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.