EP2460267A1 - Assembly comprising a switching system, synchronous machine, and variable-speed drive - Google Patents

Assembly comprising a switching system, synchronous machine, and variable-speed drive

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Publication number
EP2460267A1
EP2460267A1 EP10745420A EP10745420A EP2460267A1 EP 2460267 A1 EP2460267 A1 EP 2460267A1 EP 10745420 A EP10745420 A EP 10745420A EP 10745420 A EP10745420 A EP 10745420A EP 2460267 A1 EP2460267 A1 EP 2460267A1
Authority
EP
European Patent Office
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winding
machine
electric winding
main
network
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10745420A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dominique Condamin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moteurs Leroy Somer SA
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moteurs Leroy Somer SA filed Critical Moteurs Leroy Somer SA
Publication of EP2460267A1 publication Critical patent/EP2460267A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • H02P1/52—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor by progressive increase of frequency of supply to motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/005—Arrangements for controlling doubly fed motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/07—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings
    • H02P2207/073—Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings wherein only one converter is used, the other windings being supplied without converter, e.g. doubly-fed induction machines

Definitions

  • the present invention relates to an assembly comprising a frequency converter, a synchronous electric machine and an associated switching system.
  • the object of the invention is to be able to use a synchronous machine with permanent magnets by connecting it directly to the electrical network.
  • the invention applies more particularly but not exclusively
  • US 5,229,251 and UQS 5,528,804 disclose electrical machines having a wound rotor and a stator having a main electrical winding and an additional electric winding, the latter being fed via a frequency converter. These electrical machines are generators of "doubly fed" type with an asynchronous machine rotor and are very different from synchronous machines whose rotor comprises permanent magnets.
  • the invention aims to further improve the synchronous machines and their power supply systems.
  • the invention aims in particular to produce a synchronous machine whose performance is relatively unaffected by network voltage variations. electric or by load variations, and can be brought to a speed allowing it to be electrically connected to the power grid in a relatively simple and inexpensive way.
  • the invention aims to meet this need and it achieves, in one of its aspects, through a set comprising:
  • a synchronous electric machine having a rotor and a stator, and a switching system configured to electrically connect the synchronous electric machine to an electrical network
  • stator comprising a main electrical winding connected to the switching system so as to be supplied directly by the network and an auxiliary electric winding connected to the frequency converter,
  • the switching system being arranged to connect the main electrical winding to the network when the voltage, frequency and / or phase of the main electric winding are compatible with the mains power supply of the main winding.
  • supplied by the network means the configuration in which the main electrical winding is directly connected to the electrical network, by the sole intermediary of the switching system.
  • the synchronous machine can be started by modifying the frequency and the voltage applied to the auxiliary electric winding by the frequency converter, for example in a progressive manner.
  • the motor is thus powered as a traditional synchronous machine during the start-up phase.
  • the nominal power of the frequency converter may be between 1% and 50% of the nominal power of the synchronous machine, for example being equal to about 25% of the nominal power of the synchronous machine.
  • the frequency converter used can thus provide only a reduced power, which reduces its cost and its size compared to a solution where the motor is supplied entirely by a drive.
  • the switching system may have a configuration in which the auxiliary electric winding is electrically powered by the frequency converter when the main electric winding is connected to the power grid.
  • the frequency converter can be configured to adjust the auxiliary electric winding current in the direct electrical axis of the machine and / or in the quadrature electrical axis of the machine when the main electrical winding is supplied by the network. .
  • the main electric winding and the auxiliary electric winding can be wound so as to be electrically independent.
  • the stator may have a plurality of notches and the main electrical winding and the auxiliary electric winding may be received in different notches. Alternatively, the main electric winding and the auxiliary electric winding are received at least in part in the same notches. Each slot receiving electrical conductors of the main electrical winding can thus receive electrical conductors of the auxiliary electric winding.
  • the main electric winding and the auxiliary electric winding can be separated in the notch, which can create a leakage flow between said windings and thus facilitate the drive control.
  • These leakage flows can also be created on the coil heads or at any other location, even outside the windings by auxiliary devices such as, but not limited to, ferrite cores.
  • the auxiliary electric winding can be dimensioned so that it has a voltage compatible with that of the inverter supplied by the same network as the main electric winding.
  • the synchronous machine and the frequency converter are for example polyphase, in particular three-phase.
  • the voltage of the auxiliary electric winding is for example between 80% and 100% of the voltage of the main electric winding.
  • the main electric winding and the auxiliary electric winding of the stator of the synchronous machine may comprise a different number of phases, the main electric winding being for example single-phase and the auxiliary electric winding being three-phase.
  • the synchronous machine may comprise a rotor with permanent magnets. These permanent magnets are used to generate an induction flux in the air gap of the machine, said flux interacting with the stator in particular during operation in conditions nominal machine.
  • the permanent magnets of the rotor are, for example, different from ignition magnets.
  • the synchronous machine may be a radial induction flow machine or alternatively an axial induction flow machine with an internal or external rotor.
  • the synchronous machine may be a synchro-reluctant machine, having a rotor with high saliency and having no or few magnets and being configured so that the stator field rotates at the stator as for a traditional synchronous machine.
  • the nominal power of the synchronous machine can be arbitrary, being for example between IkW and several MW.
  • the synchronous machine is preferably a synchronous machine requiring only a low torque to reach the synchronous speed on the network, for example: an air or refrigeration compressor, a pump or ventilation system whose loading is progressive, or a machine capable of starting empty and being loaded after starting, such as a grinder, a mixer, a chopper, a sieve or a kneader.
  • the machine is loaded when placed in contact with a product intended to be ground, mixed, chopped, screened or kneaded, respectively.
  • the machine can be connected to a load via a mechanical member such as a hydraulic or centrifugal coupler, a clutch for example.
  • the synchronous machine can constitute a motor and the frequency converter can be configured to bring the voltage, the frequency and / or the phase of the main electric winding to values compatible with a supply of the main electric winding by the electrical network. .
  • the voltage compatible with the power supply by the electrical network is for example between 95 and 105% of the network voltage.
  • the frequency compatible with the power supply by the electrical network is for example that of the network + or - IHz.
  • the phase compatible with the supply by the electrical network is + or - 10 ° with respect to the phase of the network.
  • the synchronous machine is a generator that requires no or little electrical energy from the network to reach its nominal speed.
  • Another aspect of the invention is a method of controlling a synchronous electric machine electrically connected to an electrical network via a switching system, in which:
  • an electrical auxiliary winding of the stator of the machine is electrically connected to a frequency converter and the switching system is acted on to connect a main electrical winding of the stator of the synchronous machine to the electrical network when the voltage, frequency and / or phase of the main electric winding have values compatible with the power supply of the main winding by the network.
  • the synchronous machine can be started by supplying the auxiliary electric winding with the frequency converter.
  • the auxiliary electric winding of the stator may continue to be electrically powered by the frequency converter when the main electric winding is connected to the electrical network, the speed of rotation of the machine being compatible with the power supply of the electric winding. by the network.
  • the method may include the step of acting on the frequency converter to adjust the induction flow in the direct electrical axis of the machine when the main electrical winding is supplied by the network.
  • This adjustment can be made by injecting a current into the auxiliary electrical winding in the direct axis (in the sense of the Park transform) of the machine.
  • This adjustment makes it possible to adjust the power factor of the machine and / or to make it work at its optimum operating point from the point of view of yield, for example, or of the reactive energy taken or supplied to the network.
  • the method may also or alternatively include the step of acting on the frequency converter to adjust the current of the auxiliary electric winding in the quadrature electrical axis of the machine when the main winding is powered by the network.
  • This adjustment makes it possible in particular to distribute the contributing currents to the torque of the machine in the main electric winding and the electrically auxiliary winding and to reduce its heating and / or improve the overall efficiency of the system.
  • the contribution to currents in the direct or quadrature axis depends in particular on the capacitances of the frequency converter chosen.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method of using a synchronous electric machine, in which:
  • the synchronous machine is started according to the above method, the synchronous machine operating at reduced torque or at a vacuum during this starting and,
  • the synchronous machine is loaded after the main electrical winding of the stator of the synchronous machine has been connected to the electrical network.
  • Such a method can make it possible to reduce the torque necessary for the acceleration of the synchronous machine to a speed of rotation compatible with the supply of the main winding by the network.
  • the synchronous machine is for example a compressor, a pump or a ventilation system and, when starting the machine, the fluid undergoes a slight loss of load, and then once the main electrical winding of the stator of the synchronous machine connected the electrical network, the fluid path is changed so that the fluid output of the synchronous machine undergoes a greater pressure drop.
  • FIG. 1 schematically represents an overall example according to the invention
  • FIG. 2 is a view in axial section of a synchronous machine according to an example of implementation of the invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a synchronous machine according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 4 schematically represents a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an example of assembly 1 according to the invention.
  • This set 1 comprises a synchronous machine 2, a frequency converter 3 and a switching system 4.
  • the frequency converter 3 and the switching system 4 are both electrically connected to a network 100.
  • This is for example a three-phase industrial electrical network delivering a voltage of 400 V between phases at a frequency of 50 Hz.
  • the frequency of the electrical network can alternatively be 60 Hz and the voltage between phases can be different or equal to 400 V depending on the power grid considered.
  • This voltage can correspond to the voltage of all the electrical networks of the world.
  • FIGS. 2 and 3 synchronous machines 2 according to examples of implementation of the invention.
  • the synchronous machine 2 may be a three-phase synchronous motor.
  • the motor 2 for example has a nominal power of between IkW and several kW, or even several MW.
  • the synchronous motor 2 may comprise any number of pairs of poles for example two, four, six or eight poles.
  • the synchronous motor 2 extends along an axis of rotation X and comprises a stator
  • stator 5 and the rotor 6 are concentric, the induction flux in the motor being radial, but the invention is not limited to such an example.
  • the synchronous motor 2 is discoidal, the induction flux then being axial.
  • the motor 2 has an internal rotor, the rotor 6 being surrounded by the stator 5, but in non-illustrated examples the motor has an external rotor.
  • the motor 2 has a shaft 7, which can be monolithic.
  • This shaft 7 is, in the example of Figure 2, mounted in the housing 8 of the machine on two bearings 9 carried by the front and rear flanges 10a and 10b. At least one of the front and rear flanges 10a and 10b may have a central opening 12 through which the shaft 7 extends outside the casing 8.
  • the stator 5 comprises in the example described a packet of magnetic sheets 15, visible in Figure 3, on which are wound a main electric winding 16 and an auxiliary electric winding 17, independent.
  • the magnetic sheet package 15 comprises a series of notches 18.
  • the main and auxiliary electrical windings 16 and 17 may be received in different notches 18. Alternatively, some notches 18 only receive at a time the main electric winding 16 and the auxiliary winding 17. In another variant, each notch 18 receiving the main electric winding 16 also receives the auxiliary electric winding 17.
  • shims 21 can separate the main electric winding 16 and the auxiliary electric winding 17.
  • the main electrical winding 16 and the auxiliary electric winding 17 may be distributed windings or alternatively concentrated windings (that is to say wound on teeth).
  • the ratio between the size of the auxiliary electric winding 17 and the size of the main electric winding 16 is for example between 10% and 100%, being in particular between 10% and 50%, better still between 25% and 40%.
  • the rotor 6 of the synchronous motor 2 comprises in the example described permanent magnets 20 which may be magnets arranged on the surface, with or without poles between the magnets, or even buried magnets, arranged in the rotor radially or otherwise.
  • the rotor 6 is for example flux concentration.
  • the frequency converter 3 may have a rated power of between 1 and 50% of the nominal power of the synchronous motor 2.
  • the nominal power of the frequency converter 3 is for example equal to about 25% of the nominal power of the synchronous motor 2.
  • the frequency converter is for example housed in a housing fixed on the housing 8 of the synchronous motor 2
  • the frequency converter is electrically powered by the electrical network 100, being electrically connected to the auxiliary winding 17 of the synchronous motor 2.
  • the switching system 3 makes it possible to connect the main electric winding 16 of the stator 6 of the synchronous motor 2 to the electrical network 100.
  • the switching system 5 comprises switches 19 which may be electromechanical relays or electronic components such as power transistors.
  • the switching system may comprise a speed and / or position sensor measuring the speed of rotation of the motor and a control circuit controlling the switches 19 in the open or closed position depending on whether the electric winding main 16 has a voltage, a frequency and / or a phase close to the voltage, the frequency and / or the phase of the network 100.
  • a speed and / or position sensor measuring the speed of rotation of the motor
  • a control circuit controlling the switches 19 in the open or closed position depending on whether the electric winding main 16 has a voltage, a frequency and / or a phase close to the voltage, the frequency and / or the phase of the network 100.
  • the auxiliary electric winding 17 of the stator 5 is supplied by the frequency converter 3.
  • the switches 19 of the switching system 4 are open, so that the main electric winding 16 of the stator 5 is not electrically powered by the industrial network.
  • the drive adjusts the current in the auxiliary electric winding 17 so that the voltage, the frequency and / or the phase of the main electric winding 16 is as close as possible to the voltage, the frequency and phase of the electrical network 100, being in particular equal to + or -2.5% of the voltage and the frequency and + or - 10 ° of the phase of the network.
  • the switches 19 of the switching system 5 are automatically closed during a step 52 from which the main electrical winding 16 of the stator 5 of the synchronous motor 2 is connected to the network and thus electrically powered by the electrical network 100.
  • the auxiliary electric winding 17 of the stator 5 of the synchronous motor 2 can remain powered by the frequency converter 3.
  • the current delivered by the frequency converter 3 can be varied to the auxiliary electric winding 17 so as to optimize the operation of the synchronous motor 2, while the main electric winding 16 is connected to the electrical network 100. It is thus possible to improve the power factor of the synchronous motor and / or its efficiency.
  • the induction flux of the machine can be adjusted in the direct axis (in the sense of the Park transform) by injecting a current into the auxiliary electric winding 17 in the electrical axis. direct.
  • step 53 it is also possible or alternatively, during this step 53, to adjust the current of the auxiliary electric winding 17 in the electric axis in quadrature.
  • the invention applies more particularly to synchronous machines requiring to achieve the nominal speed only a low torque, for example air compressors or refrigerators, pump or ventilation systems or machines likely to start empty. and being loaded after starting, such as grinders, mixers, choppers, sieves or kneaders.
  • FIG. 5 shows an example of application of the invention to an air conditioning system 200 comprising a compressor 201 comprising a synchronous motor as described above and a loop 202 comprising a controllable valve 203.
  • valve 203 When starting the synchronous motor, the valve 203 is open, so that the fluid flows in the loop 202 without significant pressure drop.
  • a control unit which is for example integrated in the drive or is alternatively an independent component 205, detects that the voltage and the phase of the main electrical winding 16 are close to the voltage and the phase of the network, it triggers the switching system 4 which causes the supply of the main electrical winding of the stator of the synchronous machine by the electrical network then gives the closing order to the valve 203 so that the fluid circulates in the circuit provided .
  • An assembly according to the invention can also be used to drive a rotating electrical machine, the synchronous motor driving said machine being connected thereto via a clutch in the disengaged state when starting the synchronous motor and then in the once engaged state. mains supply of the main winding carried out.
  • An assembly according to the invention also applies to generators that do not need electrical energy to start up to their nominal speed, the inverter can be used initially to adjust the parameters of the machine in such a way that the main electric winding 16 has a voltage, a frequency and a phase close to the voltage, the frequency and the phase of the network 100, then, once the main winding is connected, to adjust the power factor parameters and machine performance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The present invention relates to an assembly, comprising: a variable-frequency drive (3); a synchronous electric machine (2) comprising a rotor and a stator; and a switching system (4) configured so as to electrically connect the synchronous electric machine (2) to a power grid (100), the stator comprising a main electrical winding (16) connected to the switching system such that power is supplied thereto by the grid (100), and an auxiliary electrical winding (17) connected to a variable-frequency drive (3), the switching system (4) being arranged so as to connect the main electrical winding (16) to the grid (100) when said winding has a voltage, frequency, and/or phase close to the voltage, frequency, and/or phase of the grid (100).

Description

ENSEMBLE COMPORTANT UN SYSTEME DE COMMUTATION,  ASSEMBLY COMPRISING A SWITCHING SYSTEM,
UNE MACHINE SYNCHRONE ET UN VARIATEUR  A SYNCHRONOUS MACHINE AND A VARIATOR
La présente invention a pour objet un ensemble comportant un variateur de fréquence, une machine électrique synchrone et un système de commutation associé.  The present invention relates to an assembly comprising a frequency converter, a synchronous electric machine and an associated switching system.
L'invention vise à pouvoir utiliser une machine synchrone à aimants permanents en la reliant directement au réseau électrique.  The object of the invention is to be able to use a synchronous machine with permanent magnets by connecting it directly to the electrical network.
L'invention s'applique plus particulièrement mais non exclusivement The invention applies more particularly but not exclusively
- aux machines synchrones ne nécessitant pour parvenir à leur vitesse nominale qu'un couple relativement faible, par exemple celles entraînant un élément dont la mise en charge peut s'effectuer une fois cette vitesse nominale atteinte, synchronous machines requiring only a relatively low torque to reach their nominal speed, for example those involving an element that can be loaded once this nominal speed has been reached,
- aux machines synchrones entraînées, par exemple des générateurs, qui peuvent atteindre leur vitesse nominale sans nécessité de prendre leur énergie sur le réseau électrique.  - synchronous machines driven, for example generators, which can reach their nominal speed without the need to take their energy on the power grid.
Il est connu, par exemple de l'ouvrage de Jacek F. GIERAS et Mitchell WING « Permanent magnet motor technology », de démarrer une machine synchrone en utilisant une machine asynchrone comme lanceur, pour amener la machine synchrone à une vitesse proche de la vitesse de synchronisme, lui permettant d'être alimentée ensuite directement par le réseau électrique. Une telle solution nécessite la présence d'une machine asynchrone, ce qui peut accroître le coût et/ou l'encombrement.  It is known, for example from the work of Jacek F. GIERAS and Mitchell WING "Permanent magnet motor technology", to start a synchronous machine using an asynchronous machine as a launcher, to bring the synchronous machine to a speed close to the speed synchronism, allowing it to be fed directly by the power grid. Such a solution requires the presence of an asynchronous machine, which can increase the cost and / or bulk.
Une autre solution, connue par exemple de la demande US 2003/0071533, consiste à rendre une machine asynchrone synchronisable en réalisant le rotor à la fois avec une cage d'écureuil et des aimants. Néanmoins, les performances d'une telle machine ne sont pas entièrement satisfaisantes, notamment quand la tension du réseau ou la charge varie.  Another solution, known for example from the application US 2003/0071533, is to make an asynchronous machine synchronizable by performing the rotor with both a squirrel cage and magnets. However, the performance of such a machine is not entirely satisfactory, especially when the network voltage or load varies.
Les brevets US 5 239 251 et UQS 5 528 804 divulguent des machines électriques ayant un rotor bobiné et un stator ayant un enroulement électrique principal et un enroulement électrique additionnel, ce dernier étant alimenté via un variateur de fréquence. Ces machines électriques constituent des génératrices de type « doubly fed » avec un rotor de machine asynchrone et sont très différentes des machines synchrones dont le rotor comporte des aimants permanents.  US 5,229,251 and UQS 5,528,804 disclose electrical machines having a wound rotor and a stator having a main electrical winding and an additional electric winding, the latter being fed via a frequency converter. These electrical machines are generators of "doubly fed" type with an asynchronous machine rotor and are very different from synchronous machines whose rotor comprises permanent magnets.
L'invention vise à perfectionner encore les machines synchrones et leurs systèmes d'alimentation électrique.  The invention aims to further improve the synchronous machines and their power supply systems.
L'invention vise notamment à réaliser une machine synchrone dont les performances soient relativement peu affectées par des variations de tension du réseau électrique ou par des variations de charge, et qui puisse être amenée à une vitesse lui permettant d'être reliée électriquement au réseau électrique d'une façon relativement simple et peu coûteuse. The invention aims in particular to produce a synchronous machine whose performance is relatively unaffected by network voltage variations. electric or by load variations, and can be brought to a speed allowing it to be electrically connected to the power grid in a relatively simple and inexpensive way.
L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un ensemble comportant :  The invention aims to meet this need and it achieves, in one of its aspects, through a set comprising:
un variateur de fréquence,  a frequency converter,
une machine électrique synchrone comportant un rotor et un stator, et un système de commutation configuré pour relier électriquement la machine électrique synchrone à un réseau électrique,  a synchronous electric machine having a rotor and a stator, and a switching system configured to electrically connect the synchronous electric machine to an electrical network,
le stator comportant un enroulement électrique principal relié au système de commutation de façon à être alimenté directement par le réseau et un enroulement électrique auxiliaire relié au variateur de fréquence, the stator comprising a main electrical winding connected to the switching system so as to be supplied directly by the network and an auxiliary electric winding connected to the frequency converter,
le système de commutation étant agencé pour connecter l'enroulement électrique principal au réseau lorsque la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal sont compatibles avec l'alimentation de l'enroulement électrique principal par le réseau. the switching system being arranged to connect the main electrical winding to the network when the voltage, frequency and / or phase of the main electric winding are compatible with the mains power supply of the main winding.
Par « alimenté par le réseau, relié au réseau ou connecté au réseau », on désigne la configuration dans laquelle l'enroulement électrique principal est directement relié au réseau électrique, par le seul intermédiaire du système de commutation.  By "supplied by the network, connected to the network or connected to the network" means the configuration in which the main electrical winding is directly connected to the electrical network, by the sole intermediary of the switching system.
Grâce à l'invention, le démarrage de la machine synchrone peut se faire en modifiant la fréquence et la tension appliquée à l'enroulement électrique auxiliaire par le variateur de fréquence, par exemple de façon progressive. Le moteur est ainsi alimenté comme une machine synchrone traditionnelle pendant la phase de démarrage.  Thanks to the invention, the synchronous machine can be started by modifying the frequency and the voltage applied to the auxiliary electric winding by the frequency converter, for example in a progressive manner. The motor is thus powered as a traditional synchronous machine during the start-up phase.
La puissance nominale du variateur de fréquence peut être comprise entre 1% et 50 % de la puissance nominale de la machine synchrone, étant par exemple égale à 25 % environ de la puissance nominale de la machine synchrone. Le variateur de fréquence utilisé peut ainsi ne fournir qu'une puissance réduite, ce qui réduit son coût et son encombrement par rapport à une solution où le moteur est alimenté en totalité par un variateur.  The nominal power of the frequency converter may be between 1% and 50% of the nominal power of the synchronous machine, for example being equal to about 25% of the nominal power of the synchronous machine. The frequency converter used can thus provide only a reduced power, which reduces its cost and its size compared to a solution where the motor is supplied entirely by a drive.
Le système de commutation peut présenter une configuration dans laquelle l'enroulement électrique auxiliaire est électriquement alimenté par le variateur de fréquence lorsque l'enroulement électrique principal est connecté au réseau électrique. Le variateur de fréquence peut être configuré pour ajuster le courant de l'enroulement électrique auxiliaire dans l'axe électrique direct de la machine et/ou dans l'axe électrique en quadrature de la machine lorsque l'enroulement électrique principal est alimenté par le réseau. The switching system may have a configuration in which the auxiliary electric winding is electrically powered by the frequency converter when the main electric winding is connected to the power grid. The frequency converter can be configured to adjust the auxiliary electric winding current in the direct electrical axis of the machine and / or in the quadrature electrical axis of the machine when the main electrical winding is supplied by the network. .
L'enroulement électrique principal et l'enroulement électrique auxiliaire peuvent être bobinés de façon à être électriquement indépendants.  The main electric winding and the auxiliary electric winding can be wound so as to be electrically independent.
Le stator peut comporter une pluralité d'encoches et l'enroulement électrique principal et l'enroulement électrique auxiliaire peuvent être reçus dans des encoches différentes. En variante, l'enroulement électrique principal et l'enroulement électrique auxiliaire sont reçus au moins en partie dans les mêmes encoches. Chaque encoche recevant des conducteurs électriques de l'enroulement électrique principal peut ainsi recevoir des conducteurs électriques de l'enroulement électrique auxiliaire.  The stator may have a plurality of notches and the main electrical winding and the auxiliary electric winding may be received in different notches. Alternatively, the main electric winding and the auxiliary electric winding are received at least in part in the same notches. Each slot receiving electrical conductors of the main electrical winding can thus receive electrical conductors of the auxiliary electric winding.
L'enroulement électrique principal et l'enroulement électrique auxiliaire peuvent être séparés dans l'encoche, ce qui peut permettre de créer un flux de fuite entre lesdits enroulements et faciliter ainsi le pilotage du variateur. Ces flux de fuite peuvent aussi être créés sur les têtes de bobines ou à tout autre endroit, même en dehors des bobinages par des dispositifs auxiliaires comme, mais de façon non limitative, des tores de ferrites.  The main electric winding and the auxiliary electric winding can be separated in the notch, which can create a leakage flow between said windings and thus facilitate the drive control. These leakage flows can also be created on the coil heads or at any other location, even outside the windings by auxiliary devices such as, but not limited to, ferrite cores.
L'enroulement électrique auxiliaire peut être dimensionné de façon à ce qu'il ait une tension compatible avec celle du variateur alimenté par le même réseau que l'enroulement électrique principal.  The auxiliary electric winding can be dimensioned so that it has a voltage compatible with that of the inverter supplied by the same network as the main electric winding.
La machine synchrone et le variateur de fréquence sont par exemple polyphasés, notamment triphasés.  The synchronous machine and the frequency converter are for example polyphase, in particular three-phase.
La tension de l'enroulement électrique auxiliaire est par exemple comprise entre 80 % et 100 % de la tension de l'enroulement électrique principal.  The voltage of the auxiliary electric winding is for example between 80% and 100% of the voltage of the main electric winding.
L'enroulement électrique principal et l'enroulement électrique auxiliaire du stator de la machine synchrone peuvent comporter un nombre de phases différent, l'enroulement électrique principal étant par exemple monophasé et l'enroulement électrique auxiliaire étant triphasé.  The main electric winding and the auxiliary electric winding of the stator of the synchronous machine may comprise a different number of phases, the main electric winding being for example single-phase and the auxiliary electric winding being three-phase.
La machine synchrone peut comporter un rotor à aimants permanents. Ces aimants permanents servent à générer un flux d'induction dans l'entrefer de la machine, ledit flux interagissant avec le stator notamment lors du fonctionnement en conditions nominales de la machine. Les aimants permanents du rotor sont par exemple différents d'aimants d'amorçage. The synchronous machine may comprise a rotor with permanent magnets. These permanent magnets are used to generate an induction flux in the air gap of the machine, said flux interacting with the stator in particular during operation in conditions nominal machine. The permanent magnets of the rotor are, for example, different from ignition magnets.
La machine synchrone peut être une machine à flux d'induction radial ou en variante, à flux d'induction axial, à rotor intérieur ou extérieur.  The synchronous machine may be a radial induction flow machine or alternatively an axial induction flow machine with an internal or external rotor.
La machine synchrone peut être une machine synchro-réluctante, comportant un rotor avec une forte saillance et ne possédant pas ou peu d'aimants et étant configurée pour que le champ statorique tourne au stator comme pour une machine synchrone traditionnelle.  The synchronous machine may be a synchro-reluctant machine, having a rotor with high saliency and having no or few magnets and being configured so that the stator field rotates at the stator as for a traditional synchronous machine.
La puissance nominale de la machine synchrone peut être quelconque, étant par exemple comprise entre IkW et plusieurs MW.  The nominal power of the synchronous machine can be arbitrary, being for example between IkW and several MW.
La machine synchrone est de préférence une machine synchrone ne nécessitant pour parvenir à la vitesse de synchronisme sur réseau qu'un couple faible, par exemple : un compresseur d'air ou frigorifique, un système de pompe ou de ventilation dont la mise en charge est progressive, ou encore une machine susceptible de démarrer à vide et n'étant chargée qu'après avoir démarré, telle qu'un broyeur, un mixeur, un hachoir, un crible ou encore un pétrin. Dans de tels exemples, la machine est chargée lorsqu'on la met au contact d'un produit destiné à être respectivement broyé, mixé, haché, criblé ou pétri.  The synchronous machine is preferably a synchronous machine requiring only a low torque to reach the synchronous speed on the network, for example: an air or refrigeration compressor, a pump or ventilation system whose loading is progressive, or a machine capable of starting empty and being loaded after starting, such as a grinder, a mixer, a chopper, a sieve or a kneader. In such examples, the machine is loaded when placed in contact with a product intended to be ground, mixed, chopped, screened or kneaded, respectively.
La machine peut être connectée à une charge par l'intermédiaire d'un organe mécanique tel qu'un coupleur hydraulique ou centrifuge, un embrayage par exemple.  The machine can be connected to a load via a mechanical member such as a hydraulic or centrifugal coupler, a clutch for example.
La machine synchrone peut constituer un moteur et le variateur de fréquence peut être configuré pour amener la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal à des valeurs compatibles avec une alimentation de l'enroulement électrique principal par le réseau électrique.  The synchronous machine can constitute a motor and the frequency converter can be configured to bring the voltage, the frequency and / or the phase of the main electric winding to values compatible with a supply of the main electric winding by the electrical network. .
La tension compatible avec l'alimentation par le réseau électrique est par exemple comprise entre 95 et 105 % de la tension du réseau.  The voltage compatible with the power supply by the electrical network is for example between 95 and 105% of the network voltage.
La fréquence compatible avec l'alimentation par le réseau électrique est par exemple celle du réseau + ou - IHz.  The frequency compatible with the power supply by the electrical network is for example that of the network + or - IHz.
La phase compatible avec l'alimentation par le réseau électrique est à + ou - 10° par rapport à la phase du réseau.  The phase compatible with the supply by the electrical network is + or - 10 ° with respect to the phase of the network.
En variante, la machine synchrone est un générateur ne nécessitant pas ou peu d'énergie électrique du réseau pour atteindre sa vitesse nominale. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de contrôle d'une machine électrique synchrone reliée électriquement à un réseau électrique par l'intermédiaire d'un système de commutation, dans lequel : In a variant, the synchronous machine is a generator that requires no or little electrical energy from the network to reach its nominal speed. Another aspect of the invention is a method of controlling a synchronous electric machine electrically connected to an electrical network via a switching system, in which:
on démarre la machine synchrone, dont un enroulement électrique auxiliaire du stator de la machine est électriquement relié à un variateur de fréquence et, on agit sur le système de commutation pour connecter un enroulement électrique principal du stator de la machine synchrone au réseau électrique lorsque la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal présente(nt) des valeurs compatibles avec l'alimentation de l'enroulement principal par le réseau.  the synchronous machine is started, an electrical auxiliary winding of the stator of the machine is electrically connected to a frequency converter and the switching system is acted on to connect a main electrical winding of the stator of the synchronous machine to the electrical network when the voltage, frequency and / or phase of the main electric winding have values compatible with the power supply of the main winding by the network.
Le démarrage de la machine synchrone peut être effectué grâce à l'alimentation de l'enroulement électrique auxiliaire par le variateur de fréquence.  The synchronous machine can be started by supplying the auxiliary electric winding with the frequency converter.
L'enroulement électrique auxiliaire du stator peut continuer d'être électriquement alimenté par le variateur de fréquence lorsque l'enroulement électrique principal est connecté au réseau électrique, la vitesse de rotation de la machine étant compatible avec l'alimentation électrique de l'enroulement électrique principal par le réseau.  The auxiliary electric winding of the stator may continue to be electrically powered by the frequency converter when the main electric winding is connected to the electrical network, the speed of rotation of the machine being compatible with the power supply of the electric winding. by the network.
Le procédé peut comporter l'étape selon laquelle on agit sur le variateur de fréquence pour ajuster le flux d'induction dans l'axe électrique direct de la machine lorsque l'enroulement électrique principal est alimenté par le réseau. Cet ajustement peut s'effectuer par injection d'un courant dans l'enroulement électrique auxiliaire dans l'axe direct (au sens de la transformée de Park) de la machine. Cet ajustement permet de régler le facteur de puissance de la machine et/ou de la faire travailler à son point de fonctionnement optimum du point de vue du rendement par exemple ou de l'énergie réactive prélevée ou fournie au réseau.  The method may include the step of acting on the frequency converter to adjust the induction flow in the direct electrical axis of the machine when the main electrical winding is supplied by the network. This adjustment can be made by injecting a current into the auxiliary electrical winding in the direct axis (in the sense of the Park transform) of the machine. This adjustment makes it possible to adjust the power factor of the machine and / or to make it work at its optimum operating point from the point of view of yield, for example, or of the reactive energy taken or supplied to the network.
Le procédé peut, également ou en variante, comporter l'étape selon laquelle on agit sur le variateur de fréquence pour ajuster le courant de l'enroulement électrique auxiliaire dans l'axe électrique en quadrature de la machine lorsque l'enroulement principal est alimenté par le réseau. Cet ajustement permet notamment de répartir les courants contributifs au couple de la machine dans l'enroulement électrique principal et l'enroulement électriquement auxiliaire et de diminuer son échauffement et/ou améliorer le rendement global du système. La contribution aux courants dans l'axe direct ou en quadrature dépend en particulier des capacités du variateur de fréquence choisi. The method may also or alternatively include the step of acting on the frequency converter to adjust the current of the auxiliary electric winding in the quadrature electrical axis of the machine when the main winding is powered by the network. This adjustment makes it possible in particular to distribute the contributing currents to the torque of the machine in the main electric winding and the electrically auxiliary winding and to reduce its heating and / or improve the overall efficiency of the system. The contribution to currents in the direct or quadrature axis depends in particular on the capacitances of the frequency converter chosen.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé d'utilisation d'une machine électrique synchrone, dans lequel :  The invention further relates, in another of its aspects, to a method of using a synchronous electric machine, in which:
- on démarre la machine synchrone selon le procédé ci-dessus, la machine synchrone fonctionnant à couple réduit ou à vide lors de ce démarrage et,  the synchronous machine is started according to the above method, the synchronous machine operating at reduced torque or at a vacuum during this starting and,
on charge la machine synchrone après que l'enroulement électrique principal du stator de la machine synchrone a été connecté au réseau électrique.  the synchronous machine is loaded after the main electrical winding of the stator of the synchronous machine has been connected to the electrical network.
Un tel procédé peut permettre de diminuer le couple nécessaire à l'accélération de la machine synchrone jusqu'à une vitesse de rotation compatible avec l'alimentation de l'enroulement principal par le réseau.  Such a method can make it possible to reduce the torque necessary for the acceleration of the synchronous machine to a speed of rotation compatible with the supply of the main winding by the network.
La machine synchrone est par exemple un compresseur, une pompe ou un système de ventilation et, lors du démarrage de la machine, le fluide subit une perte de charge peu importante, puis une fois l'enroulement électrique principal du stator de la machine synchrone connecté au réseau électrique, on modifie le trajet du fluide de façon à ce que le fluide en sortie de la machine synchrone subisse une perte de charge plus importante.  The synchronous machine is for example a compressor, a pump or a ventilation system and, when starting the machine, the fluid undergoes a slight loss of load, and then once the main electrical winding of the stator of the synchronous machine connected the electrical network, the fluid path is changed so that the fluid output of the synchronous machine undergoes a greater pressure drop.
Lorsqu'il subit une perte de charge peu importante, le fluide circule par exemple dans une boucle fermée sans rencontrer une perte de charge importante.  When it undergoes a small pressure drop, the fluid circulates for example in a closed loop without encountering a significant loss of load.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :  The invention will be better understood on reading the following description, non-limiting examples of implementation thereof, and on examining the appended drawing, in which:
- la figure 1 représente de façon schématique un exemple d'ensemble selon l'invention,  FIG. 1 schematically represents an overall example according to the invention,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une machine synchrone selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,  FIG. 2 is a view in axial section of a synchronous machine according to an example of implementation of the invention,
- la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une machine synchrone selon un autre exemple de mise en œuvre de l'invention,  FIG. 3 is a cross-sectional view of a synchronous machine according to another embodiment of the invention,
- la figure 4 représente de façon schématique un procédé selon un exemple de mise en œuvre de l'invention et,  FIG. 4 schematically represents a method according to an embodiment of the invention and,
- la figure 5 représente de façon schématique un exemple d'application de l'invention. On a représenté à la figure 1 un exemple d'ensemble 1 selon l'invention. Cet ensemble 1 comporte une machine synchrone 2, un variateur de fréquence 3 et un système de commutation 4. Comme on peut le voir sur la figure 1, le variateur de fréquence 3 et le système de commutation 4 sont tous deux reliés électriquement à un réseau électrique 100. Celui-ci est par exemple un réseau électrique industriel triphasé délivrant une tension de 400 V entre phases à une fréquence de 50 Hz. La fréquence du réseau électrique peut en variante être de 60 Hz et la tension entre phases peut être différente ou égale à 400 V selon le réseau électrique considéré. Cette tension peut correspondre à la tension de tous les réseaux électriques du monde. On va maintenant décrire, en référence aux figures 2 et 3, des machines synchrones 2 selon des exemples de mise en œuvre de l'invention. - Figure 5 schematically shows an example of application of the invention. FIG. 1 shows an example of assembly 1 according to the invention. This set 1 comprises a synchronous machine 2, a frequency converter 3 and a switching system 4. As can be seen in FIG. 1, the frequency converter 3 and the switching system 4 are both electrically connected to a network 100. This is for example a three-phase industrial electrical network delivering a voltage of 400 V between phases at a frequency of 50 Hz. The frequency of the electrical network can alternatively be 60 Hz and the voltage between phases can be different or equal to 400 V depending on the power grid considered. This voltage can correspond to the voltage of all the electrical networks of the world. We will now describe, with reference to FIGS. 2 and 3, synchronous machines 2 according to examples of implementation of the invention.
La machine synchrone 2 peut être un moteur synchrone triphasé. Le moteur 2 présente par exemple une puissance nominale comprise entre IkW et plusieurs kW, voire plusieurs MW. Le moteur synchrone 2 peut comporter un nombre quelconque de paires de pôles par exemple deux, quatre, six ou huit pôles.  The synchronous machine 2 may be a three-phase synchronous motor. The motor 2 for example has a nominal power of between IkW and several kW, or even several MW. The synchronous motor 2 may comprise any number of pairs of poles for example two, four, six or eight poles.
Le moteur synchrone 2 s'étend selon un axe de rotation X et comporte un stator The synchronous motor 2 extends along an axis of rotation X and comprises a stator
5 et un rotor 6. Dans l'exemple illustré, le stator 5 et le rotor 6 sont concentriques, le flux d'induction dans le moteur étant radial, mais l'invention n'est pas limitée à un tel exemple.5 and a rotor 6. In the illustrated example, the stator 5 and the rotor 6 are concentric, the induction flux in the motor being radial, but the invention is not limited to such an example.
Dans une variante, le moteur synchrone 2 est discoïde, le flux d'induction étant alors axial. In a variant, the synchronous motor 2 is discoidal, the induction flux then being axial.
Dans les exemples des figures 2 et 3, le moteur 2 est à rotor interne, le rotor 6 étant entouré par le stator 5 mais dans des exemples non représentés le moteur est à rotor externe.  In the examples of FIGS. 2 and 3, the motor 2 has an internal rotor, the rotor 6 being surrounded by the stator 5, but in non-illustrated examples the motor has an external rotor.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le moteur 2 présente un arbre 7, qui peut être monolithique. Cet arbre 7 est, dans l'exemple de la figure 2, monté dans le carter 8 de la machine sur deux roulements 9 portés par des flasques avant et arrière 10a et 10b. L'un au moins des flasques avant et arrière 10a et 10b peut présenter une ouverture centrale 12 par laquelle l'arbre 7 s'étend à l'extérieur du carter 8.  As can be seen in Figure 2, the motor 2 has a shaft 7, which can be monolithic. This shaft 7 is, in the example of Figure 2, mounted in the housing 8 of the machine on two bearings 9 carried by the front and rear flanges 10a and 10b. At least one of the front and rear flanges 10a and 10b may have a central opening 12 through which the shaft 7 extends outside the casing 8.
Le stator 5 comporte dans l'exemple décrit un paquet de tôles magnétiques 15, visible sur la figure 3, sur lequel sont bobinés un enroulement électrique principal 16 et un enroulement électrique auxiliaire 17, indépendants.  The stator 5 comprises in the example described a packet of magnetic sheets 15, visible in Figure 3, on which are wound a main electric winding 16 and an auxiliary electric winding 17, independent.
Le paquet de tôles magnétiques 15 comporte une série d'encoches 18. Les enroulements électriques principal 16 et auxiliaire 17 peuvent être reçus dans des encoches 18 différentes. En variante, certaines encoches 18 seulement reçoivent à la fois l'enroulement électrique principal 16 et l'enroulement auxiliaire 17. Dans une autre variante, chaque encoche 18 recevant l'enroulement électrique principal 16 reçoit également l'enroulement électrique auxiliaire 17. The magnetic sheet package 15 comprises a series of notches 18. The main and auxiliary electrical windings 16 and 17 may be received in different notches 18. Alternatively, some notches 18 only receive at a time the main electric winding 16 and the auxiliary winding 17. In another variant, each notch 18 receiving the main electric winding 16 also receives the auxiliary electric winding 17.
Lorsqu'une encoche 18 reçoit à la fois l'enroulement électrique principal 16 et l'enroulement électrique auxiliaire 17, des cales 21 peuvent séparer l'enroulement électrique principal 16 et l'enroulement électrique auxiliaire 17.  When a notch 18 receives both the main electric winding 16 and the auxiliary electric winding 17, shims 21 can separate the main electric winding 16 and the auxiliary electric winding 17.
L'enroulement électrique principal 16 et l'enroulement électrique auxiliaire 17 peuvent être des enroulements répartis ou en variante concentrés (c'est-à-dire bobinés sur des dents).  The main electrical winding 16 and the auxiliary electric winding 17 may be distributed windings or alternatively concentrated windings (that is to say wound on teeth).
Le rapport entre la taille de l'enroulement électrique auxiliaire 17 et la taille de l'enroulement électrique principal 16 est par exemple compris entre 10 % et 100 %, étant notamment compris entre 10 % et 50 %, mieux entre 25 % et 40 %. Le rotor 6 du moteur synchrone 2 comporte dans l'exemple décrit des aimants permanents 20 qui peuvent être des aimants disposés en surface, avec ou sans pôles entre les aimants, ou encore des aimants enterrés, disposés dans le rotor de façon radiale ou autrement. Le rotor 6 est par exemple à concentration de flux.  The ratio between the size of the auxiliary electric winding 17 and the size of the main electric winding 16 is for example between 10% and 100%, being in particular between 10% and 50%, better still between 25% and 40%. . The rotor 6 of the synchronous motor 2 comprises in the example described permanent magnets 20 which may be magnets arranged on the surface, with or without poles between the magnets, or even buried magnets, arranged in the rotor radially or otherwise. The rotor 6 is for example flux concentration.
Le variateur de fréquence 3 peut présenter une puissance nominale comprise entre 1 et 50 % de la puissance nominale du moteur synchrone 2. La puissance nominale du variateur de fréquence 3 est par exemple égale à 25 % environ de la puissance nominale du moteur synchrone 2.  The frequency converter 3 may have a rated power of between 1 and 50% of the nominal power of the synchronous motor 2. The nominal power of the frequency converter 3 is for example equal to about 25% of the nominal power of the synchronous motor 2.
Le variateur de fréquence est par exemple logé dans un boîtier fixé sur le carter 8 du moteur synchrone 2  The frequency converter is for example housed in a housing fixed on the housing 8 of the synchronous motor 2
Le variateur de fréquence est alimenté électriquement par le réseau électrique 100, étant relié électriquement à l'enroulement auxiliaire 17 du moteur synchrone 2.  The frequency converter is electrically powered by the electrical network 100, being electrically connected to the auxiliary winding 17 of the synchronous motor 2.
Le système de commutation 3 permet de relier l'enroulement électrique principal 16 du stator 6 du moteur synchrone 2 au réseau électrique 100.  The switching system 3 makes it possible to connect the main electric winding 16 of the stator 6 of the synchronous motor 2 to the electrical network 100.
Le système de commutation 5 comporte des interrupteurs 19 qui peuvent être des relais électromécaniques ou des composants électroniques tels que des transistors de puissance.  The switching system 5 comprises switches 19 which may be electromechanical relays or electronic components such as power transistors.
Le système de commutation peut comporter un capteur de vitesse et/ou de position mesurant la vitesse de rotation du moteur et un circuit de commande commandant les interrupteurs 19 en position ouverte ou fermée selon que l'enroulement électrique principal 16 a une tension, une fréquence et/ou une phase proche de la tension, de la fréquence et/ou de la phase du réseau 100. On va maintenant décrire en référence à la figure 4 un exemple de procédé de démarrage du moteur synchrone 2. The switching system may comprise a speed and / or position sensor measuring the speed of rotation of the motor and a control circuit controlling the switches 19 in the open or closed position depending on whether the electric winding main 16 has a voltage, a frequency and / or a phase close to the voltage, the frequency and / or the phase of the network 100. We will now describe with reference to Figure 4 an example of synchronous motor startup method 2.
A une étape 50, l'enroulement électrique auxiliaire 17 du stator 5 est alimenté par le variateur de fréquence 3. Les interrupteurs 19 du système de commutation 4 sont ouverts, de sorte que l'enroulement électrique principal 16 du stator 5 n'est pas électriquement alimenté par le réseau industriel.  At a step 50, the auxiliary electric winding 17 of the stator 5 is supplied by the frequency converter 3. The switches 19 of the switching system 4 are open, so that the main electric winding 16 of the stator 5 is not electrically powered by the industrial network.
A une étape 51, le variateur ajuste le courant dans l'enroulement électrique auxiliaire 17 de façon à ce que la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal 16 soit la plus proche possible de la tension, de la fréquence et de la phase du réseau électrique 100, étant notamment égale à + ou -2.5 % de la tension et de la fréquence et à + ou - 10° de la phase du réseau.  In a step 51, the drive adjusts the current in the auxiliary electric winding 17 so that the voltage, the frequency and / or the phase of the main electric winding 16 is as close as possible to the voltage, the frequency and phase of the electrical network 100, being in particular equal to + or -2.5% of the voltage and the frequency and + or - 10 ° of the phase of the network.
Lorsque les paramètres mesurés sont compatibles avec l'alimentation de l'enroulement électrique principal 16 par le réseau, les interrupteurs 19 du système de commutation 5 se ferment automatiquement lors d'une étape 52 à partir de laquelle l'enroulement électrique principal 16 du stator 5 du moteur synchrone 2 est connecté au réseau et ainsi alimenté électriquement par le réseau électrique 100. Lors de cette étape, l'enroulement électrique auxiliaire 17 du stator 5 du moteur synchrone 2 peut rester alimenté par le variateur de fréquence 3.  When the measured parameters are compatible with the supply of the main electrical winding 16 by the network, the switches 19 of the switching system 5 are automatically closed during a step 52 from which the main electrical winding 16 of the stator 5 of the synchronous motor 2 is connected to the network and thus electrically powered by the electrical network 100. During this step, the auxiliary electric winding 17 of the stator 5 of the synchronous motor 2 can remain powered by the frequency converter 3.
Lors d'une étape 53 facultative ou non, on peut faire varier le courant délivré par le variateur de fréquence 3 à l'enroulement électrique auxiliaire 17 de façon à optimiser le fonctionnement du moteur synchrone 2, alors que l'enroulement électrique principal 16 est relié au réseau électrique 100. On peut ainsi améliorer le facteur de puissance du moteur synchrone et/ou son rendement.  During an optional step 53 or not, the current delivered by the frequency converter 3 can be varied to the auxiliary electric winding 17 so as to optimize the operation of the synchronous motor 2, while the main electric winding 16 is connected to the electrical network 100. It is thus possible to improve the power factor of the synchronous motor and / or its efficiency.
On peut par exemple, lors de cette étape 53, ajuster le flux d'induction de la machine dans l'axe direct (au sens de la transformée de Park) en injectant un courant dans l'enroulement électrique auxiliaire 17 dans l'axe électrique direct.  For example, during this step 53, the induction flux of the machine can be adjusted in the direct axis (in the sense of the Park transform) by injecting a current into the auxiliary electric winding 17 in the electrical axis. direct.
On peut également ou en variante, lors de cette étape 53, ajuster le courant de l'enroulement électrique auxiliaire 17 dans l'axe électrique en quadrature.  It is also possible or alternatively, during this step 53, to adjust the current of the auxiliary electric winding 17 in the electric axis in quadrature.
On peut enfin, lors de cette étape, ajuster simultanément les deux courants dans l'axe direct et en quadrature dans les limites de possibilités du variateur. L'invention s'applique plus particulièrement aux machines synchrones ne nécessitant pour parvenir à la vitesse nominale qu'un couple faible, par exemple les compresseurs d'air ou frigorifiques, des systèmes de pompe ou de ventilation ou des machines susceptibles de démarrer à vide et n'étant chargées qu'après avoir démarré, tels que des broyeurs, des mixeurs, des hachoirs, des cribles ou encore des pétrins. Finally, during this step, it is possible to simultaneously adjust the two currents in the direct axis and in quadrature within the limits of the possibilities of the variator. The invention applies more particularly to synchronous machines requiring to achieve the nominal speed only a low torque, for example air compressors or refrigerators, pump or ventilation systems or machines likely to start empty. and being loaded after starting, such as grinders, mixers, choppers, sieves or kneaders.
On a représenté à la figure 5 un exemple d'application de l'invention à un système de climatisation 200 comportant un compresseur 201 comportant un moteur synchrone tel que décrit ci-dessus et une boucle 202 comportant une vanne contrôlable 203.  FIG. 5 shows an example of application of the invention to an air conditioning system 200 comprising a compressor 201 comprising a synchronous motor as described above and a loop 202 comprising a controllable valve 203.
Lors du démarrage du moteur synchrone, la vanne 203 est ouverte, de façon à ce que le fluide circule dans la boucle 202 sans perte de charge importante. Lorsqu'une unité de contrôle, qui est par exemple intégrée au variateur ou est en variante un composant indépendant 205, détecte que la tension et la phase de l'enroulement électrique principal 16 sont proches de la tension et de la phase du réseau, il déclenche le système de commutation 4 qui provoque l'alimentation de l'enroulement électrique principal du stator de la machine synchrone par le réseau électrique puis donne l'ordre de fermeture à la vanne 203 de façon à ce que le fluide circule dans le circuit prévu.  When starting the synchronous motor, the valve 203 is open, so that the fluid flows in the loop 202 without significant pressure drop. When a control unit, which is for example integrated in the drive or is alternatively an independent component 205, detects that the voltage and the phase of the main electrical winding 16 are close to the voltage and the phase of the network, it triggers the switching system 4 which causes the supply of the main electrical winding of the stator of the synchronous machine by the electrical network then gives the closing order to the valve 203 so that the fluid circulates in the circuit provided .
Un ensemble selon l'invention peut encore être utilisé pour entraîner une machine électrique tournante, le moteur synchrone entraînant ladite machine étant relié à cette dernière via un embrayage à l'état débrayé lors du démarrage du moteur synchrone puis à l'état embrayé une fois l'alimentation sur réseau de l'enroulement principal réalisée.  An assembly according to the invention can also be used to drive a rotating electrical machine, the synchronous motor driving said machine being connected thereto via a clutch in the disengaged state when starting the synchronous motor and then in the once engaged state. mains supply of the main winding carried out.
Un ensemble selon l'invention s'applique aussi aux génératrices qui n'ont pas besoin d'énergie électrique pour démarrer jusqu'à leur vitesse nominale, le variateur pouvant servir dans un premier temps à ajuster les paramètres de la machine de telle manière que l'enroulement électrique principal 16 ait une tension, une fréquence et une phase proches de la tension, de la fréquence et de la phase du réseau 100, puis, une fois l'enroulement principal connecté, à ajuster les paramètres de facteur de puissance et rendement de la machine.  An assembly according to the invention also applies to generators that do not need electrical energy to start up to their nominal speed, the inverter can be used initially to adjust the parameters of the machine in such a way that the main electric winding 16 has a voltage, a frequency and a phase close to the voltage, the frequency and the phase of the network 100, then, once the main winding is connected, to adjust the power factor parameters and machine performance.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme signifiant « comportant au moins un ».  The expression "comprising one" must be understood as meaning "comprising at least one".

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble (1) comportant : 1. Set (1) comprising:
- un variateur de fréquence (3),  a frequency converter (3),
- une machine électrique synchrone (2) comportant un rotor (6) à aimants permanents et un stator (5), et  a synchronous electric machine (2) comprising a rotor (6) with permanent magnets and a stator (5), and
- un système de commutation (4) configuré pour relier électriquement la machine électrique synchrone (2) à un réseau électrique (100),  - a switching system (4) configured to electrically connect the synchronous electric machine (2) to an electrical network (100),
le stator (5) comportant un enroulement électrique principal (16) relié au système de commutation (5) de façon à être alimenté par le réseau (100) et un enroulement électrique auxiliaire (17) relié à un variateur de fréquence (3), the stator (5) comprising a main electric winding (16) connected to the switching system (5) so as to be supplied by the network (100) and an auxiliary electric winding (17) connected to a frequency converter (3),
le système de commutation (4) étant agencé pour connecter l'enroulement électrique principal (16) au réseau (100) lorsque ledit enroulement a une tension, une fréquence et/ou une phase proche(s) de la tension, de la fréquence et/ou de la phase du réseau (100). the switching system (4) being arranged to connect the main electrical winding (16) to the network (100) when said winding has a voltage, a frequency and / or a phase close to the voltage, the frequency and / or the phase of the network (100).
2. Ensemble selon la revendication précédente, le système de commutation 2. Assembly according to the preceding claim, the switching system
(4) présentant une configuration dans laquelle l'enroulement électrique auxiliaire (17) du stator est électriquement alimenté par le variateur de fréquence (3) lorsque l'enroulement électrique principal (16) est alimenté par le réseau (100). (4) having a configuration in which the auxiliary electric winding (17) of the stator is electrically powered by the frequency converter (3) when the main electric winding (16) is supplied by the network (100).
3. Ensemble selon la revendication 2, le variateur de fréquence (3) étant configuré pour ajuster le courant de l'enroulement électrique auxiliaire (17) dans l'axe électrique direct de la machine lorsque l'enroulement électrique principal (16) est alimenté par le réseau (100).  3. An assembly according to claim 2, the frequency converter (3) being configured to adjust the current of the auxiliary electric winding (17) in the direct electrical axis of the machine when the main electric winding (16) is powered. by the network (100).
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 le variateur de fréquence étant configuré pour ajuster le courant de l'enroulement électrique auxiliaire (17) dans l'axe électrique en quadrature de la machine lorsque l'enroulement électrique principal (16) est alimenté par le réseau (100).  A method according to claim 2 or 3 wherein the frequency converter is configured to adjust the current of the auxiliary electric winding (17) in the quadrature electrical axis of the machine when the main electric winding (16) is powered by the network (100).
5. Ensemble selon la revendication l'une quelconque des revendications 2 à 4, le variateur de fréquence (3) permettant d'amener la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal (16) à des valeurs compatibles avec une alimentation de l'enroulement électrique principal de la machine par le réseau électrique (100). 5. An assembly according to claim any one of claims 2 to 4, the frequency converter (3) for bringing the voltage, the frequency and / or the phase of the main electric winding (16) to compatible values. with a power supply of the main electric winding of the machine by the electric network (100).
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la puissance nominale du variateur de fréquence (3) étant comprise entre 1 et 50 % de la puissance nominale de la machine synchrone (2). 6. An assembly according to any one of claims 1 to 5, the nominal power of the frequency converter (3) being between 1 and 50% of the nominal power of the synchronous machine (2).
7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, l'enroulement électrique principal (16) et l'enroulement électrique auxiliaire (17) étant électriquement totalement séparés.  7. An assembly according to one of the preceding claims, the main electric winding (16) and the auxiliary electric winding (17) being electrically totally separated.
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le stator (5) comportant une pluralité d'encoches (18) et l'enroulement électrique principal (16) et l'enroulement électrique auxiliaire (17) étant reçus dans des encoches (18) différentes.  8. An assembly according to any one of the preceding claims, the stator (5) comprising a plurality of notches (18) and the main electric winding (16) and the auxiliary electric winding (17) being received in notches ( 18) different.
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le stator (5) comportant une pluralité d'encoches (18) et l'enroulement électrique principal (16) et l'enroulement électrique auxiliaire (17) étant reçus au moins en partie dans les mêmes encoches (18).  9. An assembly according to any one of claims 1 to 6, the stator (5) having a plurality of notches (18) and the main electrical winding (16) and the auxiliary electric winding (17) being received at least partly in the same notches (18).
10. Ensemble selon la revendication précédente, l'enroulement électrique principal (16) et l'enroulement électrique auxiliaire (17) étant séparés dans l'encoche (18).  10. Assembly according to the preceding claim, the main electric winding (16) and the auxiliary electric winding (17) being separated in the notch (18).
11. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, la machine (2) comportant un système auxiliaire, notamment un tore de ferrite, disposé autour de l'un au moins de l'enroulement électrique principal (16) et de l'enroulement électrique auxiliaire (17) pour créer des fuites supplémentaires destinées à faciliter le pilotage du variateur.  11. Assembly according to one of the preceding claims, the machine (2) comprising an auxiliary system, in particular a ferrite core, arranged around at least one of the main electric winding (16) and the electric winding. auxiliary circuit (17) to create additional leaks to facilitate control of the drive.
12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, la tension induite dans l'enroulement électrique auxiliaire (17) étant comprise entre 80% et 100% de la tension de l'enroulement électrique principal (16)  12. An assembly according to any one of the preceding claims, the voltage induced in the auxiliary electric winding (17) being between 80% and 100% of the voltage of the main electric winding (16).
13. Procédé de contrôle d'une machine électrique synchrone (2) comportant un rotor à aimants permanents reliée électriquement à un réseau électrique (100) par l'intermédiaire d'un système de commutation (5), dans lequel :  13. A method of controlling a synchronous electric machine (2) comprising a permanent magnet rotor electrically connected to an electrical network (100) via a switching system (5), wherein:
- on démarre la machine synchrone (2), dont un enroulement électrique auxiliaire (17) du stator (5) de la machine (2) est électriquement relié à un variateur de fréquence (3), et  the synchronous machine (2) is started, an auxiliary electric winding (17) of the stator (5) of the machine (2) is electrically connected to a frequency converter (3), and
- on agit sur le système de commutation (4) pour connecter un enroulement électrique principal (16) du stator (5) de la machine synchrone (2) au réseau électrique the switching system (4) is acted upon to connect a main electrical winding (16) of the stator (5) of the synchronous machine (2) to the electrical network
(100) lorsque la tension, la fréquence et/ou la phase de l'enroulement électrique principal (16) présentent des valeurs compatibles avec l'alimentation de l'enroulement électrique principal (16) par le réseau (100). (100) when the voltage, frequency and / or phase of the main electrical winding (16) have values compatible with the power supply of the main electric winding (16) by the network (100).
14. Procédé d'utilisation d'une machine électrique synchrone (2), dans lequel : on démarre la machine synchrone (2) selon le procédé selon la revendication 13, la machine synchrone (2) fonctionnant à couple réduit lors de ce démarrage et,  14. A method of using a synchronous electric machine (2), in which: the synchronous machine (2) is started up according to the method according to claim 13, the synchronous machine (2) operating at reduced torque during this startup and ,
on charge la machine synchrone (2) après que l'enroulement électrique principal (16) du stator de la machine synchrone (2) a été connecté au réseau électrique (100).  the synchronous machine (2) is loaded after the main electrical winding (16) of the stator of the synchronous machine (2) has been connected to the electrical network (100).
15. Procédé selon la revendication 14, la machine synchrone (2) étant l'un parmi un compresseur, une pompe et un système de ventilation et, lors du démarrage de la machine, le fluide subit une perte de charge peu importante, puis, une fois l'enroulement électrique principal (16) du stator de la machine synchrone (2) connecté au réseau électrique (100), on modifie le trajet du fluide de façon à ce que le fluide en sortie de la machine synchrone (2) subisse une perte de charge plus importante.  15. The method of claim 14, the synchronous machine (2) being one of a compressor, a pump and a ventilation system and, when starting the machine, the fluid undergoes a slight loss of pressure, then, once the main electrical winding (16) of the stator of the synchronous machine (2) connected to the electrical network (100), is modified the fluid path so that the fluid output of the synchronous machine (2) undergoes a greater pressure drop.
16. Procédé selon la revendication 15 dans lequel le fluide, lorsqu'il subit une perte de charge peu importante, circule dans une boucle fermée (202) sans rencontrer une perte de charge importante.  16. The method of claim 15 wherein the fluid, when undergoing a small loss of load, circulates in a closed loop (202) without encountering a significant pressure drop.
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