Installation de commande des moteurs à commutateur pour courant alternatif monophasé. La présente invention a pour objet une installation de commande des moteurs à com mutateur pour courant alternatif monophasé, pour la traction électrique, disposés pour pou voir fonctionner en freinage par régénération avec un convertisseur de phase ayant plu sieurs enroulements dont l'un est relié en série avec l'enroulement de champ excitateur - du moteur, tandis qu'un autre est relié à un transformateur d'alimentation principal au quel le moteur peut renvoyer de l'énergie en fonctionnement de régénération.
Cette instal lation présente la particularité qu'elle com porte encore un transformateur auxiliaire ayant son enroulement secondaire relié en' circuit avec l'enroulement de champ excita- teur du moteur et son enroulement primaire soumis à une excitation variable de la part du transformateur d'alimentation en dépen dance des relations de voltage entre. les en- roulementdu convertisseur de phase et du courent d'induit du moteur.
Cette excitation variable peut être réalisée au moyen d'un re- lais inductif ayant des enroulements de stator excités à partir des enroulements du conver tisseur de phase 'et un enroulement de rotor excité en dépendance du courant d'induit ' du moteur, ce relais pouvant agir de façon à faire varier le point de connexion de l'enrou lement primaire du transformateur auxi liaire avec le transformateur principal.
Dans le dessin ci-annexé, donné à titre d'exemple: La fig. 1 montre le schéma d'une forme d'exécution de l'objet de l'invention; La fig. 2 donne un diagramme vectoriel illustrant les relations de phase des différents voltages et courants s'obtenant pendant le fonctionnement de l'installation de la fig. 1; La fig. 3 donne un diagramme de courbes dont on parlera plus loin; La fig. 4 représente le schéma d'une autre forme d'exécution.
L'installation motrice électrique représen tée en fig. 1 comporte un transformateur d'alimentation principal, à enroulement-secon- claire 1, ayant deux jeux de prises de courant 2, 3 près de ses extrémités, puis un moteur à courant alternatif monophasé 4 du type en série, ayant un enroulement d'induit à com mutateur 5, un enroulement de champ exci- tateur ou principal 6 et un enroulement de champ inducteur ou auxiliaire 7, ensuite un convertisseur de phase rotatif 9 pour occa sionner conjointement avec la machine-série 4, un fonctionnement en régénération, un re lais de facteur de puissance 15 pour main tenir automatiquement un facteur de puis sance constant dans la, machine,
comme on le verra plus loin, et un transformateur exci- tateur de champ auxiliaire 16 pour faire va rier le voltage de champ excitateur.
Si on le désire, un enroulement de champ à commutation additionnel peut être prévu, sa connexion étant préférablement établie par l'intermédiaire d'un petit autotransformateur en dérivation sur une portion de l'enroule ment de transformateur principal 1, en 8 par exemple.
Le convertisseur de phase 9 est du type à deux phases et comporte deux enroulements de stator séparés 10, 11 disposés en relation de quadrature et un enroulement de rotor 12 qui est<B>f111</B> type courant en cage d'écureuil; mais pourrait aussi être à excitation par cou rant continu.
(3n comprend, sans explication détaillée, que, chaque fois que l'enroulement de stator primaire ou à, effet moteur 10 du convertis seur de phase est excité à partir du transfor mateur d'alimentation 1, il se produit dans l'enroulement secondaire ou à effet généra teur 11, un voltage secondaire en relation de quadrature par rapport au voltage l'enroule ment primaire 10 et d'une valeur dépendant des nombres de tours relatifs des deux en roulements.
En ajoutant au voltage secon daire du convertisseur de phase une compo sante variable en relation de quadrature du voltage du circuit d'alimentation, l'angle de déphasage du voltage de champ excitateur par rapport à la force électromotrice du cir cuit d'alimentation est amené à varier pour permettre un fonctionnement en régénération. Si on le désire, on pourrait aussi employer un convertisseur de phase du type à, commuta teur.
Le relais de facteur de puissance 15 est (lu type à moteur à induction comportant deux enroulements de stator distincts en relation de quadrature 20, 21 qui sont excités à. par tir des enroulements 10, 11 de relation de phase correspondante du convertisseur de phase et un rotor 22 ayant un enroulement de champ monophasé 23 qui est excité à partir de l'enroulement secondaire d'un transforma teur-série 24. Celui-ci est excité à partir d'un conducteur 25 qui conduit le courant d'induit de la machine 4 travaillant en régénération.
Le rotor 22 du relais de facteur de puis sance est relié à un petit tambour 26 dont l'axe porte un bras de contact 27 disposé pour coopérer avec les prises de courant 2 de l'en roulement de transformateur principal 1. Cette construction n'est donnée qu'à titre schématique. En réalité et de préférence, le tambour porte un jeu de segments de contact en coopération avec des doigts de contact pour commander des ferme-circuits individuels sur l'enroulement de transformateur principal 1.
Les considérations suivantes servent à ex pliquer l'effet du relais de facteur de puis sance pour maintenir un facteur de puis sance quelconque prédéterminée dans la ma chine 4 travaillant en régénération. L'excita tion du rotor du relais donne naissance à un flux de champ monophasé pulsatoire dans le rotor, qui est soumis à un torque pulsatoire par le flux de stator tournant occasionné par les enroulements en relation de quadrature 20, 21 et le rotor prendra une position corres pondant au point rle tordue maximum qui se manifeste au moment où le flux du rotor at teint une valeur maximum et est en phase avec le flux de stator tournant.
Comme la position dans l'espace du flux de stator, au moment où le flux du rotor atteint.cette valeur maximum, varie en rap port avec le changement de l'angle de dépha sage que le courant d'induit fait avec le vol tage chi circuit d'alimentation, il s'ensuit que lri position mécanique du rotor varie d'une l@lanii?re analogue en rapport avec cet angle.
1)e plus. comme la relation angulaire du flux ale stator tournant est constante et est direc t eurent dépendante du voltage du circuit d'ali mentation, on voit que la position du rotor du relais de facteur de puissance indiquera constamment l'angle de déphasage entre le courant d'induit et le voltage du circuit d'ali mentation, ou en d'autres termes, la position du rotor varie avec le changement du facteur de puissance de la machine principale et peut être utilisée de la.
manière indiquée, c'est-à- dire pour actionner le bras -de contact 27 de façon à, augmenter ou diminuer le voltage appliqué à l'induit 5 de la machine en régéné ration et à maintenir ainsi l'angle de dépha sage ou le facteur de puissance désiré. Si le facteur de puissance tend à être en retard sur la valeur désirée, le relais de facteur de puis sance est actionné pour faire diminuer le vol tage appliqué au circuit d'induit principal, tandis que si le facteur de puissance tend à devancer, le voltage de l'induit principal sera augmenté.
En modifiant la position mécanique du bras (le contact 27 par rapport aux relations électriques des enroulements de stator et de rotor du relais de facteur de puissance, le fac teur de puissance, qu'on désire maintenir constant, peut être choisi d'avance, comme on le comprend sans autre.
Le relais de facteur de puissance fonc tionne correctement quelle que soit la charge de la machine principale. Les raisons en sont les suivantes. Le torque de travail du relais est proportionnel aux valeurs maxima des flux de stator et de rotor et le flux de stator, qui est, constant, peut être rendu le facteur prédominant. De cette façon, le relais pren dra des positions indépendamment du ressort agissant en opposition au torque.
Le transformateur d'excitation auxiliaire 1 C a son enroulement secondaire 30 relié en 4rie avec l'enroulement secondaire 11 du convertisseur de phase et avec l'enroulement <B>(le</B> champ d'excitateur 6. On en verra la rai- son plus tard. L'enroulement primaire 31 du dit transformateur auxiliaire est relié en dé rivation sur une petite section de l'enroule ment dé transformateur d'alimentation 1, la quelle est amenée à varier en dépendance du réglage du facteur de puissance, c'est-à-dire avec les mouvements du relais de facteur de puissance 15.
Des endommagements ne sont pas à crain dre pour le relais de facteur de puissance en suite d'un accroissement important du cou rant d'induit principal, attendu que le trans- formateur-série 24 est calculé de façon à être saturé à la manifestation d'un courant de sur charge et, par conséquent, il y a un faible effet sur le rotor du relais de facteur de puis sance 15 dans le cas d'un accroissement im portant du courant d'induit principal.
Si, à. titre de variante, on désire main tenir le courant d'induit en phase avec le cou rant de champ, ce résultat peut être accom pli en reliant les enroulements de stator du relais de facteur de puissance en dérivation sur l'enroulement de champ d'excitateur 6 et une section de l'enroulement de transforma teur d'alimentation 1, respectivement.
En examinant les connexions représentées de fonctionnement en régénération, on verra qu'un point intermédiaire 3$ de l'enroulement de transformateur d'alimentation 1 est relié à une borne de l'enroulement d'induit princi pal 5, le circuit étant fermé par l'induit, l'en roulement de champ inducteur 7, le conduc teur 25. le bras de contact 27 du relais de facteur de puissance 15 et l'une des prises de courant 2 sur la section inférieure de l'en roulement de transformateur principal 1.
LTn autre circuit principal est établi de la borne supérieure 33 du transformateur d'ali mentation par l'enroulement secondaire 30 dit transformateur d'excitation auxiliaire 16, l'enroulement secondaire 11 du convertisseur de phase 9, l'enroulement de champ excita- teur 6 de la machine en régénération, le con ducteur 34 et la pièce de contact mobile à commande manuelle 35 à l'une des pièces de courant 3 de l'enroulement de transformateur principal 1.
Un autre circuit est encore établi depuis la plus élevée des prises de courant 2, dési gnée par 36, par le conducteur 37, l'enroule ment de stator primaire 10 du convertisseur de phase et le conducteur 38, à la. plus basse clos prises de courant 2, désignée par 39, Un circuit auxiliaire est établi depuis un point intermédiaire 41 de la section infé rieure -de l'enroulement de transformateur d'alimentation par l'enroulement primaire 31 du transformateur d'excitation auxiliaire 16 au conducteur d'induit principal 25.
L'exci tation de l'enroulement de transformateur primaire 31, et, par conséquent, le voltage in duit clans le circuit de l'enroulement de champ excitateur, en addition à celui réalisé par l'enroulement secondaire 11 du convertisseur de phase et la section d'enroulement du trans formateur d'alimentation entre les bornes 33 et 35, est proportionnel aux variations de vol tage d'induit, telles qu'elles sont produites par le relais de facteur de puissance 15.
En résumé, l'induit principal 5 est relié en dérivation sur une section automatiquement variable de l'enroulement de transformateur d'alimentation 1, tandis que l'enroulement de stator primaire 10 du convertisseur de phase 9 est relié en permanence en dérivation sur une section différente dudit enroulement de transformateur d'alimentation.
L'enroulement de champ excitateur 6 subit l'application de la résultante de trois voltages, à savoir celui produit par l'enroulement de stator secon daire 11 du convertisseur de phase, celui fourni par la section supérieure active du transformateur d'alimentation, dépendant de la prise de courant particulière 3 dont on se sert, et celui induit dans le circuit de l'en roulement de champ par le transformateur d'excitation auxiliaire 16.
Les grandeurs du diagramme vectoriel de la fig. 2 ont les significations suivantes: o-a = au voltage de circuit d'alimenta tion appliqué à l'enroulement moteur ou pri maire 10 du convertisseur de phase; o-b = an voltage en relation de quadra ture engend ré aux bornes de l'enroulement générateur ou secondaire 11 du convertisseur de phase;
b-c = au voltage en travers de la section du transformateur principal qui est reliée en série avec l'enroulement générateur 11 du convertisseur de phase, c'est-à-dire la section supérieure de l'enroulement de transformateur principal entre la borne 33 et l'une des prises de courant 3; o-c = à la résultante des voltages en quadrature o-b et b-c, qui est appliquée à l'enroulement de champ excitateur 6 de la ma chine en régénération;
F = à l'angle de déphasage entre le vol tage du champ excitateur et le voltage du circuit d'alimentation, angle qui peut être amené à varier pour faire varier le tor due ou effort tracteur de la. machine en ré génération; o-d = au courant en quadrature qui est engendré dans l'enroulement de champ exci tateur par le voltage o-c; o-e - au flux produit dans l'entrefer de la machine par le courant de champ excita- teur o-d;
o-f - à la force contre-électromotrice qui est engendrée dans l'induit 5 comme pro venant du fait que les conducteurs de l'in duit coupent le flux o-e quand l'induit est commandé par une force extérieure, qui, dans. le cas du fonctionnement en régénération, est le moment d'inertie du moteur et du véhicule; o-g - au voltage en travers de la sec- lion de l'enroulement de transformateur prin- eipa,l à laquelle l'induit 5 est relié; f-g - à. la différence vectorielle entre la.
force contre-électromotrice ou voltage d'in duit engendré o-f -et le voltage du circuit d'alimentation o-g. Quand l'induit est relia opérativement à l'enroulement de transforma- teur principal, le vecteur f-g représente la chute d'impédance dans tout le circuit. Cette chute d'impédance est composée (le f-h, qui.
équivaut à la chute de résistance dans le cir cuit d'induit, le courant d'induit f-iii, étant en phase avec ce vecteur, et d'une chute (le réactance g l?. <I>à</I> angle droit par rapport à la.
chute de résistance<I>f</I> h. Par conséquent, /- -I. -- < t 1a chute de résistance dans le uirvuit d'induit; g-1, = à la chute de réactance. dans le circuit d'induit, et j'-,ïïe = au courant d'induit total;
f-n. - à la composante du courant d'in duit qui est déplacé de 180 hors de phase avec le courant de champ excitateur o d et est obtenu au moyen du vecteur de courant d'in duit total f m en traçant une perpendiculaire in n sur le vecteur de courant de champ o<I>cl.</I> Comme le -produit du courant d'induit et du flux de champ, en tenant aussi compte de leur relation angulaire, donne une mesure pour le torque en fonctionnement de régéné ration, il s'ensuit que le produit des vecteurs <I>f</I> na et o e donne en tout temps cette mesure,
c'est-à-dire qu'il est toujours proportionnel au tordue en fonctionnement de régénération; A - à l'angle de déphasage entre le cou rant d'induit et le voltage de circuit d'alimen tation. Cet angle est amené à varier automa tiquement par le relais de facteur de paissance 15 pour maintenir par là. un certain angle de déphasage entre le vecteur du courant d'in duit f 7n et le voltage du circuit d'alimenta tion o g, ou en d'autres termes, pour maintenir un facteur de puissance prédéterminé.
En fig. 2, les vecteurs<I>f m.</I> et o g sont représentés comme étant parallèles l'un à l'autre corres pondant à un facteur de puissance à 100 %, ce qui sera généralement exigé au fonction- n emeut.
En déplaçant la pièce de contact mobile 35 dans la direction de la flèche pointillée (fig. 1) le long des prises de courant 3, pen dant le fonctionnement en régénération, le vecteur b c représentant le voltage de la sec tion supérieure active de l'enroulement de transformateur. principal 1 est amené à varier en longueur pour faire changer, d'une manière correspondante, la direction du vecteur de voltage de champ excitateur o c, ou en d'au tres termes, pour faire changer l'angle F. En faisant.
la direction du vecteur du courant rl- eliamp o d est changée d'une manière cor- re@hnrilante et, par conséquent, le produit des 1,--teiirs <I>/'</I> J? et o, <I>e</I> qui, comme mentionné-plus haut, représente le torque en fonctionnement de régénération, est changé d'une manière cor respondante.
De cette façon, le torque en fonctionnement de régénération ou torque de freinage du véhicule sur lequel est monté le moteur peut facilement être commandé par le mécanicien en manoeuvrant simplement la pièce de contact mobile 35, qui sera convena blement agencée en pratique. En d'autres ter mes, la puissance du torque de freinage est commandée manuellement en faisant varier l'angle entre le voltage de champ excitateur et le voltage de circuit d'alimentation, varia tion' qui peut être accomplie en changeant la composante de voltage qui est reliée en série avec le voltage secondaire du convertisseur de phase.
Cette variation du torque est, de plus, effectuée indépendamment de la vitesse de la machine en fonctionnement de régéné ration, le relais de facteur de puissance fai sant automatiquement varier le voltage d'in duit à mesure que la vitesse change. Le relais de facteur de puissance 15 fait varier automatiquement le voltage appliqué au circuit d'induit principal à partir du trans formateur principal, c'est-à-dire qu'il produit un changement de longueur du vecteur o g, qui, d'une manière correspondante, fait chan ger la direction du vecteur de courant d'induit <I>f m</I> de façon à changer l'angle<I>A</I> entre le cou rant et le voltage du circuit d'alimentation (vecteurs<I>f m</I> et o g),
commandant par là le facteur de puissance de la machine en fonc tionnement de régénération comme décrit plus haut.
La mission et le fonctionnement du trans formateur d'excitation auxiliaire<B>16</B> peuvent être établis de la manière sui:,aute. Comme la vitesse de la machine en fonctionnement de ré génération diminue pendant la période de ra lentissement, la force contre-électromotrice ou le voltage engendré, représentée par le vec teur g f, et, par suite, le courant d'induit, vec teur f în, diminuent.
Le changement de phase concomitant de ce courant oblige le relais de facteur de puissance à changer la connexion du circuit d'induit dans une direction convena- ble pour réduire le voltage appliqué à l'indult, correspondant au vECteur o g.
Ce changement dans la grandeur du vecteur<I>o g</I> se reflète par la variation du vecteur b c qui représente le voltage de la. section supérieure de l'enroule ment de transformateur 1, qui est introduit clans le circuit de l'enroulement de champ exci- tateur. Cette variation du vecteur b c se mani feste par l'intermédiaire du transformateur d'excitation auxiliaire 16 qui imprime au cir cuit de l'enroulement de champ excitateur un voltage en phase avec le voltage du transfor- nlateur d'alimentation, soit additivement ou différentiellement,
en dépendance de la posi tion du bras de contact 27 du relais de fac teur de puissance par rapport au point fixé 41 du transformateur principal, point qui est re lié à l'enroulement primaire 31 clic transfor- mateur d'excitation auxiliaire.
Plus spécifiquement parlé, un voltage<B>ad-</B> ditionnel e-4 introduit dans le circuit de l'en roulement de champ excitateur par le trans formateur auxiliaire 16 lorsque le bras de con tact 27 remonte vers le point 41, tandis qu'un effet différentiel se présente au delà de ce point 41, ce qui correspond à la condition de fonctionnement entre la régénération et l'ac- cPlération. Cette condition a lieu généralement,
à une vitesse relativement basse de la ma chine et se présente pendant l'ensemble de la période de ralentissement, par exemple, quand le véhicule monte une pente pendant la pé riode de régénération, ce qui absorbera une partie de l'énergie cinétique du véhicule et exigera l'application de courant d'accélération pour le maintenir en marche.
En se référant maintenant au diagramme (les courbes de la fig. 3, clans lequel les ordon nées représentent des vitesses et les abscisses les efforts de retardation, les lignes pointillées qui. convergent toutes vers la ligne de vitesse zéro représentent les courbes caractéristiques pour les torques aux vitesses ordinaires, qui seront obtenues pendant le fonctionnement d'un moteur-série < l. courant alternatif sans l'emploi du relais de . facteur de puissance et du transformateur d'excitation auxiliaire 16.
Les lignes en traits mixtes représentent les courbes caractéristiques des torques aux vi tesses ordinaires, toutes convergentes vers l'ori gine 0, qui s'obtiennent par l'emploi du re lais de facteur de puissance seul.
On remar quera que, dans le cas de fonctionnement à vitesse élevée conformément à ces dernière courbes. une variation relativement faible dans le torque produit un changement de vi tesse relativement grand. Cependant, en em- ployant le transformateur d'excitation auxi liaire 16, corjointemeni;
< avec le relais de fac teur de puissance, les différentes courbes de-, torques aux vitesses différentes seront apla ties ou rabattues comme indiqué par les cour bes en traits pleins.
ce changement se mani- festaici par suite dir changement clans 1'an@le du voltage de champ excitateur. représenté par le vecteur o c en fig. 2 et, par suite, de la, variation du tordue en\ régénération.
Dans la. variante de la fig. -l, les con nexions de circuits sont senibIallle celles de la fi.,,. 1. sain' pour ce qui concerne les cir cuits du convertisseur de phase. dont l'un est établi d'un point intermédiaire 50 du trans formateur principal 1 par l'enroulement pri maire 10 à la pièce de contact.
mobile 35, tan dis que l'autre circuit (lu convertisseur de phase est établi d'un second point intermé diaire 51 du transformateur principal 1 par les enroulements secondaires 11 et 30 du con vertisseur de phase et du transformateur d'excitation auxiliaire, respectivement, et l'en roulement de champ excitateur 6 à la pièce de contact mobile 35.
Dans ce cas, l'enroulement de champ 6 est inversé par rapport à l'installation de la<U>fi-.</U> 1 et la pièce de contact mobile 35 est graduelle ment déplacée vers la borne extérieure de l'en roulement du transformateur d'alimentation 1, comme indiqué par la flèche en pointillé.
Par conséquent, le voltage du convertis seur de phase est amené à, varier simultané ment avec la. variation sus-décrite dans la phase du voltage de champ excitateur, par l'intermédiaire de la pièce de contact mobile 35. Le voltage secondaire du convertisseur de phare et le voltage du transformateur d'ali mentation qui y est ajouté atteignent ainsi simultanément des valeurs maxima correspon dant à une vitesse relativement basse de la machine..
Single-phase alternating current switch motor control installation. The present invention relates to a control installation for motors with switch for single-phase alternating current, for electric traction, arranged to be able to operate in regenerative braking with a phase converter having several windings, one of which is connected in line. series with the exciter field winding - of the motor, while another is connected to a main power transformer to which the motor can return energy in regeneration operation.
This installation has the peculiarity that it still comprises an auxiliary transformer having its secondary winding connected in circuit with the excitation field winding of the motor and its primary winding subjected to a variable excitation from the transformer. power supply depending on the voltage relations between. the windings of the phase converter and of the armature current of the motor.
This variable excitation can be achieved by means of an inductive relay having stator windings excited from the windings of the phase converter 'and a rotor winding excited in dependence on the armature current' of the motor, this relay capable of acting to vary the connection point of the primary winding of the auxiliary transformer with the main transformer.
In the accompanying drawing, given by way of example: FIG. 1 shows the diagram of an embodiment of the object of the invention; Fig. 2 gives a vector diagram illustrating the phase relationships of the various voltages and currents obtained during the operation of the installation of FIG. 1; Fig. 3 gives a diagram of curves which will be discussed later; Fig. 4 shows the diagram of another embodiment.
The electric power plant shown in fig. 1 comprises a main power transformer, secondary-winding 1, having two sets of sockets 2, 3 near its ends, then a single-phase AC motor 4 of the series type, having a winding of armature with switch 5, an exciter or main field winding 6 and an inductor or auxiliary field winding 7, then a rotary phase converter 9 to cause, together with the machine-series 4, a regenerative operation, a power factor release 15 to maintain automatically a constant power factor in the machine,
as will be seen later, and an auxiliary field exciter transformer 16 to drive the excitation field voltage.
If desired, an additional switching field winding can be provided, its connection preferably being made through a small bypass autotransformer on a portion of the main transformer winding 1, eg 8.
The phase converter 9 is of the two-phase type and has two separate stator windings 10, 11 arranged in quadrature relation and a rotor winding 12 which is the common squirrel-cage type; but could also be excited by continuous current.
(3n understands, without detailed explanation, that whenever the primary or motor stator winding 10 of the phase converter is energized from the supply transformer 1, it occurs in the secondary winding or generator 11, a secondary voltage in quadrature relation to the voltage of the primary winding 10 and of a value depending on the relative numbers of turns of the two in bearings.
By adding to the secondary voltage of the phase converter a component varying in quadrature relation to the voltage of the supply circuit, the phase shift angle of the exciting field voltage with respect to the electromotive force of the supply circuit is brought about. to be varied to allow operation in regeneration. If desired, a switch type phase converter could also be employed.
The power factor relay 15 is an induction motor type having two separate stator windings in quadrature relation 20, 21 which are energized by drawing the windings 10, 11 of corresponding phase relation of the phase converter and a rotor 22 having a single-phase field winding 23 which is excited from the secondary winding of a series transformer 24. This is excited from a conductor 25 which conducts the armature current of the machine 4 working in regeneration.
The rotor 22 of the power factor relay is connected to a small drum 26, the shaft of which carries a contact arm 27 arranged to cooperate with the sockets 2 of the main transformer bearing 1. This construction does not is given only as a diagram. In reality and preferably, the drum carries a set of contact segments in cooperation with contact fingers to control individual circuit closers on the main transformer winding 1.
The following considerations serve to explain the effect of the power factor relay to maintain any predetermined power factor in machine 4 working in regeneration. Excitation of the relay rotor gives rise to a pulsating single-phase field flux in the rotor, which is subjected to a pulsating torque by the rotating stator flux caused by the windings in quadrature relation 20, 21 and the rotor will take on a position corresponding to the maximum twisted rle point which occurs when the rotor flux reaches a maximum value and is in phase with the rotating stator flux.
As the position in space of the stator flux, at the moment when the flux of the rotor reaches this maximum value, varies with the change in the phase shift angle that the armature current makes with the vol tage chi feed circuit, it follows that the mechanical position of the rotor varies by a similar length in relation to this angle.
1) e more. as the angular relation of the flux to the rotating stator is constant and is directly dependent on the voltage of the supply circuit, it is seen that the position of the rotor of the power factor relay will constantly indicate the phase shift angle between the current d 'armature and power circuit voltage, or in other words, the position of the rotor varies with the change in the power factor of the main machine and can be used from there.
indicated manner, i.e. to actuate the contact arm 27 so as to increase or decrease the voltage applied to the armature 5 of the regenerating machine and thereby maintain the phase shift angle or the desired power factor. If the power factor tends to lag behind the desired value, the power factor relay is actuated to decrease the vol tage applied to the main armature circuit, while if the power factor tends to advance, the power factor main armature voltage will be increased.
By modifying the mechanical position of the arm (contact 27 with respect to the electrical relations of the stator and rotor windings of the power factor relay, the power factor, which one wishes to keep constant, can be chosen in advance, as we understand without further.
The power factor relay operates correctly regardless of the load on the main machine. The reasons are as follows. The working torque of the relay is proportional to the maximum values of the stator and rotor fluxes and the stator flux, which is constant, can be made the predominant factor. In this way, the relay will take positions independently of the spring acting in opposition to the torque.
The auxiliary excitation transformer 1 C has its secondary winding 30 connected in 4rie with the secondary winding 11 of the phase converter and with the winding <B> (the </B> exciter field 6. We will see the The primary winding 31 of said auxiliary transformer is branched off on a small section of the winding of the supply transformer 1, which is caused to vary depending on the setting of the power factor. , i.e. with the movements of the power factor 15 relay.
Damage to the power factor relay is not to be expected as a result of a large increase in the main armature current, since the 24-series transformer is calculated to be saturated at the manifestation of 'an overload current and therefore there is little effect on the rotor of the power factor relay 15 in the event of a large increase in the main armature current.
If, at. Alternatively, it is desired to keep the armature current in phase with the field current, this result can be accomplished by connecting the stator windings of the shunt power factor relay to the field winding. exciter 6 and a section of the power supply transformer winding 1, respectively.
By examining the connections shown in regenerative operation, it will be seen that an intermediate point 3 $ of the supply transformer winding 1 is connected to a terminal of the main armature winding 5, the circuit being closed by the armature, the field coil 7, the conductor 25. the contact arm 27 of the power factor relay 15 and one of the sockets 2 on the lower section of the transformer coil main 1.
Another main circuit is established from the upper terminal 33 of the supply transformer by the secondary winding 30 called the auxiliary excitation transformer 16, the secondary winding 11 of the phase converter 9, the excitation field winding 6 of the regenerating machine, the conductor 34 and the manually operated movable contact piece 35 to one of the current pieces 3 of the main transformer winding 1.
Yet another circuit is established from the uppermost of the sockets 2, designated by 36, by the conductor 37, the primary stator winding 10 of the phase converter and the conductor 38, at 1a. lowest enclosed socket 2, designated 39, An auxiliary circuit is established from an intermediate point 41 of the lower section of the supply transformer winding through the primary winding 31 of the auxiliary excitation transformer 16 to the main armature conductor 25.
The excitation of the primary transformer winding 31, and hence the voltage induced in the circuit of the exciting field winding, in addition to that realized by the secondary winding 11 of the phase converter and the Winding section of the power transformer between terminals 33 and 35, is proportional to the variations in armature vol tage, as produced by the power factor relay 15.
In summary, the main armature 5 is shunted on an automatically variable section of the supply transformer winding 1, while the primary stator winding 10 of the phase converter 9 is permanently shunted on a different section of said power transformer winding.
The exciting field winding 6 is subjected to the application of the resultant of three voltages, namely that produced by the secondary stator winding 11 of the phase converter, that supplied by the active upper section of the supply transformer, depending of the particular current outlet 3 which is used, and that induced in the circuit of the rolling field by the auxiliary excitation transformer 16.
The magnitudes of the vector diagram of fig. 2 have the following meanings: o-a = to the supply circuit voltage applied to the motor or primary winding 10 of the phase converter; o-b = an voltage in quadrature relation generated d at the terminals of the generator or secondary winding 11 of the phase converter;
bc = to the voltage across the section of the main transformer which is connected in series with the generator winding 11 of the phase converter, i.e. the upper section of the main transformer winding between terminal 33 and one of the sockets 3; o-c = the resultant of the quadrature voltages o-b and b-c, which is applied to the exciting field winding 6 of the regenerating machine;
F = the phase shift angle between the vol tage of the exciter field and the voltage of the supply circuit, angle which may be caused to vary in order to vary the tor due or tractor force of the. machine in re-generation; o-d = to the quadrature current which is generated in the exciting field winding by the voltage o-c; o-e - to the flux produced in the air gap of the machine by the exciting field current o-d;
o-f - to the counter-electromotive force which is generated in the armature 5 as a result of the conductors of the induction cutting the flow o-e when the armature is controlled by an external force, which in. the case of operation in regeneration, is the moment of inertia of the engine and the vehicle; o-g - to the voltage across the section of the main transformer winding, l to which the armature 5 is connected; f-g - to. the vector difference between the.
counter-electromotive force or induced voltage o-f - and the voltage of the supply circuit o-g. When the armature is operatively connected to the main transformer winding, the vector f-g represents the impedance drop across the circuit. This drop in impedance is composed (the f-h, which.
is equivalent to the drop in resistance in the armature circuit, the armature current f-iii, being in phase with this vector, and a drop (the reactance gl ?. <I> at </I> angle right in relation to the.
drop in resistance <I> f </I> h. Therefore, / - -I. - <t 1a resistance drop in the armature uirvuit; g-1, = at the drop in reactance. in the armature circuit, and j '-, ïe = to the total armature current;
f-n. - to the component of the induction current which is displaced by 180 out of phase with the exciting field current od and is obtained by means of the total induction current vector fm by drawing a perpendicular in n on the vector of field current o <I> cl. </I> As the -product of the armature current and the field flux, also taking into account their angular relationship, gives a measurement for the torque in regenerative operation, it it follows that the product of the vectors <I> f </I> na and oe gives at all times this measure,
that is, it is always proportional to the twist in regeneration operation; A - the phase angle between the armature current and the supply circuit voltage. This angle is made to vary automatically by the grazing factor relay 15 to maintain there. a certain phase angle between the vector of the induction current f 7n and the voltage of the power supply circuit o g, or in other words, to maintain a predetermined power factor.
In fig. 2, the vectors <I> f m. </I> and o g are shown as being parallel to each other corresponding to a 100% power factor, which will generally be required for operation.
By moving the movable contact piece 35 in the direction of the dotted arrow (fig. 1) along the sockets 3, during regenerative operation, the vector bc representing the voltage of the upper active section of the transformer winding. principal 1 is caused to vary in length to correspondingly change the direction of the exciting field voltage vector o c, or in other words, to change the angle F.
the direction of the current vector rl- eliamp o d is changed in a correct way @ hnrilante and, therefore, the product of the 1, - teiirs <I> / '</I> J? and o, <I> e </I> which, as mentioned above, represents the torque in regenerative operation, is changed in a corresponding manner.
In this way, the torque in regenerative operation or braking torque of the vehicle on which the engine is mounted can easily be controlled by the mechanic by simply operating the movable contact piece 35, which will be suitably arranged in practice. In other words, the power of the braking torque is controlled manually by varying the angle between the exciter field voltage and the supply circuit voltage, which variation can be accomplished by changing the voltage component. which is connected in series with the secondary voltage of the phase converter.
This variation of the torque is, moreover, carried out independently of the speed of the machine in regeneration operation, the power factor relay automatically varying the input voltage as the speed changes. The power factor relay 15 automatically varies the voltage applied to the main armature circuit from the main transformer, i.e. it produces a change in the length of the og vector, which of a correspondingly, changes the direction of the armature current vector <I> fm </I> so as to change the angle <I> A </I> between the current and the voltage of the power supply circuit (vectors <I> fm </I> and og),
thereby controlling the power factor of the machine in regenerative operation as described above.
The mission and operation of the <B> 16 </B> auxiliary excitation transformer can be established as follows:, aute. As the speed of the machine in regenerative operation decreases during the slowing down period, the counter-electromotive force or voltage generated, represented by the vector gf, and, consequently, the armature current, vector f în, decrease.
The concomitant phase change of this current causes the power factor relay to change the armature circuit connection in a suitable direction to reduce the voltage applied to the indult, corresponding to the vector o g.
This change in the magnitude of the vector <I> o g </I> is reflected by the variation of the vector b c which represents the voltage of the. upper section of the transformer winding 1, which is fed into the circuit of the exciting field winding. This variation of the vector bc is manifested through the intermediary of the auxiliary excitation transformer 16 which imparts to the circuit of the excitation field winding a voltage in phase with the voltage of the supply transformer, either additively or differentially. ,
depending on the position of the contact arm 27 of the power factor relay with respect to the fixed point 41 of the main transformer, which point is linked to the primary winding 31 click on the auxiliary excitation transformer.
More specifically spoken, an additional <B> </B> voltage e-4 introduced into the circuit of the exciter field rolling by the auxiliary transformer 16 when the contact arm 27 goes up to point 41, while a differential effect occurs beyond this point 41, which corresponds to the operating condition between regeneration and acceleration. This condition usually takes place,
at a relatively low machine speed and occurs throughout the slowing down period, for example, when the vehicle is going up a slope during the regeneration period, which will absorb some of the kinetic energy of the vehicle and will require the application of acceleration current to keep it running.
Referring now to the diagram (the curves in fig. 3, in which the ordinates represent speeds and the abscissas the retardation forces, the dotted lines which all converge towards the zero speed line represent the characteristic curves for the torques at ordinary speeds, which will be obtained during operation of a series motor <1. alternating current without the use of the power factor relay and the auxiliary excitation transformer 16.
The dashed lines represent the characteristic curves of torques at ordinary speeds, all converging towards the origin 0, which are obtained by the use of the power factor relay alone.
It will be noted that, in the case of high speed operation in accordance with these latter curves. a relatively small variation in torque produces a relatively large change in speed. However, by employing the auxiliary excitation transformer 16, corjointemeni;
<with the power factor relay, the different torque curves at different speeds will be flattened or folded down as indicated by the solid lines.
this change will be manifested as a year-round change in the exciting field voltage. represented by the vector o c in fig. 2 and, consequently, of the variation of the twisted in \ regeneration.
In the. variant of fig. -l, the circuit connections are sensitive to those of the fi. ,,. 1. healthy with regard to the circuits of the phase converter. one of which is established from an intermediate point 50 of the main transformer 1 by the primary winding 10 to the contact piece.
mobile 35, say that the other circuit (the phase converter is established from a second intermediate point 51 of the main transformer 1 by the secondary windings 11 and 30 of the phase converter and the auxiliary excitation transformer, respectively , and the exciting field rolling 6 to the movable contact piece 35.
In this case, the field winding 6 is reversed with respect to the installation of the <U> fi-. </U> 1 and the movable contact piece 35 is gradually moved to the outer terminal of the en. power transformer bearing 1, as indicated by the dotted arrow.
Therefore, the voltage of the phase converter is made to vary simultaneously with the. above-described variation in the phase of the exciting field voltage, via the moving contact piece 35. The secondary voltage of the headlight converter and the voltage of the supply transformer added to it thus simultaneously reach values. maximum corresponding to a relatively low machine speed.