Moteur à induction pourvu d'un dispositif de freinage électrique La présente invention concerne un moteur à induction pourvu d'un dispositif de freinage électrique, qui peut être utilisé, par exemple, dans les commandes d'engins de levage et de treuils, etc.
II est bien connu qu'un fonctionnement à rétroaction des moteurs à induction n'est possible qu'à des vitesses hypersynchrones, et qu'un contrôle de la vitesse par réglage de résistance n'est efficace que lorsque des char ges à travail positif sont appliquées, et devient inefficace en marche à vide.
De nombreuses solutions du problème vi sant à l'obtention de vitesses stables en des sous de la vitesse synchrone sous - toutes les conditions opératoires (c'est-à-dire lors du fonctionnement comme moteur aussi bien que comme frein) ont été proposées, les solutions connues comportant par exemple l'utilisation d'une machine de freinage séparée, ou d'autres dispositifs relativement compliqués.
La présente invention résout le problème d'une façon particulièrement simple, et cela par le fait que le moteur comporte deux sys tèmes d'enroulements, dont les nombres de pôles sont entre eux dans un rapport pair, chacun de ces deux systèmes comprenant un enroulement de stator et un enroulement de rotor, l'enroulement de stator d'un desdits systèmes étant susceptible.
d'être alimenté par un courant alternatif en vue de fournir un champ tournant produisant un- couple moteur et l'enroulement de rotor de l'autre système étant susceptible d'être excité par du courant continu de manière à engendrer dans l'enrou lement de stator de ce système des courants produisant un couple de freinage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, différentes formes d'exécution du moteur selon l'invention.
La fig. 1 représente- le schéma d'un mo teur pourvu d'un dispositif de freinage: La fig. 2 montre des courbes caractéristi ques charge/vitesse pour le moteur suivant la. fig. 1.
La fig. 3 montre partiellement une- va riante du moteur selon la fig. 1, avec une exci tation à courant continu dépendant de la charge.
La fig. 4 montre un dispositif de freinage analogue à celui indiqué sur le schéma de la fig. 1, mais avec une excitation à courant con tinu provenant d'une génératrice entraînée par le moteur.
La fig. 4a montre. une variante du dispo sitif selon la fig. 4, concernant l'entraînement de la génératrice d'excitation qui est entraînée par un moteur auxiliaire. La fig. 5 montre un moteur dans lequel le système enroulements utilisé pour le frei nage peut également être utilisé pour obtenir un couple moteur à vitesse élevée.
Dans l'exemple illustré à la fig. 1, S8 re présente l'enroulement de stator d'un moteur à induction triphasé et bobiné pour huit pôles. Rs est l'enroulement de rotor correspondant également bobiné pour huit pôles et relié aux trois bagues collectrices 1, 2 et 3. Les bagues collectrices sont connectées à une' résistance triphasée Res réglable par déplacement du point neutre, comme représenté par les lignes horizontales pleines et à traits interrompus.
Dans les mêmes encoches que les enroule ments S8 et R8 sont respectivement disposés des enroulements à quatre pôles S4 et R4. L'en roulement rotorique R4 est, dans l'exemple, bobiné pour trois phases en étoile dont deux phases sont connectées en parallèle à une ba gue collectrice 4 et dont la troisième phase est connectée à une phase de l'enroulement à huit pôles R8.
Les bagues collectrices 3 et 4 sont con nectées à un redresseur Re qui est alimenté par une source de courant alternatif par l'in termédiaire d'un transformateur T.
Dans le circuit du redresseur, est prévue une résistance de réglage Res. a. L'enroulement de stator à quatre pôles S4 est connecté aux extrémités opposées de la résistance Res, de manière qu'en déplaçant le point neutre de la résistance Res, la résistance introduite dans l'enroulement S4 soit réduite lorsque la résistance introduite dans le circuit de R8 est augmentée, et vice versa.
La résistance dans un de ces enroulements est à son maximum lorsque l'autre enroule ment est court-circuité.
On pourrait en outre prévoir un réglage indépendant des résistances insérées dans les deux circuits.
Du fait du rapport pair 2 : 1 des nombres de pôles des deux systèmes d'enroulements, S8, R8, d'une part, et R4, S4, d'autre part, (rap port qui pourrait être également de 4 : 1, 6 : 1, etc.), aucune tension ne sera induite dans un enroulement d'un des systèmes par suite d'une tension appliquée à un enroulement de l'autre système.
En effet, un flux tournant à quatre pôles ne peut pas induire une tension dans un en roulement à huit pôles, et inversement un flux tournant à huit pôles est inefficace avec un enroulement à quatre pôles, car dans le pre mier cas les flux qui traversent deux bobines polaires (idéales) de la même phase sont égaux, mais de signe opposé, et dans le deuxième cas les flux traversant une bobine polaire se compensent.
Les deux systèmes d'enroulement sont, par conséquent, indépendants, et il est possible de connecter l'enroulement à quatre pôles R4 à une source de courant continu, Re dans l'exemple, tandis que l'enroulement à huit pô les S8 est connecté au réseau d'alimentation en courant alternatif.
Pendant que le moteur reste, à l'arrêt, le couple développé par le champ tournant à huit pôles est le seul couple efficace dans le moteur, et sa grandeur est déterminée par la résistance Res, introduite dans le circuit roto- rique R8.
Lors d'un .accroissement de la vitesse, le flux créé par l'excitation à courant continu dans l'enroulement à quatre pôles R4 induira dans l'autre enroulement à quatre pôles S4 une force électromotrice d'une fréquence et d'une grandeur proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor.
Lorsqu'on règle la valeur de la résistance Res dans le circuit de l'enroulement à quatre pôles S4, le courant passant sous l'influence de la force électromotrice induite peut être réglé et, de ce fait, tout couple de freinage requis peut être obtenu à une vitesse quelconque.
Une autre possibilité de réglage peut être obtenue par le réglage de l'excitation à cou rant continu par l'intermédiaire de la résis tance Res. <I>a.</I>
Grâce à la combinaison du réglage de la résistance dans l'enroulement de rotor du sys tème à huit pôles, et du réglage de la résis tance dans l'enroulement de stator du système à quatre pôles, et/ou de l'excitation à courant continu dans l'enroulement de rotor du sys- tème à quatre pôles, des courbes caractéristi ques vitesse/couple correspondant à un ré gime stable .peuvent être obtenues à la fois lors de la montée et lors de la descente, pour toutes les vitesses sub-synchrones et hyper- synchrones, comme cela est nécessaire pour la commande d'engins de levage, de treuils, etc, .
Comme l'effet de freinage du système à quatre pôles, pour une excitation à courant continu donnée et une résistance donnée mon tée dans le circuit en courant alternatif aug mente rapidement avec la vitesse, les varia tions de vitesses avec une variation de la charge sont relativement faibles.
La fig. 2 montre les caractéristiques cou ple/vitesse du moteur dont le schéma est re présenté à la fig. 1.
Pour ce moteur on, a prévu six modes de marche pour chacune des directions ascen dante et descendante ; les modes de marche 1-4 en direction ascendante et 2-5 dans la direction descendante sont obtenus par la su perposition décrite du couple moteur produit par le système à huit pôles et du couple de freinage produit par' le système à quatre pôles, avec différents réglages fixes de la résistance secondaire Res, combinés avec des réglages fixes de l'excitation à courant continu.
Les modes de marche 5 et 6 en direction ascen dante et le mode de marche 6 en direction descendante sont obtenus par l'utilisation du système moteur à huit pôles seulement, et le mode de marche 1, en descente, par l'utilisa tion du système de freinage dynamique seu lement.
Sur la fig. 2, les vitesses sont indiquées en % en ordonnées et les couples en ()/o en abscisses, la partie supérieure étant relative à la montée et la partie inférieure à la descente.
Les caractéristiques couple/vitesse peuvent être modifiées par l'introduction d'une excita tion, dépendant de la charge ou de la vitesse, dans le circuit du système de freinage.
A la fig. 3 est représenté un exemple d'un tel moteur comportant les mêmes enroule ments que ceux indiqués sur la fig. 1 ; en vue de simplifier la figure, une phase seulement des circuits triphasés est représentée, les réfé- rences des éléments similaires étant les mê mes qu'à la fig. 1.
A la fig. 3, il est prévu une autre résis tance Res. s dans l'enroulement de stator S8, pour tenir compte d'un effet de saturation ma gnétique 'produit dans le système moteur par l'excitation à courant continu du système de freinage.
Cet effet provoque une augmentation du courant d'aimantation dans le système moteur, avec, en conséquence, une augmentation du flux de fuite primaire et une réduction du flux principal à huit pôles. Inversement, la satura tion du circuit magnétique engendrée par le système moteur augmente la stabilité du sys tème de freinage. Ceci est- exprimé par une caractéristique couple/vitesse dans laquelle le point de couple maximum est atteint à une vitesse relativement élevée, ce qui favorise un fonctionnement stable en moteur à induction (fig. 2) et un fonctionnement également stable en moteur à induction avec freinage super posé.
En plus du redresseur Re, il est prévu, à la fig. 3, un second redresseur Re' connecté en série dans le circuit R4 et qui est alimenté par un transformateur d'intensité CT dont le primaire est inséré dans le circuit d'enroule ment du stator S4.
On remarquera qu'ainsi une augmentation du courant dans l'enroulement S4 provoque une augmentation de l'excitation dans l'en roulement parcouru par le courant continu.
De cette manière, un autre effet de stabi- lisation est obtenu car, pour toute valeur de la résistance dans le circuit de S4, la plus lé gère élévation de courant, due à une augmen tation de la vitesse, augmentera l'excitation et de ce fait augmentera le couple de freinage, en limitant ainsi l'augmentation de vitesse à une quantité négligeable.
L'effet est obtenu à la fois en montée et en descente et peut, de plus, par le choix judi cieux des deux excitations et des valeurs des résistances dans les circuits de freinage et mo teur, être utilisé pour diminuer les pertes dans l'ensemble pour différentes conditions de charge. Un résultat similaire pourrait être obtenu en montant le second redresseur Re' en paral lèle avec l'enroulement secondaire S4 du cir cuit de freinage.
Suivant une variante, l'excitation à cou rant continu peut être assurée par une généra trice de courant continu, accouplée à l'arbre du moteur à induction.
De cette manière il est également possible d'obtenir une excitation croissant rapidement pour une augmentation de la vitesse et par conséquent un effet de freinage sensible à la vitesse tel que les courbes caractéristiques ré sultantes couple/vitesse sont aplanies, c'est-à- dire que l'influence du couple de charge sur la vitesse est minime.
A la fig. 4 est représenté un exemple de l'utilisation d'une telle génératrice à courant continu, la génératrice G étant entraînée par l'arbre du moteur.
Seul le système d'enroulements de freinage S4, R4 est représenté à la fig. 4, le .système mo teur étant supposé identique à celui des fig. 1 et 3.
En vue d'obtenir une excitation dans le circuit de R4 alors que le moteur est à l'ar rêt, un petit redresseur Re est prévu et con necté en parallèle avec l'induit de la généra trice G et son enroulement inducteur Fj. Dès qu'une certaine vitesse est dépassée, la tension de la génératrice dépassera celle du redresseur et aucun courant ne passera alors à travers ce dernier.
Au lieu de l'enroulement d'excitation FI, ou en plus de celui-ci, on peut prévoir un enroulement d'excitation F2 alimenté par un redresseur Re" connecté au transformateur T qui alimente le redresseur Re. Si on désire une autre excitation dépendant de la charge, elle peut être obtenue à partir du transforma teur<I>CT</I> dont le primaire est parcouru par le courant traversant l'un des enroulements du système moteur, par le redresseur Re' qui ali mente l'enroulement inducteur F3 de la géné ratrice.
En utilisant l'un ou l'autre ou une combi naison de ces systèmes, tout fonctionnement voulu peut être obtenu. La génératrice G, au lieu d'être entraînée par l'arbre ' du moteur principal, peut comme montré à la fig. 4a, être entraînée par un mo teur auxiliaire <I>AM,</I> dont l'enroulement du sta tor est connecté aux bornes de l'enroulement à courant alternatif S4 du système de freinage, et, par conséquent, alimenté avec une fré quence variable,
ce quia pour résultat une augmentation de la vitesse de la génératrice G avec une augmentation de la vitesse du moteur principal, mais avec l'avantage d'une vitesse plus élevée de la génératrice que celle du moteur principal, car le moteur d'entraî nement<I>AM</I> peut être bobiné pour un nombre inférieur de pôles, par exemple deux. La géné ratrice peut également être entraînée par un moteur à vitesse constante, et, de cette ma nière, être utilisée comme amplificateur pour un certain nombre de signaux.
Au lieu d'une excitatrice à courant con tinu, tout type de génératrice tachymétrique accouplée à l'arbre du moteur d'induction" peut être utilisé, qui, par l'un quelconque des moyens d'amplification connus du type élec tromagnétique ou électronique, donnera l'effet de freinage requis ; une telle génératrice ta- chymétrique peut également être utilisée pour fournir un signal pour le réglage automatique de la résistance dans les enroulements secon daires du système de freinage.
Le système d'enroulements utilisé pour le freinage dynamique lors de l'arrivée de cou rant continu, peut également être connecté au réseau d'alimentation en courant alternatif en vue d'obtenir une vitesse différente du moteur d'induction, basée sur la vitesse synchrone procurée par ce système d'enroulements. Ceci est spécialement intéressant dans les cas où ce système d'enroulements auxiliaire a un nombre de pôles inférieur à celui du système d'enroulements principal, ce qui permet d'ob tenir une vitesse plus élevée qui peut être uti lisée pour un fonctionnement à faible charge ou à crochet libre dans un système de levage.
La fig. 5 montre un exemple d'un tel mo teur qui est dans l'ensemble analogue à celui décrit avec référence à la fig. 1.
L'enroulement rotorique à quatre pôles R4 est cependant connecté aux trois bagues col lectrices 3, 4 et 5, ce qui amène le nombre total de bagues collectrices à cinq.
On a aussi représenté à la fig. 5 des inter rupteurs séparés<I>CI,</I> C2, ce dernier étant -un commutateur qui peut être, soit constitué par des contacteurs, soit incorporé dans le con trôleur.
En fermant CI, on connecte l'enroulement S8 au réseau d'alimentation, et on met le re dresseur Re en circuit avec l'enroulement ro- torique R4 en amenant le commutateur C2 dans la position de gauche.
En vue d'obtenir un fonctionnement à vi tesse élevée, ce commutateur C2 est amené dans la position de droite, en connectant ainsi l'enroulement R4 au réseau d'alimentation, et l'interrupteur<I>CI</I> est ouvert.
Ces deux interrupteurs peuvent cependant rester fermés en même temps dans le but de passer de la vitesse correspondant aux 8 pôles à celle correspondant aux 4 pôles, ou même être laissés fermés pour obtenir une vitesse intermédiaire, car, suivant les explications précédentes, les deux systèmes n'interfèrent pas fondamentalement l'un avec l'autre, le rapport des nombres de pôles étant de 2/1.
Un enroulement monophasé peut être uti lisé également au lieu de l'enroulement S4 pour le dispositif selon la fig. 5, car, au moment de la connexion de celui-ci à l'alimentation, le moteur est déjà à mi-vitesse et atteindra, par conséquent, une vitesse à plein régime ; en particulier dans le cas d'une charge légère, par exemple pour une montée ou une descente rapide du crochet à vide, pour lesquelles un tel fonctionnement à vitesse élevée peut être requis.