation des rotors des régulateurs d'induction '6, 7 et 8
On remarquera que,.lorsque le rotor de chaque régulateur d'induction fait un tour complet, sa tension de sortie passe de zéro à un maximum pour retomber a zéro, la tension maximum étant égale à la somme arithmétique des tensions primaire et secondaire.
La sortie de chaque régulateur est redressée de façon que la.tension apparaissant aux bornes de sortie du circuit 13, 14 ou 15 ne dépende que de la grandeur de la tension de sortie du régulateur et non de sa fréquence; comme la figure 2 le montre, la courbe A montre .la relation entre la tension de sortie du circuit de redressement 13 et la position du rotor du régulateur d'induction 6. Les courbes B et C donnent les tensions de sortie'redressées respectivement des régulateurs 7 et 8 et, grâce aux déphasages électriques de plus ou moins 120 entre les rotors de régulateur,ces courbes sont décalées par rapport à la courbe A de plus ou moins 120 .
On obtient une variation périodique des trois tensions de sortie redressées en faisant tourner les rotors des régulateurs d'induction 6, 7 et 8, et la fréquence de la variation périodique est déterminée par la vitesse de rotation des rotors. Le montage considéré convient spécialement pour la production d'une variation de fréquence périodique de zéro à cinq périodes par seconde à partir du réseau alternatif primaire à 50 périodes par seconde.
Dans le second montage suivant l'invention, les trois régulateurs d'induction triphasés 6,7 et 8 de la figure 1 sont remplacés par un seul régulateur d'induction de construction spéciale et, comme la figure 3 le montre, ce régulateur unique comprend un rotor entraîné comme auparavant et pourvu de trois noyaux magnéti-
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ques distincts 16, 17 et 18 portant chacun un enroulement de phase 19,20 ou 21 relié au réseau alternatif primaire 1. Les trois noyaux 16,17 et 18 sont montés sur le même axe du régulateur et de telle façon que les pôles magnétiques correspondant aux enroulements de phase 19,20 et 21 soient décalés électriquement entre eux de plus ou moins 1200 dans l'espace.
Le stator du régulateur comprend un seul noyau magnétique couplé magnétiquement aux trois noyaux et aux trois enroulements de. rotor et portant trois enroulements 22, 23 et 24, chaque enroule- ment se composant de trois parties comme 22 A, 22 B et 22.C: les parties A, B et C des enroulements 22,23 et 24 sont associées res- pectivement aux noyaux et enroulements 16-19,17-20, 18-21, et les trois enroulements 22,23 et 24 disposés de façon semblable aux trois enroulements de phase normaux d'un régulateur, sont décalés de 120 électriques en étant disposés autour du.noyau.
Les sorties des enroulements sont redressées dans des circuits de redressement 25,26 et 27 de façon à alimenter les barres omnibus à courant continu 2 comme auparavant..Si on le désire, des circuits de fil- trage peuvent être associés aux circuits de redressement, afin d'éli- miner la fréquence d'ondulation qui est égale au double de la fréquence du réseau alternatif primaire 1.
Il est utile de faire remarquer ici que l'alimentation de courant continu puisé ou à variation périodique suivant l'inven- tion peut être utilisée à son tour pour fournir du courant alterna- tif, en utilisant des moyens de commutation pour inverser la polarité d'une demi-période positive sur deux de l'alimentation de courant continu. Un moyen simple est représenté à la figure 4 et peut être expliqué en se référant au circuit de la figure 1. Chaque paire de fils positif et négatif véhiculant le courant continu venant d'un des circuits de redressement 13, 14 ou 15 de la figure 1 est amenée à deux bagues collectrices 28, 29 par l'intermédiaire de deux balais fixes 30, 31.
Les bagues collectrices 28, 29 sont montées sur un arbre commun 32 ensemble avec un collecteur à deux
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lames 33 dont une lame est reliée à la bague collectrice 28 et l'autre lame est reliée à la bague collectrice 29. L'arbre 32 avec les bagues collectrices 28, 29, le collecteur 33 et des balais 34, 35 portant sur deux côtés opposés du collecteur, constitue le dispositif de consultation. Chaque arbre 32 est accouplé, par l'arbre de la commande 9, au régulateur d'induction correspondant 6, 7 ou 8, de façon qu'il tourne à une vitesse liée à la vitesse d'entraînement des régulateurs d'induction; le rapport réducteur de l'accouplement dépend du nombre de pôles du régulateur d'induction.
Il faut se rappeler que les rotors des régulateurs d'induction 6, 7 et 8 sont accouplés entre eux de façon que leurs tensions de sortie soient déphasées entre elles de,120 , et la position relative des lames sur le collecteur 33 dans les trois dispositifs de commutation est telle qu'on respecte le déphasage dans l'alimentation en courant alternatif des barres omnibus 2 prise aux paires de balais.34, 35 portant sur les lames de collecteur.
Comme la figure 5 le montre, la courbe D-D représente la tension de sortie de chacun des redresseurs 13, 14, 15, qui consiste en deux demi ondes positives d'une onde sinusoïdale. La courbe E-E représente la forme d'onde de tension de sortie résultante provenant de chaque paire de balais 34,35 et qui consiste en une onde sinusoï- dale pure. Le dispositif de commutation peut être relativement sim- ple, puisque la tension et le courant passent par zéro au moment de la commutation.
La figure 6 représente une solution différente de celle de la figure 4 pour produire du courant alternatif à partir d'une alimentation de courant continu ; ce dernier cas, seule une paire de fils 36,37 véhiculant le courant continu est représentée pour la clarté du dessin. Le dispositif de commutation, dans le cas de cette dernière solution, comprend un contacteur inverseur bipolaire 38 dont la bobine de commande 39 est alternativement excitée et désexcitée à une fréquence liée à la vitesse de rotation du régulateur d'induction correspondant; ceci peut se faire, par exemple, à l'aide d'un contact 40 mettant une source 41 en et hors
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circuit sous l'influence d'une came convenable montée sur un axe accouplé à l'axe du régulateur d'une manière Semblable à celle déjà décrite.
La tension sortant aux bornes 42, 43 peut ainsi avoir la for.ae d'une onde sinusoïdale pure comme dans le cas précédent.
Des montages comme ceux représentés aux figures 4 et 6 peuvent évidemment être utilisés dans d'autres circuits produisant du courant continu suivant la présente invention; par exemple, ces montages peuvent être appliqués au circuit de la figure 3, la sortie de chacun des trois redresseurs 25, 26 et 27 étant appli- quée à un dispositif de commutation comme ceux décrits ci-avant.
La figure 7 représente un autre circuit utilisant des dispositifs de commutation de ce genre. Dans ce dernier cas, on dérive du cou- rant continu pulsé ou à variation périodique triphasés d'un réseau alternatif primaire triphasé à' plus haute fréquence, en utilisant un régulateur d'induction triphasé quadripolaire 44 de construction courante en association avec un transformateur triphasé 45 à quatre enroulements.
Ce dernier comprend un enroulement primaire unique 46 et trois enroulements secondaires 47,48,49,' l'enroulement primaire 46 du transformateur 45 étant relié au réseau alternatif primaire 1, tandis que les trois enroulements secondaires 47, 48, 49 sont. reliés, ensemble avec le régulateur d'induction 44 de la façon repré- sentée, aux transformateurs 10, 11, 12 et aux redresseurs 13, 14, 15 déjà mentionnés lors de la description du circuit de la figure 1, de façon à constituer une source de courant continu.
Ce courant continu est appliqué ensuite au dispositif de commutation déjà décrit avec référence à la figure 4, les trois dispositifs de commutation utili- sés ici étant montés sur un seul axe 50 accouplé à l'axe du régula- teur d'induction 44. La sortie des dispositifs de commutation est envoyée aux barres omnibus 2 qui fournissent ainsi du courant alter- natif d'une fréquence basse déterminée.
Le dispositif de commutation à collecteur et bagues collectrices peut évidemment être remplacé par un dispositif contacteur à commande par came du type décrit
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avec référence à la figure 6 et, dans le cas où on utilise la solution à collecteur et bagues collectrices, il peut être inté- ressant d'incorporer des interrupteurs pour courtcircuiter les bagues collectrices et le collecteur au moment où ceux-ci sont immo- biles, afin d'éviter les difficultés possibles avec les contacts des balais.
Quand on utilise ces montages pour la commande de moteurs synchrones, il est souvent plus intéressant d'utiliser une alimenta tion de courant alternatif ou de,forme sinusoïdale comme celle de l'exemple de la figure 7 plutôt qu'une alimentation de courant continu pulsé ou à variation périodique, quoique cette dernière solution soit parfois préférable quand on désire adopter la solution la plus sûre et quand tous les contacteurs et parties mobiles doivent être réduits à un minimum. La figure 8 représente un circuit consti- tuant une source de courant continu pulsé triphasé ayant certains avantages.
On utilise de nouveau, comme décrit avec référence à la figure 7, le régulateur d'induction 44 et le transformateur triphasé à quatre enroulements 45 avec son enroulement primaire unique 46 et ses trois enroulements secondaires 47, 48 et 49, mais on utilise en outre trois autres régulateurs d'induction 51, 52, 53 accouplés au régulateur 44 et associés chacun à un transformateur triphasé
54, 55 ou 56, ceux-ci étant connectés à la sortie du transformateur
45 en amont des redresseurs 13, 14 et 15. De cette manière, la forme d'onde du courant continu apparaissant aux barres omnibus 2 est celle d'une fonction sinus carré .
Le principal avantage de cette solution réside en ce que, si la sortie triphasée est appliquée à un moteur électrique à bobinage triphasé normal, le vecteur de flux résultant dans l'entrefer du moteur tourne à vitesse constante et est d'amplitude fixe.