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"Groupe onduleur ou convertisseur statique de fréquence, réglable et commandé, pour l'alimentation de moteurs à courant alternatif
Le perfectionnement faisant l'objet de la présente invention est relatif à un groupe onduleur au convertisseur statiqua de fréquence, réglable et commandé, pour l'alimentation de moteurs à courant alternatif, avec réglage et commande de la fréquence et de la grandeur du courant de charge, groupe où, conformément au brevet principal N 711.931, on prévoit, par phase, pour régler la tension de sortie du convertisseur statique de fréquence, au moins un alternateur tournant en synchronisme avec le moteur et agissant comme générateur de synchronisation, lequel comporte un dispositif qui maintient constante l'amplitude de cette tension de sortie, indépendamment de la vitesse,
et où il est prévu des potentiomètres
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électroniques qui modifient l'amplitude ec la phase ou la fré- quence des valeurs ajustées par le g@nérateur de synchronisa- tion.
Suivant le brevet N 711.931, on emploie à cet effet, en guise de générateur de synchronisation, un alternateur tour- nant en synchronisme'avec le moteur. Dans ce cas, il apparaît à la sortie de l'alternateur une tension qui demeure constante indépendamment de la vitesse et pour laquelle l'amplitude, la phase ou la fréquence- de cette- tension du générateur de synchro- nisation sont modifiées par-des potentiomètres électroniques y raccordés. Dans le brevet principal, on a décrit deux exemple d'exécution pour la machine génératrice de synchronisation.
D'une part, on a décrit des g-nérateurs de Hall montés séparément du moteur ou incorporés à celui-ci. Une autre solution consis- te à disposer sur le rotor du moteur une bague munie de lan- guettes bonnes conductrices d'électricité, espacés à des inter- valles égaux au pas polaire, le stator étant pourvu d'un cir- cuit oscillant dont la bobine possède un noyau de fer, à tra- vers l'entrefer duquel passe les languettes.
La présente invention suggère une troisième solution, plus simple,qui est caractérisée en ce que l'alternateur est constitué par une machine asynchrone à induit à bagues collec- trices, machine dont un enroulement triphasé est alimenté par une tension alternative triphasée, tandis que l'autre enroule- ment à courant triphasé débite une tension qui fournit celle du gnrateur de synchronisation, et en ce qu'il est prévu des moyens pour déceler l'axe.';de l'enroulement de la machine asynchrone à induit à bagues collectrices par rapport à l'axe de l'enroulement du moteur à courant alternatif.
Dans ce cas, on a la possibilité d'appliquer au rotor de la machine asynchrone la tension alternative et de recueil-
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lar à partir du stator la tension fournissant celle du géné-
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rateur de synchronisation;- ôur5ementrelést8tor et le rotor entre eux.
Les Figs. représentent cet ex.,:e ütexcution: La Fig. 1 représente la dispasi4--4zn d'ensemble des machines, tandis que la Fi.,. 2 repr-s-=e le montage électrique. Dans la Fig. 1, le chiffre de ré-5#ance 1 désigne le moteur. Les enroulements statori ques dj eur sont désignés par R,tS,v et T,. Le rotor, qui représen4----Z.garr-itation de la machine, est désigné par E,. Le chiffre Óe référence 2 désigne la machine génératrice de synchronis atien qui tourne en syn- chronisme électrique avec le moteur. C'est une machine asynchrone à enroulements statoriques R2,S2, T2 et à enroulements
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rotoriques r2,s2,t2. Les arbres de 1ia$On entre le moteur et la machine asynchrone sont désignés par 3 et 4.
On doit dé-
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sormais adopter des dispositions qui noeoculement assurent la marche synchrone des deux machines, mais encore établissent la concordance des phases ou un angle déterminé entre celles-ci.
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Dans la Fig.l, on a représenté deux c<3yens .our atteindre ce but, à savoir, d'une part, la possibilité de décaler la stator.
Ceci est indiqué par le système 5, composé d'un pignon 6 et d'une couronne dentée 7.solidaire du stator, système qui peut être manoeuvré à l'aide d'un volant à main 8. Il va de soi que
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le décalage peut être aussi effictué à 1.ei.de d'un servo- moteur. En actionnant le volant à main, on décale les axes
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des enroulements R2,S2,T2 par rapport à ceux du moteur, . également savoir, R1,S1T1. Dans ce cas, il se pcoduiit un décalage de la phase des tensions (R2,S2,T2 et donc de la tension du générateur de synchronisation) induites daas le stator. Une autre solution possible est indiquée dans cette même Fig.
On a représenté dans celle-ci un accouplement 9 qui relie entre
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eux les arbres 3 et 4. Cet accouplement peut être décalé à l'aide du levier 10, de telle manière que l'axe des enroule- ments rotoriques r2,s2,t2 peut être décalé par rapport à l'en- roulement inducteur E1 du rotor. on obtient alors le même effet qu'on décalant le stator.
Le chiffre de référence 11 désigne un engrenage, qui est nécessaire lorsque les nombres respectifs des paires po- laires des deux machines sont différents. Pour obtenir néan- moins des tensions synchronisées, il faut établir entre les vitesses un rapport approprié à celui existant entre les nom- bres des paires polaires. Ceci est réalisé par l'engrenage 11.
L'élaboration de la tension du générateur de synchro- nis ation à partir des tensions de la machine asynchrone 2 in- duites dans le rotor est représentée dans la Fig. 2. La rotor se voit appliquer la tension alternative UN à la fréquence in- variable fN du réseau. On recueille au stator la tension UG du générateur laquelle possède la fréquence fG¯fN, compte tenu du sens de rotation,fG étant la fréquence qui correspond au sens de rotation.
Les deux tensions UN et UG sont appliquées ' aux mélangeurs 12, l'ordre des phases de la tension alternative étant permuté; il y apparaît alors par multiplication une ten- sion UA, qui comprend des membres avec la fréquence fG¯ 2 fil et la fréquence fG- Le membre avec la fréquence fG ¯2 fN est en phase dans toutes les trois phases, tandis que dans le membre avec la fréquence fG,les phases sont décalées chacune de 120;
si l'on ne permute pas l'ordre des phases de la tension alternative UN à l'entrée des mélangeurs, le membre avec la fréquence fG¯ 2 fN devient triphasé, tandis que le membre avec la fréquence fG devient en phase. Zn ce qui concerne la
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commande du moteur, c'est le premier cas (celui représenté) qui est pris en considération. Le premier membre est donc une tension homopolaire, le second étant une tension directe dans le send du compte des composâtes symétriques. Les 3 phases de la tension UA sont totalisées dans le totalisateur.
Ainsi. toutes les composantes triphas@es, c'est-à-dire, les systèmes directs, sont éliminées, tandis que les membres en phase, c'est- à-dire, les systèmes homopolaires, apparaissent à la sortie avec une triple amplitude. Il s'établit donc une tension 3
UA'qui possède une amplitude triple de UA et qui ne comprend plus que le membre avec la fréquence fG¯ fN. Cette tension est décalée à 180 dans le circuit inverseur 14, de sorte que l'on obtient - 3UA'. La tension est ensuite appliquée à un diviseur de tension 15, de sorte qu'il apparaît désormais à la sortie une tension -UA, qui possède la même amplitude que UA.
Le diviseur de tension démultiplie donc dans un rapport de 3: 1. Par conséquent, cette tension est répartie sur les trois phases et est appliquée aux totaliseurs 16. Ceux-ci reçoivent en autre directement la tension U . On obtient -- désormais à la sortie des totalisateurs 16, dans les trois - phases, les tensions Uo, qui sont égales à UA - UA'. Par suite de l'addition, les membres avec la fréquence fG¯ 2fN, disparaissent et il ne demeure plus que les membres avec la fréquence fG, qui comportent, dans les trois phases, un dé- phasage mutuel de 120 . Cette tension de sortie est la tension désirée Uo du générateur de synchronisation.- La fréquence fG représente alors la fréquence désirée du moteur.
Conformément à la disposition suivant le brevet princi- pal, cette tension est composée avec une tension U90, dépha- sée à 90 par rapport à la première. La tension U90 peut être obtenue à l'aide d'un circuit déphaseur 17. Cette dernière
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tension compose convenablement les composantes de la tension des différentes phases de telle manière que l'on obtient au total une'amplitude égale, mais décalée de 90 . Or, la tension qui apparaît au stator de la machine 2 n'est pas indépendante de la vite.se. Elle subsiste cependant enc.,re pour une vitesse zéro du moteur.
On a donc la possibilité de prévoir une régu- lation de la tension qui, pour toutes les vite..ses depuis zéro jusqu'à la vite@e nominale, dans les deux sens de rotation, règle la tension à une valeur constante, A cette fin, les ten- sions Uo et U90 sont redressées dans le redresseur 18 et appli- quées à un comparateur 19, où elles sont comparées avec une tension prescrite Vsoll. La différence, c'est-à-dire, l'écart de la valeur prescrite, est ensuite amplifiée dans l'amplifi- cateur 20 et appliquée aux mélangeurs 12.
La tension différen- tielle influence les mélangeurs, en.raison de la division, de telle manière que U, et donc aussi Uo,de même que U90, possè- dent la même amplitude à toutes les vite.ses. Les tensions Uo et U90, qui sont ainsi maintenues à la même amplitude, sont dé- sormais traitées de la même manière que dans le système suivant le brevet principal. Elles sont donc appliquées à des potentio- mètres électroniques qui, compte tenu de la phase et de la gran- deur, appliquent finalement la tension du générateur de syn- chronisation aux onduleurs ou convertisseurs statiques de fréquen- ce qui alimentent le moteur et peuvent ainsi gouverner la vites- se et la charge.
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"Inverter group or static frequency converter, adjustable and controlled, for supplying AC motors
The improvement which is the subject of the present invention relates to an inverter unit with a static frequency converter, adjustable and controlled, for supplying AC motors, with adjustment and control of the frequency and of the magnitude of the current of load, group where, according to main patent N 711.931, there is provided, per phase, to adjust the output voltage of the static frequency converter, at least one alternator rotating in synchronism with the engine and acting as a synchronization generator, which comprises a device which maintains constant the amplitude of this output voltage, independently of the speed,
and where there are potentiometers
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electronics which modify the amplitude and phase or frequency of the values adjusted by the synchronization generator.
According to patent No. 711,931, an alternator rotating in synchronism with the engine is used for this purpose as a synchronization generator. In this case, a voltage appears at the output of the alternator which remains constant regardless of the speed and for which the amplitude, phase or frequency of this voltage of the synchronization generator are modified by electronic potentiometers connected to it. In the main patent, two exemplary embodiments have been described for the synchronization generator machine.
On the one hand, it has been described Hall generators mounted separately from the motor or incorporated into it. Another solution consists in placing on the rotor of the motor a ring provided with tabs which are good conductors of electricity, spaced at intervals equal to the pole pitch, the stator being provided with an oscillating circuit whose the coil has an iron core, through which the tabs pass through the air gap.
The present invention suggests a third, simpler solution, which is characterized in that the alternator consists of an asynchronous machine with an armature with collector rings, a machine of which a three-phase winding is supplied by a three-phase alternating voltage, while the 'another three-phase current winding delivers a voltage which supplies that of the synchronization generator, and in that means are provided for detecting the axis.'; of the winding of the asynchronous slipper-ring armature machine relative to the axis of the AC motor winding.
In this case, we have the possibility of applying to the rotor of the asynchronous machine the alternating and collecting voltage.
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lar from the stator the voltage supplying that of the
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synchronization rator; - ôur5ementrelést8tor and the rotor between them.
Figs. represent this example: Execution: FIG. 1 represents the overall dispasi4--4zn of the machines, while the Fi.,. 2 shows the electrical assembly. In Fig. 1, the re-5 # ance number 1 designates the motor. The stator windings dj eur are designated by R, tS, v and T ,. The rotor, which represents 4 ---- Z.garr-itation of the machine, is designated by E ,. The number Óe reference 2 designates the synchronization generator machine which rotates in electrical synchronism with the motor. It is an asynchronous machine with stator windings R2, S2, T2 and windings
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rotor r2, s2, t2. The 1ia $ On shafts between the motor and the asynchronous machine are designated by 3 and 4.
We must de-
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Henceforth adopting provisions which noeoculation ensure the synchronous operation of the two machines, but also establish the concordance of the phases or a determined angle between them.
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In Fig.l, two c <3yens are shown .our achieve this goal, namely, on the one hand, the possibility of shifting the stator.
This is indicated by system 5, composed of a pinion 6 and a ring gear 7. integral with the stator, a system which can be operated using a hand wheel 8. It goes without saying that
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the offset can also be effected at 1.ei.de a servomotor. By operating the handwheel, the axes are shifted
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windings R2, S2, T2 with respect to those of the motor,. also know, R1, S1T1. In this case, there is a phase shift of the voltages (R2, S2, T2 and therefore of the voltage of the synchronization generator) induced in the stator. Another possible solution is indicated in this same Fig.
There is shown therein a coupling 9 which connects between
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them shafts 3 and 4. This coupling can be offset using the lever 10, so that the axis of the rotor windings r2, s2, t2 can be offset with respect to the inductor bearing E1 of the rotor. the same effect is then obtained when the stator is shifted.
Reference numeral 11 denotes a gear, which is necessary when the respective numbers of the pole pairs of the two machines are different. To obtain, however, synchronized voltages, it is necessary to establish between the speeds an appropriate relation to that existing between the numbers of the polar pairs. This is achieved by gear 11.
The development of the voltage of the synchronization generator from the voltages of the asynchronous machine 2 induced in the rotor is shown in FIG. 2. The rotor is applied with the alternating voltage UN at the invariable frequency fN of the network. The generator voltage UG is collected at the stator, which has the frequency fG¯fN, taking into account the direction of rotation, fG being the frequency which corresponds to the direction of rotation.
The two voltages UN and UG are applied to the mixers 12, the phase order of the alternating voltage being swapped; there then appears by multiplication a voltage UA, which includes members with the frequency fG¯ 2 wire and the frequency fG- The member with the frequency fG ¯2 fN is in phase in all three phases, while in the member with the frequency fG, the phases are each shifted by 120;
if the order of the phases of the alternating voltage UN at the input of the mixers is not changed, the member with the frequency fG¯ 2 fN becomes three-phase, while the member with the frequency fG becomes in phase. Zn with regard to
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control of the motor, the first case (the one shown) is taken into consideration. The first member is therefore a zero sequence voltage, the second being a direct voltage in the send of the symmetrical composites account. The 3 phases of voltage UA are totaled in the totalizer.
So. all three-phase components, i.e., direct systems, are eliminated, while in-phase members, i.e., zero-sequence systems, appear at the output with triple amplitude. A voltage 3 is therefore established
UA 'which has an amplitude triple of UA and which only includes the member with the frequency fG¯ fN. This voltage is shifted to 180 in the inverter circuit 14, so that -3UA 'is obtained. The voltage is then applied to a voltage divider 15, so that a voltage -UA now appears at the output, which has the same amplitude as UA.
The voltage divider therefore multiplies in a ratio of 3: 1. Consequently, this voltage is distributed over the three phases and is applied to the totalizers 16. These also directly receive the voltage U. One obtains - henceforth at the output of the totalizers 16, in the three phases, the voltages Uo, which are equal to UA - UA '. As a result of the addition, the limbs with the frequency fG¯ 2fN disappear and only the limbs with the frequency fG remain, which in the three phases have a mutual phasing of 120. This output voltage is the desired voltage Uo of the synchronization generator. The frequency fG then represents the desired frequency of the motor.
In accordance with the arrangement according to the main patent, this voltage is composed with a voltage U90, out of phase by 90 with respect to the first. The voltage U90 can be obtained using a phase shifter circuit 17. The latter
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voltage suitably composes the voltage components of the different phases in such a way that a total amplitude is obtained which is equal, but shifted by 90. However, the voltage which appears at the stator of the machine 2 is not independent of the speed. It remains however enc., Re for zero engine speed.
It is therefore possible to provide for voltage regulation which, for all speeds from zero to nominal speed, in both directions of rotation, regulates the voltage to a constant value, A To this end, the voltages Uo and U90 are rectified in the rectifier 18 and applied to a comparator 19, where they are compared with a prescribed voltage Vsoll. The difference, that is, the deviation from the prescribed value, is then amplified in amplifier 20 and applied to mixers 12.
The differential voltage influences the mixers, due to the division, in such a way that U, and therefore also Uo, as well as U90, have the same amplitude at all speeds. The voltages Uo and U90, which are thus maintained at the same amplitude, are henceforth treated in the same way as in the system according to the main patent. They are therefore applied to electronic potentiometers which, taking into account the phase and the magnitude, finally apply the voltage of the synchronization generator to the inverters or static frequency converters which supply the motor and can thus to govern the speed and the charge.