Installation motrice électrique à vitesse réglable. La présente invention -se rapporte à une installation motrice électrique à vitesse ré glable, comprenant un moteur à courant alter natif et réglable sur une grande gamme de vitesses.
Dans l'application de commande par mo leur, il est fréquemment désirable de pouvoir faire fonctionner le moteur sur une grande gamme de vitesses. Jusqu'à, présent, il était d'usage :de prévoir des moteurs à courant con tinu avec un dispositif de conversion appro prié quand il était désiré de faire fonctionner le moteur sur une grande gamme de vitesses. En raison de la robustesse :
et de la simplicité des machines à courant alternatif du type à induction, il serait souvent désirable de rem placer lesdits moteurs à courant continu par ce type de commande plus pratique, très ro buste et moins coûteux. Cependant, les .dispo sitifs .de réglage existant jusqu'à présent pour des moteurs à induction donnant un réglage comparable à celui :d'un moteur à courant con- trou sont coûteux, souvent inefficaces et peu sûrs.
L'installation motrice électrique suivant la présente invention comprend un moteur à induction ayant des enroulements, inducteur et induit, un moteur à courant continu en connexion de commande avec le moteur à in duction et un circuit reliant l'enroulement induit de celui-ci audit moteur à courant con- tinu;
et elle se caractérise par un dispositif à valve électrique intercalé :dans ledit circuit pour occasionner le passage, .dans celui-ci, de courant continu, ledit dispositif :à valve .éle:c- tri:
que étant combiné avec des électrodes de réglage destinées à être alimentées à partir dudit enroulement induit, et par un dispositif décaleur de phase interposé entre ledit enrou lement induit et les électrodes de réglage pour commander la vitesse du moteur à induction.
Le dessin schématique annexé représente, à titre .d'exemple, plusieurs formes d'exécu tion de l'objet -de l'invention. La fig. 1 est une vue en élévation du cou plage d'un moteur à induction et d'un moteur à courant continu d'une première forme d'exé cution; La fil-. 2 donne le schéma des connexions électriques de cette première forme d'exécu- tion; Les fig. 3 et 4 représentent les schémas des connexions électriques de deux autres formes d'exécution.
Dans la forme d'exécution des fig. 1 et 2 du dessin, 1 désigne un moteur à induction à rotor bobiné, ayant un enroulement induc teur 2 relié à une source de courant alternatif 3 et un enroulement induit 4 dont les bobines se relient à des bagues de contact 5 et par elles aux anodes 6 d'un redresseur 7 de cons truction connue. Dans l'exemple, l'enroule ment induit 4 comprend deux groupes de bo bines en Étoile 8, 9 interconnectés en leur point neutre au moyen d'un transformateur 10, comme cela est d'usage dans .des transfor mateurs-redresseurs triphasés doubles.
La ca thode 11 du redresseur 7 est reliée à une borne 12 d'un moteur à courant continu 13 dont le rotor est directement. monté sur l'arbre de commande 14 du moteur à induction 1, de sorte que le moteur à courant alternatif 1 et le moteur à courant continu 13 coopèrent pour commander une charge appropriée (non repré sentée). L'autre borne, 15, du moteur à cou rant continu est reliée à une. prise de courant intermédiaire 16 du transformateur 10.
Pour régler la vitesse de l'ensemble des moteurs, chaque électrovalve 6 du redresseur 7 est combinée avec une électrode de com mande appropriée 17, représentée ici comme étant une grille. Toutefois, on comprend que tout autre dispositif à valve, tel que des ,ignitrons", pourrait être substitué au redres seur à anode multiple 7.
Les électrodes de commande ou de réglage 17 sont alimentées d'un potentiel de com mande au moyen d'un transformateur de com- mande 18 dont le primaire 19 est alimenté par les bornes de sortie de l'enroulement induit 4 du moteur à induction 1.
Entre les bornes du moteur à induction 1 et le primaire 19 du transformateur de commande 18 est interposé un dispositif décaleur de phase ap proprié représenté ici sous la forme d'un dé- phaseur rotatif 20 du type à induction, ayant un stator 24 et un rotor 25.
Le moteur à courant continu 13 est pourvu d'un enroulement de champ en dérivation 21 dont le courant d'excitation est réglable au moyen d'une résistance de réglage 22.
Le bras de contact 23 de cette résistance de réglage est directement relié au rotor 25 du déphaseur à induction 20,
de sorte que l'excitation dudit moteur et la relation de phase du système de réglage s'ajustent simultanément. Une source d'énergie de commande additionnelle telle que la batterie 26 est insérée entre la cathode 11 du redresseur 7 et le conducteur de retour 27 du transformateur 18; mais cette disposition additionnelle n'est pas indispensable.
Dans le fonctionnement de ,l'installation décrite, la source de courant alternatif 3 est reliée à l'enroulement inducteur 2 du moteur à, induction 1 qui induit un potentiel dans l'enroulement induit 4, lequel est appliqué aux anodec 6 du @redresseuT 7.
Comme le mo teur 1 est à l'arrêt, le potentiel induit sera sensiblement de la même fréquence que la source de courant alternatif 3. Le redresseur 7 fournira du courant au moteur à courant continu 13, la quantité -du courant y pas sant déterminant le torque de démarrage du moteur à induction 1.
En même temps, le courant venant du redresseur 7 et tra.- versant le moteur à courant continu 13 impose un torque de démarrage à celui-ci.
mesure que le moteur à courant alter natif 1 prend de la vitesse, la fréquence du courant induit diminue, mais comme l'en semble des moyens de réglage est directement relié à la fréquence de sortie, la relation de phase des électrodes de réglage 17 du redres seur 7 restera sensiblement constante par rap port à la relation de phase appliquée aux anodes-valves 6, de sorte que,
suivant la mise au point du déphaseur rotatif 20, l'installa tion fonctionnera à toute vitesse allant jus qu'au maximum de vitesse du moteur à induc tion 1.
Supposons. que le moteur à induction 1 marche à la vitesse maximum, c'est-à-dire que le déphaseur rotatif 20 soit à la position. de déphasage zéro, de sorte que les anodes 6 dé livrent du courant pendant tout l'intervalle durant lequel un potentiel positif y est appli qué et que la résistance de réglage du champ 22 du moteur à courant électrique ,soit à sa position maximum,
c'est-à-dire la position de la plus grande vitesse du moteur à courant continu. Pour changer cette vitesse, il suffit de déplacer le déphaseur 20 sur une course angulaire convenable pour retarder la phase des potentiels appliqués aux électrodes de r & glage 17 par rapport aux patentiels imposés par l'enroulement induit 4, de sorte que le courant retiré de l'enroulement induit 4 soit diminué.
En même temps, la résistance de réglage 22 sera réglée :de façon à augmenter le courant d'excita-han du moteur à courant continu 13 et à réduire par .là la vitesse de celui-ci simultanément avec une réduction de la, vitesse du moteur 1.
Dans la variante de la fig. 3, l'enroule ment induit triphasé double du moteur à in- ductian 1 -est remplacé par un enroulement triphasé 30, dont le point neutre 31 est relié à une borne 15 du moteur à courant continu 13 et dans lequel les bornes des phases: ,sont eliées, par l'intermédiaire d'un redresseur à trois éléments 7, à l'autre borne, 12, du mo teur à courant continu 13.
Le dispositif dé caleur de phase de cette forme d'exécution comprend un système de circuit à impédance 32 ayant, pour chaque phase, une capacité 33 et une réactance 34 et qui est relié à une charge du type à résis tance 35 -de telle manière que le courant re tiré de l'enroulement 30 du moteur 1 ,soit sien- siblement constant, la chute ,de voltage à tra vers: la résistance 35 étant appliquée au pri- maire 36 d'un transformateur de réglage 37 qui fournit le potentiel aux électrodes de ré glage 17 du redresseur 7.
En changeant le taux de l'une ou des deux unités d'impédance 33, 34, la phase du potentiel imprimé au transformateur de réglage 37 et, par là, la phase des potentiels imprimés aux électrodes de réglage 17 peuvent être réglées. De plues., ce système de circuit -de commande de phase est susceptible d'obéir automatiquement à des changements de -vitesse du moteur en sorte qu'il tend à maintenir tout ajustement de vi- tesse donné.
Le système de circuit déphaseur 32 est accordé de façon à être près de la résonance à toute fréquence de glissement prédéterminée du rotor correspondant à une vitesse donnée du moteur 1.
Si la fréquence de glissement augmente, ce qui indique que le moteur 1 ra lentit, l'unité d'impédance réactive 34 retire moins de courant de l'enroulement 30 du mo teur 1, tandis que l'unité d'impédance capa citive 33 en retire plus de courant, l'effet résultant en étant d'imposer un courant dont la phase est avancée au transformateur de réglage 37, qui fait avancer la phase -du po tentiel imprimé aux électrodes de réglage 17, de sorte que les grilles permettront une dé charge avancée dans le cycle ou la période, ce qui oblige le moteur 1 à reprendre,
de la vitesse. D'autre part, .si la fréquence de glis sement diminue, l'unité d'impédance réactive 34 devient plus efficace et l'unité d'impédance capacitive 33 devient moins efficace, retar dant ainsi la phase de la décharge et faisant ralentir le moteur.
Supposonsi que le moteur ait été ajusté à une vitesse appropriée et que la charge vienne à changer, par exemple en étant diminuée, de sorte que le moteur à induction 1 tend à aug menter sa vitesse et à diminuer, par suite, la fréquence aux bornes de l'enroulement induit 30, la fréquence en diminution agira :
sur le système -de circuit déphaseur 32 pour fournir un potentiel en retard au transformateur de réglage 37, qui oblige le redresseur 7 à de venir actif à un moment retardé de la période du courant du .rotor, de sorte que moins de courant est retiré 4e, l'enroulement secondaire 30 du moteur à induction 1 pour réduire par là la vitesse à la valeur primitivement déter minée par le système de circuit déphaseur 3'2.
D'autre pamt, si la charge devait augmenter, faisant retarder la marche du moteur à induc tion 1, la fréquence dans l'enroulement induit 30 augmenterait et, en raison de la compo sante de capacité du système de circuit 32, la phase du potentiel de réglage serait avan cée de sorte que de plus forts courants seraient retirés de l'enroulement induit 30, augmen tant par là la vitesse et la. rapprochant de la valeur primitivement déterminée.
Au lieu de relier le circuit à courant con tinu à un point neutre de l'enroulement induit 30, un redresseur triphasé à onde pleine 7 pourrait être relié aux bornes de l'enroulement induit 30 du moteur 1, comme cela est repré senté sur ,la fig. 4, de sorte qu'un courant complètement redressé sera fourni au moteur à, courant continu 13, sans nécessiter de con nexion en retour à l'enroulement 30 du mo teur 1.
Cette connexion a encore J'avantage que l'enroulement induit 30 est le siège, en tout temps, d'un courant alternatif au lieu d'un courant continu pulsatoire et que les di mensions du moteur à induction 1 peuvent, en conséquence, être sensiblement réduite, de 40 % environ dans les conditions les plus favo rables.
Le redresseur à onde pleine 7 est égale ment commandé au moyen d'électrodes de ré glage 17 disposées en face des anodes 6 et alimentées à partir d'un transformateur de réglage approprié 37', qui peut être alimenté par un système de circuit à. impédance 32 ou, si l'on préfère, par un déphaseur rotatif.
Comme les cathodes du redresseur à onde pleine 7 sont à des potentiels différents, le transformateur de réglage 37' devra compor ter une pluralité d'enroulements secondaires indépendants, au lieu d'un enroulement à con nexion en étoile, comme dans les formes d'exé cution précédentes. Si ou le désire, le moteur à courant continu 13 peut être pourvu non seulement d'un enroulement de champ en shunt 21, mais aussi d'un enroulemennt de champ en série 40 afin que le moteur soit plus sensible aux changements de courant pro duits par le redresseur 7.
Cet enroulement excitateur en série 40 peut être enroulé soit positivement ou différentiellement suivant les caractéristiques du moteur à courant con tinu 13.
Electric drive system with adjustable speed. The present invention relates to an electric motor installation with adjustable speed, comprising a motor with native alternating current and adjustable over a wide range of speeds.
In the motor control application, it is frequently desirable to be able to operate the motor over a wide range of speeds. Heretofore, it has been customary: to provide DC motors with an appropriate conversion device when it is desired to operate the motor over a wide range of speeds. Due to the robustness:
and from the simplicity of induction type AC machines, it would often be desirable to replace said DC motors with this type of control which is more practical, very robust and less expensive. However, the tuning devices hitherto existing for induction motors giving a tuning comparable to that of a motor with a conveying current are expensive, often inefficient and unsafe.
The electric motor installation according to the present invention comprises an induction motor having windings, inductor and armature, a direct current motor in control connection with the induction motor and a circuit connecting the induced winding thereof to said motor. DC motor;
and it is characterized by an electric valve device interposed: in said circuit to cause the passage, .in the latter, of direct current, said device: with valve .éle: c- tri:
that being combined with adjustment electrodes intended to be supplied from said armature winding, and by a phase shifter device interposed between said armature winding and the adjustment electrodes for controlling the speed of the induction motor.
The attached schematic drawing shows, by way of example, several embodiments of the object of the invention. Fig. 1 is a side elevational view of an induction motor and a DC motor of a first embodiment; The thread-. 2 gives the diagram of the electrical connections of this first embodiment; Figs. 3 and 4 show the diagrams of the electrical connections of two other embodiments.
In the embodiment of FIGS. 1 and 2 of the drawing, 1 designates a wound rotor induction motor, having an inductor winding 2 connected to an alternating current source 3 and an armature winding 4 whose coils are connected to contact rings 5 and through them to the anodes 6 of a rectifier 7 of known construction. In the example, the armature winding 4 comprises two groups of Star coils 8, 9 interconnected at their neutral point by means of a transformer 10, as is customary in double three-phase rectifier-transformers. .
The ca thode 11 of the rectifier 7 is connected to a terminal 12 of a direct current motor 13 whose rotor is directly. mounted on the drive shaft 14 of the induction motor 1, so that the AC motor 1 and the DC motor 13 cooperate to control an appropriate load (not shown). The other terminal, 15, of the direct current motor is connected to a. intermediate current socket 16 of transformer 10.
To adjust the speed of all the motors, each solenoid valve 6 of the rectifier 7 is combined with an appropriate control electrode 17, shown here as being a grid. However, it is understood that any other valve device, such as ignitrons, could be substituted for the multiple anode rectifier 7.
The control or adjustment electrodes 17 are supplied with a control potential by means of a control transformer 18, the primary 19 of which is supplied by the output terminals of the armature winding 4 of the induction motor 1. .
Between the terminals of the induction motor 1 and the primary 19 of the control transformer 18 is interposed a suitable phase shifter device shown here in the form of a rotary phaser 20 of the induction type, having a stator 24 and a rotor 25.
The DC motor 13 is provided with a shunt field winding 21, the excitation current of which is adjustable by means of an adjustment resistor 22.
The contact arm 23 of this adjustment resistor is directly connected to the rotor 25 of the induction phase shifter 20,
so that the excitation of said motor and the phase relation of the tuning system adjust simultaneously. An additional control power source such as battery 26 is inserted between cathode 11 of rectifier 7 and return conductor 27 of transformer 18; but this additional provision is not essential.
In the operation of the described installation, the alternating current source 3 is connected to the inductor winding 2 of the induction motor 1 which induces a potential in the armature winding 4, which is applied to the anodec 6 of the @redresseuT 7.
As the motor 1 is at a standstill, the induced potential will be approximately of the same frequency as the alternating current source 3. The rectifier 7 will supply current to the direct current motor 13, the quantity of the current being not decisive. the starting torque of the induction motor 1.
At the same time, the current coming from the rectifier 7 and passing through the DC motor 13 imposes a starting torque on it.
As the AC motor 1 picks up speed, the frequency of the induced current decreases, but since the set of the adjustment means is directly connected to the output frequency, the phase relation of the adjustment electrodes 17 of the rectifier 7 will remain substantially constant with respect to the phase relation applied to the anodes-valves 6, so that,
depending on the tuning of the rotary phase shifter 20, the installation will operate at any speed up to the maximum speed of induction motor 1.
Suppose. that the induction motor 1 runs at the maximum speed, that is to say that the rotary phase shifter 20 is in position. zero phase shift, so that the anodes 6 deliver current during the entire interval during which a positive potential is applied thereto and that the field adjustment resistor 22 of the electric current motor is at its maximum position,
that is, the position of the highest speed of the DC motor. To change this speed, it suffices to move the phase shifter 20 over a suitable angular travel to delay the phase of the potentials applied to the adjustment electrodes 17 with respect to the patentials imposed by the induced winding 4, so that the current withdrawn from the induced winding 4 is reduced.
At the same time, the adjustment resistor 22 will be adjusted: so as to increase the excita-han current of the direct current motor 13 and thereby reduce the speed thereof simultaneously with a reduction in the speed of the motor. engine 1.
In the variant of FIG. 3, the double three-phase armature winding of the inductive motor 1 -is replaced by a three-phase winding 30, the neutral point 31 of which is connected to a terminal 15 of the direct current motor 13 and in which the phase terminals: , are connected, via a three-element rectifier 7, to the other terminal, 12, of the direct current motor 13.
The phase shifter device of this embodiment comprises an impedance circuit system 32 having, for each phase, a capacitor 33 and a reactance 34 and which is connected to a resistor type load 35 in such a manner. that the current drawn from the winding 30 of the motor 1, be substantially constant, the voltage drop across: the resistor 35 being applied to the primary 36 of a regulating transformer 37 which supplies the potential to the adjustment electrodes 17 of the rectifier 7.
By changing the rate of one or both of the impedance units 33, 34, the phase of the potential imparted to the tuning transformer 37 and, thereby, the phase of the potentials printed to the tuning electrodes 17 can be adjusted. Further, this phase control circuit system is capable of automatically obeying changes in engine speed so that it tends to maintain any given speed adjustment.
The phase shifter circuit system 32 is tuned so as to be near resonance at any predetermined slip frequency of the rotor corresponding to a given speed of the motor 1.
If the slip frequency increases, indicating that motor 1 is slowing down, reactive impedance unit 34 draws less current from motor 1 winding 30, while capacitive impedance unit 33 withdraws more current therefrom, the resulting effect being to impose a current whose phase is advanced to the regulating transformer 37, which advances the phase from the printed potential to the regulating electrodes 17, so that the grids will allow unloading advanced in the cycle or period, which forces motor 1 to resume,
speed. On the other hand, if the slip frequency decreases, the reactive impedance unit 34 becomes more efficient and the capacitive impedance unit 33 becomes less efficient, thereby delaying the phase of the discharge and slowing down the discharge. engine.
Suppose the motor has been adjusted to an appropriate speed and the load changes, for example by being decreased, so that the induction motor 1 tends to increase its speed and consequently decrease the frequency at the terminals of the induced winding 30, the decreasing frequency will act:
on the phase shifter circuit system 32 to supply a lagging potential to the regulating transformer 37, which causes the rectifier 7 to come on at a delayed point in the period of the rotor current, so that less current is withdrawn 4th, the secondary winding 30 of the induction motor 1, thereby reducing the speed to the value originally determined by the phase-shifting circuit system 3'2.
On the other hand, if the load were to increase, causing the operation of the induction motor 1 to be delayed, the frequency in the induced winding 30 would increase and, due to the capacitance component of the circuit system 32, the phase of the circuit. The setting potential would be advanced so that stronger currents would be withdrawn from the induced winding 30, thereby increasing both speed and speed. bringing closer to the originally determined value.
Instead of connecting the DC circuit to a neutral point of the armature winding 30, a three-phase full-wave rectifier 7 could be connected to the terminals of the armature winding 30 of the motor 1, as shown in, fig. 4, so that a fully rectified current will be supplied to the DC motor 13, without requiring a return connection to the winding 30 of the motor 1.
This connection has the further advantage that the armature winding 30 is the seat, at all times, of an alternating current instead of a pulsating direct current and that the dimensions of the induction motor 1 can, therefore, be changed. significantly reduced, by around 40% under the most favorable conditions.
The full wave rectifier 7 is also controlled by means of adjustment electrodes 17 arranged opposite the anodes 6 and supplied from an appropriate adjustment transformer 37 ', which can be supplied by a circuit system. impedance 32 or, if preferred, by a rotary phase shifter.
Since the cathodes of the full-wave rectifier 7 are at different potentials, the tuning transformer 37 'should have a plurality of independent secondary windings, instead of a star-connected winding, as in the forms of. previous executions. If desired, the DC motor 13 can be provided not only with a shunt field winding 21, but also with a series field winding 40 so that the motor is more sensitive to changes in current produced. by the rectifier 7.
This series exciter winding 40 can be wound either positively or differentially depending on the characteristics of the DC motor 13.