Procédé de démarrage de moteur électrique à courant alternatif et dispositif pour sa mise en oeuvre. La présente invention comprend un pro cédé de démarrage de moteur électrique à cou rant alternatif et un dispositif pour sa mise en #uvre.
Conformément à la pratique actuelle, il est généralement désirable et quelquefois es sentiel de prévoir des moyens pour réduire la tension appliquée aux bornes du moteur, au moins jusqu'au moment où celui-ci a at teint une vitesse considérable; la raison en est que, si l'on ne se sert pas d'un tel expédient, le courant absorbé par le moteur est excessif et peut donner lieu à des avaries de ce der nier et à des troubles non désirables sur la ligne.
Le procédé et le dispositif selon l'inven tion permettent d'éliminer la nécessité de pré voir quelques moyens extérieurs @à un mo teur électrique, tels que l'auto-transformateur ordinaire, pour abaisser la tension agissant sur l'enroulement primaire pendant la période de démarrage. Le procédé est caractérisé en ce que, pour le démarrage, on modifie temporairement le couplage de sections d'enroulement d'un en roulement primaire appliqué au moteur, qui sont normalement connectées en parallèle, de manière à réduire le courant absorbé au dé marrage.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte un enroulement primaire présentant, pour chaque phase, deux sections au moins qui sont normalement connectées en parallèle et appliqué au moteur, ainsi que des moyens permettant de modifier les connexions de ces sections pendant le démarrage, dans le but de réduire le courant absorbé à ce moment-là..
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, différentes formes d'exécution du dispositif selon l'invention qui permettent des mises en couvre du procédé.
La fig. 1 représente schématiquement une forme d'exécution du dispositif appli quée à un moteur synchrone; La fig. 2 est une représentation schémati que d'un circuit primaire de moteur com prenant le dispositif; La fig. 3 est une vue schématique sem blable à celle de la fig. 2 et montrant une autre forme d'exécution du dispositif; Les fig.@ 4 et 5 sont des diagrammes re présentant la puissance et le couple fourni par des moteurs auxquelsi on a appliqué le dispositif selon l'invention;
Fig. 6 et 7 sont deux vues schématiques semblables à la fig. 2 et montrant deux au tres formes d'exécution du dispositif.
La fig. 1 représente un moteur synchrone présentant un enroulement primaire triphasé _ A connecté en étoile, un enroulement de champ F, une cage d'écureuil B.
L'énergie est fournie à l'enroulement pri maire par une source quelconque appropriée de courant alternatif polyphasé, telle que celle représentée par les conducteurs d'ali mentation 1, 2, 3; d'autre part, du courant continu peut être fourni @à l'enroulement de champ F du moteur par une source appro priée, telle que celle représentée en 4.
Chacune des phases de l'enroulement pri maire A comprend deux sections d'enroule ment 5, 6, destinées à être branchées en parallèle pendant le fonctionnement nor mal du moteur. Pendant la période de démarrage, par contre, le branche ment en parallèle des diverses sections d'enroulement peut être supprimé. Par exemple, les sections d'enroulement 6 peu vent être temporairement séparées des sec tions 5 par, l'ouverture des interrupteurs 7.
Lorsque ces interrupteurs 7 sont ouverts Pen dant la période de démarrage, tout le courant primaire est obligé de passer dans les sections d'enroulement 5 qui lui opposent une plus grande résistance que celle qui serait offerte par le primaire du, moteur si les sections 6 étaient reliées en parallèle aux sections 5. Lorsque ces sections d'enroulement sont bran chées en parallèle, l'impédance de l'ensemble de ces sections en parallèle est nécessaire ment plus petite que celle de l'une des bran ches quelconques dudit ensemble en parallèle, si l'on se sert de cette seule branche: en conséquence, il est possible de limiter l'in tensité du courant en coupant la connexion en parallèle de sections d'enroulement normale ment branchées en parallèle.
De cette façon, l'intensité du courant pris sur la ligne est fortement réduite; ce résultat est obtenu sans l'aide d'aucun appareil auxiliaire tel que, les autotransformateurs ordinairement utilisés dans le but de réduire la tension agissant aux bornes du moteur. Lorsque la vitesse du mo teur a augmenté de façon à atteindre une va leur telle que la force contre-électromotrice s'appose pratiquement au passage du courant dans le circuit primaire, les interrupteurs 7 peuvent être fermés pour relier les sections d'enroulement 6 en parallèle avec les sections 5.
La fermeture des interrupteurs 7 a pour résultat une augmentation momentanée (lu courant de démarrage qui, cependant, n'at teint jamais une valeur excessive, parce que, pendant cette portion de la période de dé marrage, la force contre-électromotrice s'op pose pratiquement à la tension de la ligne pour limiter le courant à une valeur accepta ble. Dans des conditions ordinaires on obtient un résultat satisfaisant en fer mant les interrupteurs 7 lorsque le mo teur arrive à une vitesse approximativement égale à 80/0,0' de la vitesse synchrone, quoique la vitesse spéciale à laquelle les interrupteurs peuvent être fermés, puisse varier selon les conditions variables de fonctionnement et se lon les caractéristiques variables des moteurs.
Dans de certaines conditions, il est dési rable d'ouvrir tous les interrupteurs 7 pen dant la période de démarrage, tandis qu'on peut obtenir un démarrage satisfaisant dans d'autres conditions en ouvrant quelques-uns seulement des interrupteurs 7. Par exemple, on a constaté qu'un démarrage satisfaisant peut être obtenu avec un moteur triphasé de 60 HP en utilisant un autotransformateur qui réduit la tension de démarrage<B>à</B> 80 % du voltage de la ligne.
Lorsqu'on fait démarrer ce moteur en utilisant le dispositif et en sup primant l'auto-transformateur, la période d'accélération est un peu plus longue lorsque tous les interrupteurs commandant les con nexions en parallèle des sections d'enroule ment sont ouverts, tandis que l'on obtient des conditions de démarrage approximativement les mêmes qu'avec l'auto-transformateur quand on fait démarrer le moteur en ouvrant deux seulement des trois interrupteurs pen dant la période de démarrage.
Quoique les résultats satisfaisants puis sent être obtenus en actionnant les interrup teurs 7 à la main, il est préférable de rendre cet actionnement automatique sous la dépen dance, par exemple, de la vitesse du moteur, des conditions électriques d'un enroulement secondaire ou du glissement du moteur.
La fig. 1 représente des bobines de com mande 8 pour les interrupteurs 7, ainsi que des moyens automatiques commandant le fonctionnement de ces interrupteurs électro magnétiques. Sur cette figure, l'enroulement de champ F du moteur synchrone est repré senté comme étant normalement fermé par une résistance 9 pendant la période de démar rage, ce circuit fermé étant établi à l'aide d'un interrupteur 10. Ce même interrupteur peut être utilisé dans le but de relier l'enrou lement de champ à une source de courant con tinu, telle que celle représentée en 4. La fi gure représente une réactance 11 dans le cir cuit de champ; la bobine de commande 12 d'un relais 13 est branchée sur la réactance 11 au moyen de conducteurs 14, 15.
Lorsque l'armature 16 du relais est à sa position de repos, représentée sur la fig. 1, du courant arrive aux bobines de commande 8 des inter rupteurs 7 en provenant d'une source appro priée, telle que les conducteurs d'alimentation 2, 3, le courant étant amené aux bobines 8 par des conducteurs 1'7, 18, 19.
Aussitôt que l'enroulement primaire est mis sous tension, un courant ayant pratiquement la fréquence de la ligne est induit dans l'enroulement se condaire F; la présence de la réactance 11 dans le circuit secondaire oblige une partie considérable du courant induit à passer dans la bobine de commande 12 du relais 13, ce qui a pour résultat d'interrompre immédiâte- ment les connexions entre les conducteurs d'a- limentation 2, 3 et les bobines de commandé 8 des interrupteurs 7.
La vitesse de rotation du moteur augmente alors, pendant que les interrupteurs 7 sont ouverts, jusqu'à un mo ment déterminé par le réglage du relais 13 et auquel l'armature 16 du relais est libérée, fermant le circuit comprenant les bobines de commande 8 des interrupteurs 7. La ferme ture de ces derniers rétablit le branchement des sections d'enroulement 6 en parallèle avec les sections d'enroulement 5 ; la vitesse du mo teur augmente jusqu'à sa valeur normale de marche, si l'on admet que le relais 13 a été réglé de façon à libérer son armature à une vitesse inférieure à la vitesse normale de marche.
Au fur et à mesure que la vitesse du moteur s'accroît, la fréquence du courant induit passant dans le circuit de champ dimi nue, une plus grande partie du courant secon daire circule dans la réactance 11 et une par tie plus faible dans la bobine de commande 12 du relais 13, jusqu'à ce que ce dernier li bère finalement son armature. En consé quence, le relais 13 fonctionne dans un cer tain sens sous l'action de la vitesse du mo teur, sous l'action des conditions électriques de l'enroulement de champ F, sous l'action du glissement du moteur, car le circuit secon daire donne passage à un courant ayant la fréquence de glissement pendant la période de démarrage.
La fig. 2 représente un enroulement pri maire semblable à celui de la fig. 1, mais comportant en plus des moyens pour insérer une résistance en série avec les sections d'en roulement actives pendant la période de dé marrage. Sur cette figure, des éléments de résistance 20 reliés en étoile sont disposés de façon à pouvoir être insérés en série avec les sections d'enroulement 5, lorsque les inter rupteurs 21 sont ouverts. Cette disposition est suffisamment souple pour qu'on puisse obtenir un certain nombre d'étapes dans la période de démarrage.
Par exemple, on peut faire démarrer le moteur en ouvrant tout d'abord les interrupteurs 7, 21 et en mettant sous tension les sections d'enroulement 5; le courant passe alors dans les sections d'enrou- lement 5 et dans les éléments de résistance 20. On peut ensuite fermer les interrupteurs 21, éliminant ainsi les éléments de résistance du circuit primaire, et fermer finalement les in terrupteurs 7 pour brancher les sections d'en roulement 6 en parallèle avec les sections 5.
Dans une variante de ce procédé de dé marrage du moteur représenté sur la fig. 2, on peut ouvrir tout d'abord les interrupteurs 7, 21 et mettre sous tension les sections d'en roulement 5 jusqu'à ce que le moteur ait at teint la vitesse désirée, puis fermer les inter rupteurs 7 pour relier les sections d'enroule ment 6 en parallèle avec les sections 5, les deux sections étant en série avec les éléments de résistance 20. Lorsque la vitesse du mo teur se rapproche sensiblement de la valeur normale de marche, on peut fermer les in terrupteurs 21 pour mettre les éléments de résistance hors circuit.
La forme d'exécution que montre la fig. 3 est semblable à, celle de la fig. 2, sauf qu'elle prévoit l'emploi d'éléments de réac tance 23 en lieu et place d'éléments de résis tance tels que ceux indiqués en 20 sur la fig. 2. Les interrupteurs 24 sont prévus pour mettre en circuit et hors circuit les éléments de réactance. Les interrupteurs 7 peuvent être utilisés, comme cela a été décrit préc6dem- ment, dans le but de couper les connexions en parallèle des sections d'enroulement 6 et des sections d'enroulement 5.
On comprend que les éléments de réactance 23 peuvent être insérés dans le circuit primaire, aussi bien lorsque les sections d'enroulement 6, 5 sont branchées en parallèle que lorsque les sections d'enroulement 6 sont séparées des sections d'enroulement 5.
Les fig. 2 et 3 ne montrent pas d'enroule ment secondaire, mais il est entendu que ces formes d'exécution<B>de</B> l'objet de l'invention peuvent comprendre l'un quelconque ou tous les caractères de l'enroulement secondaire re présenté sur la fig. 1. En effet, l'invention n'est pas limitée à une construction particu lière du secondaire du moteur. Elle peut être appliquée à des moteurs- synchrones et égale- ment à des machines d'induction.
Pour la commodité de la description et de la repré sentation, des .enroulements primaires tripha sés, reliés en étoile, ont été admis, mais il est évident que le dispositif selon l'invention est également applicable à un enroulement quel conque à circuit multiple, polyphasé, con necté en étoile ou en triangle.
La fig. 4 montre des résultats typiques obtenus en se servant du procédé selon la pré sente invention. Elle se compose d'un dia gramme montrant la puissance absorbée au démarrage et le couple de démarrage d'un moteur comprenant un dispositif selon l'in vention. La courbe 26 en traits pleins repré sente en pour cent du couple de pleine charge le couple développé pendant la période de dé marrage et la ligne,en trait plein 27, la puis sance prise sur la ligne par rapport à la puis sance de pleine charge.
Si l'on admet que ce diagramme de la fig. 4 représente les condi tions résultant de J'emploi du dispositif re présenté sur la fig. 1, par exemple la par tie initiale de la courbe 26 du couple repré sente le couple développé par le moteur, alors que les interrupteurs 7 sont ouverts. La par tie verticale de cette courbe représente l'ac croissement subit du couple qui a lieu au mo ment où les interrupteurs 7 sont fermés.
De même, la partie initiale de la courbe 27 de la puissance représente la puissance utilisée pendant que les interrupteurs 7 sont ouverts; on notera que, lorsque ces derniers sont fer més à une vitesse atteignant 80 % de la vi tesse normale de fonctionnement, la puissance augmente soudainement. Le diagramme de la fig. 4 montre clairement l'utilité du dispositif selon la présente invention, car si l'on faisait démarrer le moteur alors que les interrupteurs sont fermés, la courbe de la puissance serait celle qui est indiquée en pointillé en 28 et le couple suivrait la courbe indiquée en pointillé en 29.
Les courbes de la fig. 4 se rapportent à un type de moteur synchrone à faible vitesse tel que celui qui pourrait être utilisé pour commander un compresseur. Il est entendu que les chiffres de l'échelle verticale gauche sont simplement donnés à titre de renseigne- ment et ne représentent pas les valeurs du couple et de la puissance pour tous les mo teurs synchrones.
Dans le cas d'un moteur synchrone un bon couple d'entraînement au démarrage peut :être.. obtenu en fermant les interrupteurs 7 au moment où l'on se rappro che de la vitesse synchrone; ce résultat peut être atteint sans prendre un courant excessif sur la ligne. ,Comme cela est représenté sur la fig. 4, la fermeture des interrûpteurs 7 à une vitesse à peu près égale à<B>80%</B> de la vitesse normale de marche n'entraîne pas une aug mentation de la puissance jusqu'à une valeur qui serait comparable à celle qui serait atteinte durant la période initiale du démarrage si les interrupteurs 7 restaient fermés pendant tout ce démarrage.
La fig. 5 montre des courbes semblables à celles de la fig. 4, mais représentant les conditions qui existent lorsque le procédé de démarrage comprend trois étapes au lieu des deux étapes indiquées par les courbes de la fig. 4.
Les courbes 26', 27' de la fig. 5 mon trent la possibilité d'obtenir un démarrage doux, par exemple en utilisant une résistance ou une réactance ainsi que cela a été décrit précédemment. -Ces fermetures successives peuvent avoir lieu automatiquement pour des conditions prédéterminées de vitesse du moteur ou de fréquence, par exemple du cou rant dans le circuit secondaire du moteur.
Il est entendu que le dispositif selon l'in vention n'est pas limité aux détails particu liers indiqués et :décrits, mais qu'il comprend également les modifications de ces détails qui peuvent rentrer dans le cadre des revendica tions annexées. Par exemple, il est préférable -d'utiliser :des moyens quelconques pour com mander automatiquement le couplage des sections d'enroulement primaire pendant les périodes de démarrage, mais le dispositif peut être utilisé avec avantage sans qu'on se serve de tels moyens automatiques quelcon ques.
Le procédé est susceptible d'un certain nombre de modifications relatives au nombre des phases qui sont modifiées durant la pé riode de démarrage et au nombre .des étapes utilisées.
Dans quelques cas, il peut être<B>dé-</B> sirable de diviser les enroulements de chaque phase du primaire en plusieurs groupes, dans le but, par exemple, d'obtenir une accéléra tion plus régulière; en conséquence, il est en tendu que, lorsqu'il a été dit que l'enroule ment primaire peut comprendre deux sections d'enroulement, il s'agit d'enroulements pri maires qui peuvent comprendre deux sections d'enroulement ou plus de deux sections.
D'après ce qui précède, on voit que, d'une manière générale, en vue de réduire le cou rant absorbé au démarrage, on peut non seu lement augmenter la résistance, ou plis exac tement l'impédance de l'enroulement pri maire en modifiant le couplage des sections de cet enroulement, qui sont normalement branchées en parallèle, mais on peut encore augmenter temporairement l'impédance des sections d'enroulement en service pendant le démarrage.
Ainsi que cela a été décrit pour les fig. 2 et 3, cette augmentation d'impé dance est obtenue, dans le cas de la fig. 2, en insérant une résistance ohmique en série avec les sections d'enroulement primaire en service, pendant le démarrage. Dans le e as de la fig. 3, cette augmentation d'impédance est obtenue en insérant une réactance en sé rie avec les sections d'enroulement primaire en service, pendant le démarrage.
La fig. 6 montre un enroulement pri maire, appliqué ! un moteur synchrone tri phasé, par exemple, et semblable à l'enroule ment primaire représenté aux fig. 1 et 2. Cet. enroulement comporte, pour chaque phase, deux sections d'enroulement 5 et 6 qui sont destinées à être connectées en parallèle lors de la marche normale du moteur. Un inter rupteur 7 permet de déconnecter la section 6 de chaque phase, lors du démarrage, de sorte qu'alors la section 5 soit temporairement seule en service. Bien entendu, il pourrait être prévu plus de deux sections telles que 5, 6 par phase.
Des moyens sont prévus pour sectionner les sections d'enroulement primaire, ce qui permet de relier au moins une portion d'au moins une section d'enroulement de chacune des phases en série avec une portion au moins d'au moins une autre section de cette phase. Ces moyens consistent dans l'exemple consi déré en des interrupteurs 22 reliés aux sec tions d'enroulement 5 et 6 en des points inter médiaires entre les extrémités de ces derniè res; on comprend qu'ils peuvent être utilisés à un certain moment ou à de certains mo ments pendant la période de démarrage pour relier des portions de chacune des .sections d'enroulement d'une ou de plusieurs phases en série avec la portion restante de l'une de ces sections.
Naturellement, les interrupteurs 7 et 20 peuvent être commandés automatiquement, lors de la mise en marche du moteur, par exemple au moyen d'un relais placé sous la dépendance d'une grandeur caractéristique, par exemple, la fréquence, du courant circu lant dans le circuit secondaire non représenté du moteur.
En vue d'obtenir un démarrage plus doux, on peut fermer successivement les interrup teurs 7 et ouvrir successivement les interrup teurs 22, de manière à ramener graduelle ment l'enroulement primaire dans les condi tions normales de couplage.
La fig. 7 montre un enroulement pri maire, appliqué à un moteur synchrone tri phasé, par exemple, et semblable à l'enroule ment primaire représenté aux fig. I et 2. Cet enroulement comporte, pour chaque phase, deux sections d'enroulement 5 et 6 qui sont destinées -à être connectées en parallèle lors de la marche normale du moteur. Un interrupteur 7 permet de déconnecter la sec tion 6 .de chaque phase, lors du démarrage, de sorts qu'alors la section 5 soit temporaire ment seule en service. Bien entendu, il pour rait être prévu plus de deux sections telles que 5, 6 par phase.
Des condensateurs 24' sont disposés de manière à pouvoir être branchés sur l'une ou sur les deux sections 5, 6 de chaque phase. Des interrupteurs 25 sont prévus pour com mander les connexions desdits condensateurs. De même que des interrupteurs 7 sont prévus pour déconnecter les sections 6, des interrup- teurs 7' sont disposés pour commander la con nexion de la section 5 de chauqe phase.
Grâce à cette disposition, les sections d'enroulement 5 peuvent être utilisées comme transformateurs branchés sur les condensa teurs pour améliorer le facteur de puissance et réduire da puissance; dans ce cas, les in terrupteurs 7 peuvent être laissés fermés tout le temps ou peuvent être supprimés du cir cuit. Lorsque les interrupteurs 7 sont fermés, et que les interrupteurs 7' sont ouverts pen dant la partie initiale de la période de dé marrage, les sections d'enroulement 5 donnent passage à un courant induit par les sections d'enroulement 6, pourvu que les interrupteurs 25 soient fermés.
Dans ces conditions, les con- denseurs fournissent le courant de magnéti sation nécessaire au moteur, ce qui a, pour ré sultat qu'un courant plus faible est pris sur la ligne par les sections d'enroulement 6. De cette façon, la puissance prise sur la ligne peut être réduite, le courant étant réparti entre les deux séries de sections d'enroule ment; de même, la chaleur engendrée par le courant de démarrage sera vraisemblable ment répartie sur toutes les portions de l'en roulement primaire.
Le dispositif peut également être utilisé en laissant les interrupteurs 7' fermés et en ouvrant les interrupteurs 7 durant la par tie initiale de la période de démarrage, mais dans ce cas, la chaleur engendrée dans les sec tions d'enroulement 6 sera plus grande.
En vue d'obtenir un démarrage plus doux, on peut fermer successivement les in terrupteurs 7 au lieu de les fermer tous à la fois, de manière à ramener graduellement l'enroulement primaire dans les conditions normales de couplage. Dans tous les cas, les interrupteurs 7 peuvent être fermés automati quement par des moyens fonctionnant sous la dépendance d'une grandeur caractéristique, par exemple la fréquence, du courant circu lant dans le circuit secondaire du moteur.
Method of starting an AC electric motor and device for its implementation. The present invention comprises a method for starting an alternating current electric motor and a device for its implementation.
In accordance with current practice, it is generally desirable and sometimes essential to provide means for reducing the voltage applied to the terminals of the motor, at least until such time as the latter has reached considerable speed; the reason is that, if such an expedient is not used, the current drawn by the motor is excessive and may give rise to damage to the latter and to undesirable disturbances in the line.
The method and the device according to the invention make it possible to eliminate the need to provide some means external to an electric motor, such as the ordinary auto-transformer, to lower the voltage acting on the primary winding during the start-up period. The method is characterized in that, for starting, the coupling of winding sections of a primary bearing applied to the motor, which are normally connected in parallel, is temporarily modified so as to reduce the current absorbed at starting.
The device for implementing this method is characterized in that it comprises a primary winding having, for each phase, at least two sections which are normally connected in parallel and applied to the motor, as well as means for modifying the connections of these sections during start-up, in order to reduce the current absorbed at that time.
The appended drawing represents, by way of examples, various embodiments of the device according to the invention which allow the process to be implemented.
Fig. 1 schematically represents an embodiment of the device applied to a synchronous motor; Fig. 2 is a schematic representation of a primary motor circuit comprising the device; Fig. 3 is a schematic view similar to that of FIG. 2 and showing another embodiment of the device; Figs. @ 4 and 5 are diagrams showing the power and torque supplied by motors to which the device according to the invention has been applied;
Fig. 6 and 7 are two schematic views similar to FIG. 2 and showing two other embodiments of the device.
Fig. 1 shows a synchronous motor having a three-phase primary winding _ A connected in star, a field winding F, a squirrel cage B.
Power is supplied to the primary winding by any suitable source of polyphase alternating current, such as that represented by supply conductors 1, 2, 3; on the other hand, direct current can be supplied @ to the field winding F of the motor by a suitable source, such as that shown in 4.
Each of the phases of the primary winding A comprises two winding sections 5, 6, intended to be connected in parallel during normal operation of the motor. During the start-up period, on the other hand, the parallel connection of the various winding sections can be eliminated. For example, the winding sections 6 can be temporarily separated from the sections 5 by opening the switches 7.
When these switches 7 are open during the starting period, all the primary current is forced to flow through the winding sections 5 which oppose it a greater resistance than that which would be offered by the primary of the motor if the sections 6 were connected in parallel to sections 5. When these winding sections are connected in parallel, the impedance of all of these sections in parallel is necessarily smaller than that of any of the branches of said assembly in parallel. parallel, if only this branch is used: consequently, it is possible to limit the intensity of the current by cutting off the parallel connection of winding sections normally connected in parallel.
In this way, the intensity of the current taken on the line is greatly reduced; this result is obtained without the aid of any auxiliary device such as the autotransformers ordinarily used in order to reduce the voltage acting at the terminals of the motor. When the speed of the motor has increased so as to reach a value such that the back-electromotive force is practically applied to the flow of current in the primary circuit, the switches 7 can be closed to connect the winding sections 6 in parallel with sections 5.
Closing the switches 7 results in a momentary increase (the starting current which, however, never reaches an excessive value, because, during this portion of the starting period, the back-electromotive force is op. set practically at line voltage to limit the current to an acceptable value Under ordinary conditions a satisfactory result is obtained by closing the switches 7 when the motor arrives at a speed approximately equal to 80 / 0.0 ' synchronous speed, although the special speed at which the switches can be closed, may vary depending on the varying operating conditions and the varying characteristics of the motors.
Under certain conditions it is desirable to open all the switches 7 during the starting period, while a satisfactory start can be obtained under other conditions by opening only some of the switches 7. For example, it has been found that satisfactory starting can be achieved with a 60 HP three phase motor by using an autotransformer which reduces the starting voltage <B> to </B> 80% of the line voltage.
When this motor is started using the device and removing the auto-transformer, the acceleration period is a little longer when all the switches controlling the parallel connections of the winding sections are open, while starting conditions are approximately the same as with the autotransformer when the motor is started by opening only two of the three switches during the starting period.
Although satisfactory results can then be obtained by actuating the switches 7 by hand, it is preferable to make this actuation automatic depending, for example, on the speed of the motor, the electrical conditions of a secondary winding or the engine slip.
Fig. 1 shows control coils 8 for the switches 7, as well as automatic means controlling the operation of these electromagnetic switches. In this figure, the field winding F of the synchronous motor is represented as being normally closed by a resistor 9 during the starting period, this closed circuit being established by means of a switch 10. This same switch can be used for the purpose of connecting the field winding to a direct current source, such as that shown in 4. The figure shows a reactance 11 in the field circuit; the control coil 12 of a relay 13 is connected to the reactance 11 by means of conductors 14, 15.
When the armature 16 of the relay is in its rest position, shown in FIG. 1, current arrives to the control coils 8 of the switches 7 from an appropriate source, such as the supply conductors 2, 3, the current being supplied to the coils 8 by conductors 1'7, 18, 19.
As soon as the primary winding is energized, a current having practically the frequency of the line is induced in the winding to conduct F; the presence of the reactance 11 in the secondary circuit forces a considerable part of the induced current to pass through the control coil 12 of the relay 13, which has the result of immediately interrupting the connections between the supply conductors 2, 3 and the control coils 8 of the switches 7.
The rotational speed of the motor then increases, while the switches 7 are open, until a time determined by the setting of the relay 13 and at which the armature 16 of the relay is released, closing the circuit comprising the control coils 8. switches 7. Closing the latter restores the connection of the winding sections 6 in parallel with the winding sections 5; the speed of the motor increases up to its normal running value, assuming that relay 13 has been set so as to release its armature at a speed lower than the normal running speed.
As the speed of the motor increases, the frequency of the induced current flowing through the field circuit decreases, more of the secondary current flows in the reactance 11 and a smaller part in the coil. control 12 of relay 13, until the latter finally releases its armature. As a result, the relay 13 operates in a certain sense under the action of the motor speed, under the action of the electrical conditions of the field winding F, under the action of the motor slip, because the secondary circuit gives passage to a current having the slip frequency during the starting period.
Fig. 2 shows a primary winding similar to that of FIG. 1, but further comprising means for inserting a resistor in series with the rolling sections active during the starting period. In this figure, resistor elements 20 connected in a star are arranged so that they can be inserted in series with the winding sections 5, when the switches 21 are open. This arrangement is flexible enough that a number of stages can be achieved in the start-up period.
For example, the engine can be started by first opening the switches 7, 21 and energizing the winding sections 5; current then flows through the winding sections 5 and into the resistance elements 20. The switches 21 can then be closed, thus eliminating the resistance elements from the primary circuit, and finally the switches 7 can be closed to connect the sections. rolling 6 in parallel with sections 5.
In a variant of this method of starting the engine shown in FIG. 2, you can first open the switches 7, 21 and energize the rolling sections 5 until the motor has reached the desired speed, then close the switches 7 to connect the sections d. 'winding 6 in parallel with the sections 5, the two sections being in series with the resistance elements 20. When the speed of the motor substantially approaches the normal running value, the switches 21 can be closed to put the resistance elements switched off.
The embodiment shown in FIG. 3 is similar to that of FIG. 2, except that it provides for the use of reactance elements 23 instead of resistance elements such as those indicated at 20 in FIG. 2. The switches 24 are provided for switching the reactance elements on and off. Switches 7 can be used, as described above, for the purpose of cutting the parallel connections of winding sections 6 and winding sections 5.
It is understood that the reactance elements 23 can be inserted into the primary circuit, both when the winding sections 6, 5 are connected in parallel and when the winding sections 6 are separated from the winding sections 5.
Figs. 2 and 3 do not show a secondary winding, but it is understood that these embodiments <B> of </B> the subject of the invention may include any or all of the characters of the secondary winding shown in fig. 1. Indeed, the invention is not limited to a particular construction of the secondary of the engine. It can be applied to synchronous motors and also to induction machines.
For the convenience of the description and the representation, three-phase primary windings, connected in a star, have been admitted, but it is obvious that the device according to the invention is also applicable to any winding which has multiple circuits, polyphase, star or delta con nected.
Fig. 4 shows typical results obtained using the method according to the present invention. It consists of a diagram showing the power absorbed on starting and the starting torque of an engine comprising a device according to the invention. The curve 26 in solid lines represents in percent of the full load torque the torque developed during the starting period and the line, in solid line 27, the power taken on the line compared to the full load power .
If we admit that this diagram of FIG. 4 shows the conditions resulting from the use of the device shown in FIG. 1, for example the initial part of the torque curve 26 represents the torque developed by the motor, while the switches 7 are open. The vertical part of this curve represents the sudden increase in torque which takes place at the moment when the switches 7 are closed.
Likewise, the initial part of the power curve 27 represents the power used while the switches 7 are open; it will be noted that when the latter are closed at a speed reaching 80% of the normal operating speed, the power suddenly increases. The diagram in fig. 4 clearly shows the usefulness of the device according to the present invention, because if the engine were started with the switches closed, the power curve would be that shown in dotted lines at 28 and the torque would follow the curve shown dotted in 29.
The curves in fig. 4 relate to a type of low speed synchronous motor such as that which could be used to drive a compressor. It is understood that the numbers on the left vertical scale are given for information only and do not represent torque and power values for all synchronous motors.
In the case of a synchronous motor, a good drive torque on starting can: be .. obtained by closing the switches 7 at the moment when the synchronous speed is approached; this can be achieved without drawing excessive current on the line. , As shown in fig. 4, closing the switches 7 at a speed approximately equal to <B> 80% </B> of the normal running speed does not lead to an increase in power up to a value which would be comparable to that which would be reached during the initial start-up period if the switches 7 remained closed throughout this start-up.
Fig. 5 shows curves similar to those of FIG. 4, but representing the conditions which exist when the starting process comprises three stages instead of the two stages indicated by the curves of FIG. 4.
The curves 26 ', 27' of FIG. 5 shows the possibility of obtaining a soft start, for example by using a resistance or a reactance as has been described previously. These successive closings can take place automatically for predetermined conditions of motor speed or frequency, for example current in the secondary circuit of the motor.
It is understood that the device according to the invention is not limited to the particular details indicated and described, but that it also includes modifications to these details which may come within the scope of the appended claims. For example, it is preferable to use: any means of automatically controlling the coupling of the primary winding sections during the starting periods, but the device can be used to advantage without the use of such automatic means any.
The process is susceptible to a number of modifications relating to the number of phases which are modified during the start-up period and the number of steps used.
In some cases it may be desirable to divide the windings of each phase of the primary into several groups, in order, for example, to obtain a more regular acceleration; consequently, it is understood that, when it has been said that the primary winding can comprise two winding sections, they are primary windings which can comprise two winding sections or more than two sections.
From the foregoing, it can be seen that, in general, in order to reduce the current absorbed at start-up, it is not only possible to increase the resistance, or precisely the impedance of the primary winding. by modifying the coupling of the sections of this winding, which are normally connected in parallel, but the impedance of the winding sections in service can still be temporarily increased during starting.
As has been described for Figs. 2 and 3, this increase in impedance is obtained, in the case of FIG. 2, inserting an ohmic resistor in series with the primary winding sections in service, during start-up. In the e as of fig. 3, this increase in impedance is achieved by inserting a reactance in series with the primary winding sections in service, during start-up.
Fig. 6 shows a primary winding, applied! a three-phase synchronous motor, for example, and similar to the primary winding shown in FIGS. 1 and 2. This. winding comprises, for each phase, two winding sections 5 and 6 which are intended to be connected in parallel during normal operation of the motor. A switch 7 allows section 6 of each phase to be disconnected during start-up, so that section 5 is then temporarily alone in service. Of course, there could be more than two sections such as 5, 6 per phase.
Means are provided for severing the primary winding sections, which makes it possible to connect at least one portion of at least one winding section of each of the phases in series with at least one portion of at least one other section of this phase. These means consist in the example considered of switches 22 connected to the winding sections 5 and 6 at intermediate points between the ends of the latter; it is understood that they can be used at some time or at certain times during the starting period to connect portions of each of the winding sections of one or more phases in series with the remaining portion of the 'one of these sections.
Naturally, the switches 7 and 20 can be controlled automatically when the motor is started, for example by means of a relay placed under the dependence of a characteristic quantity, for example, the frequency, of the current flowing in the secondary circuit, not shown, of the motor.
In order to obtain a smoother start, it is possible to successively close the switches 7 and successively open the switches 22, so as to gradually bring the primary winding back to normal coupling conditions.
Fig. 7 shows a primary winding, applied to a three-phase synchronous motor, for example, and similar to the primary winding shown in FIGS. I and 2. This winding comprises, for each phase, two winding sections 5 and 6 which are intended to be connected in parallel during normal operation of the motor. A switch 7 allows section 6 to be disconnected from each phase, during start-up, so that section 5 is then temporarily alone in service. Of course, there could be more than two sections such as 5, 6 per phase.
Capacitors 24 'are arranged so that they can be connected to one or both sections 5, 6 of each phase. Switches 25 are provided to control the connections of said capacitors. Just as switches 7 are provided for disconnecting sections 6, switches 7 'are arranged to control the connection of section 5 of each phase.
Thanks to this arrangement, the winding sections 5 can be used as transformers connected to the capacitors to improve the power factor and reduce the power; in this case, the switches 7 can be left closed all the time or can be removed from the circuit. When the switches 7 are closed, and the switches 7 'are open during the initial part of the start-up period, the winding sections 5 give passage to a current induced by the winding sections 6, provided that the switches 25 are closed.
Under these conditions, the capacitors supply the necessary magnetization current to the motor, which results in a lower current being taken from the line by the winding sections 6. In this way, the power tapping on the line can be reduced, the current being distributed between the two series of winding sections; likewise, the heat generated by the starting current will probably be distributed over all the portions of the primary bearing.
The device can also be used by leaving the switches 7 'closed and opening the switches 7 during the initial part of the start-up period, but in this case the heat generated in the winding sections 6 will be greater.
In order to obtain a smoother start-up, the switches 7 can be successively closed instead of closing them all at the same time, so as to gradually bring the primary winding back to normal coupling conditions. In all cases, the switches 7 can be closed automatically by means operating under the dependence of a characteristic quantity, for example the frequency, of the current flowing in the secondary circuit of the motor.