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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.