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Installation pour la commande synchronisée d'au moins deux moteurs électriques Dans de nombreuses installations pourvues d'appareils commandés par des moteurs électriques, il est nécessaire que ces appareils soient mis en marche, tournent et s'arrêtent en parfait synchronisme. Tel est le cas, par exemple, des installations d'enregistrement et de reproduction de films sonores ou de doublage de films sonores, dans lesquelles il est essentiel que les appareils de projection fonctionnent toujours en synchronisme avec les appareils d'enregistrement ou de reproduction du son. Le fonctionnement synchrone des différents appareils peut être obtenu au moyen de transmissions mécaniques.
Cette solution, toutefois, comporte non seulement des complications constructives et un encombrement excessif, mais souvent n'est même pas réalisable à cause de la distance séparant les divers appareils qui doivent être entraînés en synchronisme.
On a déjà proposé de commander chaque appareil d'une installation du genre susmentionné par un moteur électrique séparé, généralement du type asynchrone-synchronisé, et d'alimenter les différents moteurs par une ligne commune. Cette ligne commune, qui alimente les différents moteurs, est alimentée par un groupe convertisseur comprenant un moteur synchrone, accouplé à une génératrice synchrone, et un transformateur, ce groupe pouvant fournir aux moteurs alimentés une tension croissant d'une valeur minimum à la valeur de la tension du réseau, à une fréquence également croissante, de 0 à la fréquence du réseau.
Il est clair cependant qu'un groupe convertisseur de ce genre, qui comprend au moins trois machines électriques distinctes, est de construction onéreuse et comporte un encombrement souvent inadmissible pour des installations de petites dimensions.
La présente invention a pour objet une instal- lation pour la commande synchronisée d'au moins deux moteurs électriques à courant alternatif branchés sur une ligne commune d'alimentation, comprenant une machine électrique polyphasée génératrice de courant, comportant un arbre, un rotor monté sur cet arbre et un stator, caractérisée en ce que ledit rotor possède un premier enroulement polyphasé et un second enroulement à courant continu, les conducteurs desdits enroulements étant placés dans des encoches communes, en ce que ledit stator possède un premier enroulement polyphasé et un second enroulement polyphasé,
les conducteurs desdits enroulements étant placés dans des encoches communes du stator, en ce que sur l'arbre est monté un collecteur, ledit second enroulement rotorique à courant continu étant connecté avec ledit collecteur, en ce que des bagues d'alimentation, dont le nombre correspond au nombre des phases dudit premier enroulement rotorique polyphasé, sont montées sur l'arbre, ledit premier enroulement rotorique polyphasé étant connecté avec lesdites bagues alimentées par un réseau d'alimentation à courant alternatif, en ce qu'elle comprend, d'une part,
un premier commutateur monté entre ledit second enroulement sta- torique et ledit collecteur et agencé de manière à permettre soit de court-circuiter ledit second enroulement statorique, soit de connecter cet enroulement avec des lignes de balais disposées sur le collecteur, dont le nombre correspond au nombre des phases dudit second enroulement statorique polyphasé et qui sont réparties uniformément sur le collecteur, et,
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d'autre part,
entre ledit premier enroulement stato- rique et ladite ligne commune d'alimentation desdits moteurs, un second commutateur, agencé de manière à permettre soit de connecter une extrémité de chaque bobine dudit premier enroulement statorique polyphasé avec ladite ligne commune d7alimenta- tion, soit de connecter au moins deux extrémités desdites bobines avec un nombre correspondant des conducteurs de ladite ligne commune d'alimentation et de déconnecter les extrémités des autres bobines de ladite ligne d'alimentation, les autres extrémités desdites bobines étant connectées avec lesdites lignes de balais.
Cette invention a, en outre, pour objet, un procédé de mise en action de l'installation définie ci- dessus, caractérisé en ce qu'on alimente ledit premier enroulement polyphasé rotorique à partir du réseau d'alimentation, après avoir court-circuité ledit second enroulement statorique à l'aide dudit premier commutateur de sorte que ladite machine fonctionne comme un moteur asynchrone, puis lorsque ladite machine a atteint sensiblement la vitesse synchrone, on connecte,
à l'aide dudit second commutateur au moins deux bobines dudit premier enroulement statorique polyphasé avec un nombre correspondant des conducteurs de ladite ligne commune d'alimentation des moteurs, de sorte qu'un courant continu s'écoule à travers ces bobines, ce courant continu ayant pour effet de faire fonctionner la machine comme un moteur synchrone et de bloquer dans les mêmes positions relatives les rotors desdits moteurs qui doivent être commandés, on relie ensuite, à l'aide du premier commutateur,
ledit second enroulement statorique avec lesdites lignes des balais sur le collecteur pour que le courant continu s'écoulant à travers ledit second enroulement stato- rique provoque le freinage du rotor de ladite machine, en connectant en même temps, à l'aide du second commutateur, le reste des bobines dudit premier enroulement statorique polyphasé avec le reste des conducteurs de ladite ligne commune de sorte qu'auxdits moteurs est appliquée une tension alternative polyphasée, dont la fréquence et l'amplitude vont en augmentant, à mesure que le rotor de ladite machine est freiné jusqu'à l'arrêt, ladite ligne commune, lorsque le rotor est à l'arrêt,
étant alimentée avec un courant dont la fréquence est égale à la fréquence du réseau d'alimentation.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation, objet de l'invention.
La figure unique du dessin montre schématiquement le schéma de connexion d'une installation pour la commande de deux moteurs.
L'installation représentée comprend une machine polyphasée comportant un stator 1 et un rotor 2. Sur l'arbre du rotor 2 sont montés un collecteur 3 et trois bagues d'alimentation 4. Le stator 1 est pourvu de deux enroulements distincts, 5 et 6 qui, dans le cas représenté, sont des enroulements tri- phasés, les conducteurs de ces enroulements étant placés dans des encoches communes réparties à la périphérie du stator. Le rotor 2 est pourvu d'un enroulement triphasé 7 et d'un enroulement à courant continu 8, les conducteurs de ces enroulements étant placés dans des encoches communes réparties à la périphérie du rotor. Les enroulements 5, 6, 7 peuvent être, bien entendu, des enroulements triphasés quelconques.
L'enroulement 7 est connecté aux bagues d'alimentation 4 et l'enroulement 8 est connecté au collecteur 3, les différentes sections de cet enroulement étant connectées aux différentes lames du collecteur. La figure montre, en outre, la ligne triphasée Ll du secteur, à 220 V et 50 l3z, sur laquelle sont branchées les bagues d'alimentation 4 par l'intermédiaire d'un interrupteur 9.
L'enroulement 5 du stator 1 est formé de trois bobines a, b et c, chaque bobine étant reliée d'une part à une ligne des balais sur le collecteur 3 et, d'autre part, à un pôle d'un commutateur 10. Lesdites lignes des balais sont réparties uniformément sur le collecteur étant ainsi décalées de 1200. Le commutateur 10 peut prendre trois positions différentes. Dans une position, ce commutateur connecte les trois bobines a, b et c à une ligne auxiliaire triphasée L2, dans une autre position, il laisse deux bobines, par exemple a et b, connectées à la ligne L2 , tandis que l'autre bobine c reste ouverte et dans la troisième position le commutateur 10 coupe les trois bobines de la ligne 4.
L'enroulement 6 du stator 1 est formé, dans le cas représenté, de trois bobines réunies en étoile, les extrémités de ces bobines étant reliées à un commutateur 11, qui peut les mettre en court-circuit ou les connecter avec lesdites lignes des balais.
Sur la ligne auxiliaire L2 sont branchés les moteurs Mi et M2 destinés à entraîner, en parfait synchronisme, des appareils non représentés. Sur le dessin on a indiqué -seulement deux moteurs commandés par la machine, mais il est évident que sur la ligne L2 un plus grand nombre de moteurs pourrait être branché. Les moteurs Ml et M2 sont du type synchrone ou asynchrone-synchronisé, et, ainsi qu'il sera précisé par la suite, ils peuvent être alimentés directement par la ligne Lz du réseau au moyen d'un interrupteur 12.
Sur l'arbre du rotor 2 sont, en outre, montés un volant 13 et un dispositif de synchronisation 14, dont le rôle sera précisé par la suite.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant.
Lorsque toute l'installation est au repos, c'est-à- dire que les appareils commandés par les moteurs Ml et M2 sont à l'arrêt, les interrupteurs 9 et 12 sont dans la position d'ouverture, tandis que le commutateur 10 est dans la position d'ouverture et le commutateur 11 met en court-circuit les bobines de l'enroulement 6 du stator. Pour mettre en marche la machine, on ferme l'interrupteur 9, qui branche les bagues 4 du rotor sur la ligne L1 du réseau.
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L'enroulement 7 du rotor est excité et engendre, dans l'enroulement 6 du stator, court-circuité par le commutateur 11, un courant induit qui provoque avec le champ tournant produit par l'enroulement 7 le démarrage du rotor.
Celui-ci commence donc à tourner lentement, et son accélération est diminuée par le volant 13. L'enroulement à courant continu 8, connecté avec les lames du collecteur, est le siège d'une tension induite par le champ tournant engendré par l'enroulement 7, dont la valeur dépend du nombre des spires de cet enroulement. La tension qui apparaît auxdits balais du collecteur est une tension alternative et sa fréquence est fonction du glissement du rotor. Pendant la période de démarrage de ce rotor auxdits balais du collecteur 3 apparaît donc une tension alternative dont la fréquence décroît au fur et à mesure que la vitesse de rotation du rotor 2 s'approche de la vitesse synchrone.
Cette tension alternative apparaissant entre lesdits balais n'a, pour le moment, aucun effet, puisque les bobines a, b et c de l'enroulement stato- rique 5 sont déconnectés de la ligne L2 et le commutateur 11 maintient l'enroulement 6 débranché du collecteur. Le rotor 2 accélère sa rotation, de sorte que la fréquence de la tension apparaissant entre les balais décroît toujours plus et s'approche de la valeur zéro , c'est-à-dire qu'elle devient une tension de fréquence presque nulle puisque le sens de rotation du rotor est opposé à celui du champ tournant.
Lorsque le rotor 2 a atteint une vitesse de rotation très proche de celle de synchronisme, on actionne le commutateur 10 de manière à connecter deux bobines, par exemple la bobine a et la bobine b, de l'enroulement 5 à la ligne auxiliaire L2 alimentant les moteurs commandés, en maintenant ouverte la troisième bobine, c'est-à-dire la bobine c dans le cas considéré. Les bobines a et b se ferment alors sur les enroulements des moteurs Ml et M2 et sont parcourues par le courant de fréquence presque nulle, fourni par le collecteur 3. Ces bobines agissent comme les bobines d'excitation d'un moteur synchrone et fournissent un champ d'excitation pratiquement continu.
Ce champ a une position déterminée par la position des bobines a et b. On peut ainsi réaliser une autosynchronisation. En effet, à la vitesse de synchronisme la position du champ d'excitation cdincide avec la position du champ du rotor. Si cette coïncidence n'est pas respectée, le rotor cherche automatiquement à s'aligner sur le champ d'excitation. Il en résulte une augmentation ou une diminution momentanée de la vitesse selon que le champ d'excitation se trouve en avance ou en retard sur le champ du rotor. On peut obtenir facilement une correspondance exacte de ces deux champs en déplaçant le jeu de balais sur le collecteur.
Le courant continu qui circule dans les moteurs Mi et M2 sert à bloquer, dans les mêmes positions relatives, leurs rotors par rapport à leurs stators.
Pour mettre en marche les moteurs Ml et M2, en même temps que le commutateur 10, on actionne le commutateur 11 pour ouvrir les contacts qui mettaient en court-circuit les bobines de l'enroulement statorique 6 et pour brancher l'enroulement statorique 6 sur le collecteur 3. Il convient de remarquer qu'au moment de la fermeture desdits commutateurs le rotor 2 tourne en synchronisme, mais que les moteurs Ml et M2 sont à l'arrêt et sont maintenus bloqués dans leurs positions par effet du courant continu circulant dans leurs enroulements inducteurs. L'enroulement statorique 6 est excité par le courant continu venant des balais.
Le rotor tournant dans le sens opposé de son champ tournant et la tension aux bornes de l'enroulement statorique 6 étant maintenant égale à la tension entre les balais, un courant de circulation s'établit entré l'enroulement statorique 6 et l'enroulement rotorique 8 qui provoque le freinage du rotor. Ensuite on actionne le commutateur 10, de manière à brancher sur la ligne auxiliaire 1.,2 les trois bobines a, b et c de l'enroulement 5. Le rotor 2, freiné par l'action de l'enroulement 6, ralentit toujours plus sa marche, de sorte que la fréquence du courant apparaissant aux balais du collecteur 3 va toujours croissant.
Ce courant à fréquence croissante est envoyé aux moteurs Ml et M2 qui commencent à tourner lentement, et accélèrent leur mouvement en parfait synchronisme au fur et à mesure que la fréquence augmente, c'est-à- dire au fur et à mesure que le rotor 2 ralentit sa marche.
De ce qui précède, il résulte que l'enroule- ment 5 fournit, d'une part, un champ de synchronisation de la machine après son démarrage et, d'autre part, il fournit une tension croissante avec la fréquence, qui s'ajoute à la tension existant entre les lignes des balais, pour pouvoir alimenter les moteurs Ml et M2 à une tension convenable pendant la période du démarrage ou de l'arrêt de la machine.
Lorsque le rotor 2 a été freiné jusqu'à l'arrêt par le couple de freinage dû à l'action de l'enroulement 6, la fréquence du courant envoyé à la ligne auxiliaire L., est égale à celle de la ligne Ll du réseau, et on pourrait donc brancher les moteurs Ml et M. directement sur la ligne Ll. Ce branchement, toutefois, ne doit être effectué que si les courants de la ligne Ll et de la ligne L2 sont en concordance de phase.
A cet effet, l'interrupteur 12, qui relie directement la ligne 1,2 à la ligne Ll est verrouillé par un électro-aimant 15 commandé par le dispositif de synchronisation 14, comme indiqué au dessin par la ligne pointillée d. Le dispositif 14 envoie un courant dans l'électro-aimant 15 seulement lorsque les phases des lignes Ll et L2 sont égales. Le dispositif 14 est connu en lui-même et, par conséquent, il n'y a pas lieu de le décrire plus en détail ici.
Pour arrêter les moteurs Mi et M2 en parfait synchronisme, on exécute les mêmes manoeuvres décrites ci-dessus, mais dans l'ordre inverse. On ouvre tout d'abord l'interrupteur 12 pour déconnecter la ligne L2 de la ligne Ll. Les moteurs sont maintenant alimentés en courant alternatif à la fré-
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quence du réseau par la machine qui est à l'arrêt. On actionne alors le commutateur 11 pour mettre en court-circuit les bobines de l'enroulement stato- rique 6, ce qui provoque le démarrage du rotor 2, qui accélère lentement sa rotation.
La fréquence du courant alternatif aux balais du collecteur 3 diminue au fur et à mesure que la vitesse du rotor augmente. Les moteurs Ml et M2 reçoivent donc un courant à fréquence décroissante et par conséquent ralentissent, en parfait synchronisme, leur mouvement. Lorsque le rotor 2 a presque atteint la vitesse de synchronisme, la fréquence du courant débité par le collecteur 3 est presque nulle. On man#uvre alors le commutateur 10 dans la position de synchronisation, comme décrit plus haut, de manière que le rotor 2 se synchronise. Les moteurs Mi et M2 re- çoivent alors un courant continu qui les bloque dans leurs positions d'arrêt.
Si l'on désire arrêter toute l'installation, il suffit d'ouvrir l'interrupteur 9.
Pour la clarté de l'exposé, on a supposé que les interrupteurs 9 et 12 ainsi que les commutateurs 10 et 11 étaient manoeuvrés à la main. Il est évident cependant que l'actionnement de ces organes pourrait être exécuté automatiquement, au moyen de relais et de boutons-poussoirs, à partir d'un tableau de commande, d'une manière bien connue dans la technique des circuits électriques.
Lorsque les moteurs Mi et M2 entraînent des appareils dont le moment d'inertie est assez élevé, leur mise en marche et leur arrêt ne peuvent être trop brusques. C'est pourquoi le démarrage et l'arrêt des moteurs Ml et M2 doivent être effectués graduellement. Il s'ensuit que les opérations de freinage et de démarrage du rotor 2 de la machine décrite doivent être quelque peu retardées. Ce résultat est obtenu par le volant 13 monté sur l'arbre du rotor 2. Pendant la période de freinage du rotor 2, le volant empêche que celui-ci s'arrête trop brusquement, de sorte que la fréquence du courant débité par le collecteur 3 augmente lentement, et les moteurs Ml et M2 commencent lentement à tourner.
De même, pendant la période de démarrage du rotor 2, le volant 13 évite que ce dernier atteigne trop rapidement la vitesse de synchronisme, de sorte que la fréquence du courant alternatif fourni par le collecteur diminue lentement, et les moteurs Mi et M2 sont amenés lentement à leurs positions d'arrêt. Dans la plupart des cas, il suffit de choisir les dimensions du volant 13 de manière que le rotor passe de l'arrêt à la vitesse de synchronisme en un laps de temps de 5 à 7 secondes, et du synchronisme à l'arrêt en un laps de temps de 2 à 4 secondes, par exemple.
De ce qui précède, il ressort clairement que la machine électrique que comprend l'installation décrite se comporte dans les différentes phases de son fonctionnement, comme quatre machines électriques différentes. Au démarrage, avant d'atteindre la vitesse de synchronisme, la machine débite au collecteur un courant alternatif à fréquence décroissante, et fonctionne donc comme un alternateur à fréquence décroissante. Au synchronisme, le collecteur débite un courant continu, et la machine se comporte comme une commutatrice.
Lorsque le rotor 2 ralentit, passant de la vitesse de synchronisme à l'arrêt, la machine se comporte de nouveau comme un alternateur, mais à fréquence croissante, et enfin, lorsque le rotor est arrêté, les enroulements 5 et 7 forment un transformateur de tension.
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Installation for the synchronized control of at least two electric motors In many installations provided with devices controlled by electric motors, it is necessary that these devices are started, turned and stopped in perfect synchronism. This is the case, for example, with installations for recording and reproducing sound films or dubbing sound films, in which it is essential that the projection apparatus always operate in synchronism with the recording or reproducing apparatus of the his. The synchronous operation of the different devices can be achieved by means of mechanical transmissions.
This solution, however, not only involves constructive complications and excessive bulk, but is often not even feasible because of the distance separating the various devices which must be driven in synchronism.
It has already been proposed to control each device of an installation of the aforementioned type by a separate electric motor, generally of the asynchronous-synchronized type, and to supply the various motors via a common line. This common line, which supplies the various motors, is supplied by a converter group comprising a synchronous motor, coupled to a synchronous generator, and a transformer, this group being able to supply the motors supplied with an increasing voltage from a minimum value to the value of the network voltage, also increasing in frequency, from 0 to the network frequency.
It is clear, however, that a converter unit of this type, which comprises at least three separate electrical machines, is of expensive construction and comprises a bulk that is often unacceptable for installations of small dimensions.
The present invention relates to an installation for the synchronized control of at least two alternating current electric motors connected to a common supply line, comprising a polyphase electric current-generating machine, comprising a shaft, a rotor mounted on this shaft and a stator, characterized in that said rotor has a first polyphase winding and a second DC winding, the conductors of said windings being placed in common notches, in that said stator has a first polyphase winding and a second winding polyphase,
the conductors of said windings being placed in common notches of the stator, in that on the shaft is mounted a collector, said second DC rotor winding being connected with said collector, in that feed rings, the number of which corresponds to the number of phases of said first polyphase rotor winding, are mounted on the shaft, said first polyphase rotor winding being connected with said rings supplied by an alternating current supply network, in that it comprises, on the one hand ,
a first switch mounted between said second static winding and said collector and arranged so as to make it possible either to short-circuit said second stator winding, or to connect this winding with lines of brushes arranged on the collector, the number of which corresponds to the number of phases of said second polyphase stator winding which are uniformly distributed over the collector, and,
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on the other hand,
between said first stator winding and said common supply line for said motors, a second switch, arranged so as to allow either to connect one end of each coil of said first polyphase stator winding with said common supply line, or to connect at least two ends of said coils with a corresponding number of conductors of said common supply line and disconnecting the ends of other coils from said supply line, the other ends of said coils being connected with said brush lines.
A further subject of this invention is a method for activating the installation defined above, characterized in that said first polyphase rotor winding is supplied from the supply network, after having short-circuited. said second stator winding by means of said first switch so that said machine operates as an asynchronous motor, then when said machine has substantially reached the synchronous speed, it is connected,
by means of said second switch at least two coils of said first polyphase stator winding with a corresponding number of conductors of said common motor supply line, so that a direct current flows through these coils, this direct current the effect of which is to operate the machine as a synchronous motor and to lock the rotors of said motors which are to be controlled in the same relative positions, it is then connected, using the first switch,
said second stator winding with said lines of brushes on the collector so that the direct current flowing through said second stator winding causes the rotor of said machine to be braked, at the same time switching on, by means of the second switch , the rest of the coils of said first polyphase stator winding with the rest of the conductors of said common line so that to said motors is applied a polyphase alternating voltage, the frequency and amplitude of which increase, as the rotor of said rotor machine is braked to a stop, said common line, when the rotor is stationary,
being supplied with a current the frequency of which is equal to the frequency of the supply network.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the installation, object of the invention.
The single figure in the drawing shows schematically the connection diagram of an installation for controlling two motors.
The installation shown comprises a polyphase machine comprising a stator 1 and a rotor 2. On the shaft of the rotor 2 are mounted a collector 3 and three supply rings 4. The stator 1 is provided with two separate windings, 5 and 6. which, in the case shown, are three-phase windings, the conductors of these windings being placed in common notches distributed around the periphery of the stator. The rotor 2 is provided with a three-phase winding 7 and a direct current winding 8, the conductors of these windings being placed in common notches distributed around the periphery of the rotor. The windings 5, 6, 7 can of course be any three-phase windings.
The winding 7 is connected to the feed rings 4 and the winding 8 is connected to the collector 3, the different sections of this winding being connected to the different blades of the collector. The figure also shows the three-phase line L1 of the sector, at 220 V and 50 l3z, to which the supply rings 4 are connected by means of a switch 9.
The winding 5 of the stator 1 is formed of three coils a, b and c, each coil being connected on the one hand to a line of brushes on the collector 3 and, on the other hand, to a pole of a switch 10 Said lines of the brushes are distributed uniformly over the collector, thus being offset by 1200. The switch 10 can take three different positions. In one position this switch connects the three coils a, b and c to a three-phase auxiliary line L2, in another position it leaves two coils, for example a and b, connected to the line L2, while the other coil c remains open and in the third position switch 10 cuts off the three coils of line 4.
The winding 6 of the stator 1 is formed, in the case shown, of three coils united in a star, the ends of these coils being connected to a switch 11, which can short-circuit them or connect them with said lines of the brushes. .
On the auxiliary line L2 are connected the motors Mi and M2 intended to drive, in perfect synchronism, devices not shown. In the drawing it has been indicated -only two motors controlled by the machine, but it is obvious that on line L2 a greater number of motors could be connected. The motors M1 and M2 are of the synchronous or asynchronous-synchronized type, and, as will be specified later, they can be supplied directly by the line Lz of the network by means of a switch 12.
On the shaft of the rotor 2 are also mounted a flywheel 13 and a synchronization device 14, the role of which will be specified later.
The operation of the installation described is as follows.
When the entire installation is at rest, that is to say when the devices controlled by the motors M1 and M2 are stopped, switches 9 and 12 are in the open position, while switch 10 is in the open position and the switch 11 short-circuits the coils of the winding 6 of the stator. To start the machine, switch 9 is closed, which connects the rings 4 of the rotor to line L1 of the network.
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The winding 7 of the rotor is excited and generates, in the winding 6 of the stator, short-circuited by the switch 11, an induced current which causes, with the rotating field produced by the winding 7, the starting of the rotor.
The latter therefore begins to turn slowly, and its acceleration is reduced by the flywheel 13. The direct current winding 8, connected with the blades of the collector, is the seat of a voltage induced by the rotating field generated by the winding 7, the value of which depends on the number of turns of this winding. The voltage which appears at said brushes of the collector is an alternating voltage and its frequency is a function of the slip of the rotor. During the starting period of this rotor at said brushes of the collector 3 therefore appears an alternating voltage whose frequency decreases as the speed of rotation of the rotor 2 approaches synchronous speed.
This alternating voltage appearing between said brushes has, for the moment, no effect, since the coils a, b and c of the stator winding 5 are disconnected from the line L2 and the switch 11 keeps the winding 6 disconnected. of the collector. The rotor 2 accelerates its rotation, so that the frequency of the voltage appearing between the brushes always decreases more and approaches the zero value, that is, it becomes a voltage of almost zero frequency since the direction of rotation of the rotor is opposite to that of the rotating field.
When the rotor 2 has reached a speed of rotation very close to that of synchronism, the switch 10 is actuated so as to connect two coils, for example coil a and coil b, from winding 5 to the auxiliary line L2 supplying power. the motors controlled, by keeping the third coil open, that is to say coil c in the case considered. The coils a and b then close on the windings of the motors M1 and M2 and are traversed by the current of almost zero frequency, supplied by the collector 3. These coils act like the excitation coils of a synchronous motor and provide a practically continuous excitation field.
This field has a position determined by the position of coils a and b. It is thus possible to achieve autosynchronization. Indeed, at the speed of synchronism, the position of the excitation field coincides with the position of the rotor field. If this coincidence is not respected, the rotor automatically seeks to align itself with the excitation field. This results in a momentary increase or decrease in speed depending on whether the excitation field is ahead or behind the rotor field. One can easily obtain an exact correspondence of these two fields by moving the set of brushes on the collector.
The direct current which circulates in the Mi and M2 motors serves to block, in the same relative positions, their rotors with respect to their stators.
To start the motors M1 and M2, at the same time as the switch 10, the switch 11 is actuated to open the contacts which short-circuited the coils of the stator winding 6 and to connect the stator winding 6 to the collector 3. It should be noted that when the said switches are closed, the rotor 2 rotates in synchronism, but that the motors M1 and M2 are stopped and are kept blocked in their positions by the effect of the direct current flowing in their inductor windings. The stator winding 6 is excited by the direct current coming from the brushes.
The rotor rotating in the opposite direction of its rotating field and the voltage at the terminals of the stator winding 6 now being equal to the voltage between the brushes, a circulating current is established between the stator winding 6 and the rotor winding 8 which causes the rotor to brake. Then switch 10 is actuated so as to connect the three coils a, b and c of winding 5 to auxiliary line 1., 2. The rotor 2, braked by the action of winding 6, still slows down. the more its course, so that the frequency of the current appearing at the brushes of the collector 3 is always increasing.
This current with increasing frequency is sent to the motors M1 and M2 which begin to turn slowly, and accelerate their movement in perfect synchronism as the frequency increases, that is to say as the rotor 2 slowed down.
From the above, it follows that the winding 5 provides, on the one hand, a synchronization field of the machine after it has been started and, on the other hand, it supplies an increasing voltage with frequency, which s' adds to the voltage existing between the lines of the brushes, in order to be able to supply the motors M1 and M2 at a suitable voltage during the period of starting or stopping the machine.
When the rotor 2 has been braked to a stop by the braking torque due to the action of the winding 6, the frequency of the current sent to the auxiliary line L., is equal to that of the line Ll of the network, and we could therefore connect the motors M1 and M. directly to the line Ll. This connection, however, should only be made if the currents of line L1 and line L2 are phase-matched.
To this end, the switch 12, which directly connects the line 1,2 to the line L1 is locked by an electromagnet 15 controlled by the synchronization device 14, as indicated in the drawing by the dotted line d. The device 14 sends a current to the electromagnet 15 only when the phases of the lines L1 and L2 are equal. The device 14 is known in itself and, therefore, there is no need to describe it in more detail here.
To stop the Mi and M2 motors in perfect synchronism, the same maneuvers described above are carried out, but in the reverse order. Switch 12 is first opened to disconnect line L2 from line L1. The motors are now supplied with alternating current at the
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quence of the network by the machine which is stopped. The switch 11 is then actuated to short-circuit the coils of the stator winding 6, which causes the start of the rotor 2, which slowly accelerates its rotation.
The frequency of the alternating current to the brushes of the collector 3 decreases as the speed of the rotor increases. The motors M1 and M2 therefore receive a current at decreasing frequency and consequently slow down, in perfect synchronism, their movement. When the rotor 2 has almost reached the speed of synchronism, the frequency of the current delivered by the collector 3 is almost zero. The switch 10 is then operated in the synchronization position, as described above, so that the rotor 2 is synchronized. The Mi and M2 motors then receive a direct current which blocks them in their stop positions.
If you want to stop the entire installation, just open switch 9.
For clarity of disclosure, it has been assumed that switches 9 and 12 as well as switches 10 and 11 are manually operated. It is obvious, however, that the actuation of these members could be carried out automatically, by means of relays and pushbuttons, from a control panel, in a manner well known in the art of electrical circuits.
When the Mi and M2 motors drive devices with a fairly high moment of inertia, their starting and stopping cannot be too abrupt. This is why the starting and stopping of the motors M1 and M2 must be carried out gradually. It follows that the braking and starting operations of the rotor 2 of the machine described must be somewhat delayed. This result is obtained by the flywheel 13 mounted on the shaft of rotor 2. During the braking period of rotor 2, the flywheel prevents the latter from stopping too suddenly, so that the frequency of the current supplied by the collector 3 slowly increases, and motors M1 and M2 slowly begin to rotate.
Likewise, during the starting period of the rotor 2, the flywheel 13 prevents the latter from reaching the synchronous speed too quickly, so that the frequency of the alternating current supplied by the collector slowly decreases, and the motors Mi and M2 are brought in slowly to their stop positions. In most cases, it is sufficient to choose the dimensions of the flywheel 13 so that the rotor changes from stop to synchronous speed in 5 to 7 seconds, and from synchronism to stop in one. time span of 2 to 4 seconds, for example.
From the foregoing, it is clear that the electrical machine that comprises the installation described behaves in the different phases of its operation, like four different electrical machines. On start-up, before reaching the synchronous speed, the machine delivers to the collector an alternating current at decreasing frequency, and therefore operates as an alternator at decreasing frequency. At synchronism, the collector delivers a direct current, and the machine behaves like a commutator.
When rotor 2 slows down from synchronous speed to standstill, the machine again behaves like an alternator, but with increasing frequency, and finally, when the rotor is stopped, windings 5 and 7 form a transformer of voltage.