FR1459221A

FR1459221A - Variable frequency and voltage device for controlling the starting and slowing down of asynchronous motors

Info

Publication number: FR1459221A
Application number: FR46424A
Authority: FR
Original assignee: PATAY MOTEURS
Current assignee: PATAY MOTEURS
Priority date: 1965-09-28
Filing date: 1965-09-28
Publication date: 1966-04-29

Description

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Dispositif variateur de fréquence et de tension pour le contrôle du démarrage et du ralentissement des moteurs asynchrones. L'augmentation constante de la complexité des machines et de leurs vitesses de fonctionnement impose de plus en plus fréquemment la nécessité de les démarrer de façon très progressive et même de réaliser des démarrages au cours desquels les accélérations peuvent être constamment contrôlées. C'est notamment le cas lorsque lesdites machines sont équipées de plusieurs moteurs dont les charges indépendantes ont des inerties différentes. De plus, il existe des machines pour lesquelles un contrôle analogue est utile au cours des ralentissements comme au cours des démarrages pour assurer une régularité de leur production au cours de ces périodes transitoires qui concernent souvent, surtout dans les commandes sectionnelles, des quantités non négligeables des produits en aeuvre. <Desc / Clms Page number 1>
Variable frequency and voltage device for controlling the starting and slowing down of asynchronous motors. The constant increase in the complexity of machines and their operating speeds increasingly requires the need to start them very gradually and even to perform starts during which the accelerations can be constantly controlled. This is particularly the case when said machines are equipped with several motors whose independent loads have different inertias. In addition, there are machines for which a similar control is useful during slowdowns as during start-ups to ensure regularity of their production during these transitional periods which often concern, especially in sectional controls, significant quantities. products in work.

Ce cas se présente dans de nombreuses machines-outils comportant des commandes section- nelles avec moteurs indépendants et plus spécialement dans celles qui sont utilisées en tréfilerie pour l'élaboration des fils et pour les travaux accessoires de câblerie (notamment guipage, tres- sage, toronnage). This case occurs in many machine tools comprising sectional controls with independent motors and more especially in those used in wire drawing for the preparation of wires and for accessory cable work (in particular wrapping, braiding, stranding).

On connaît les solutions électriques ou mécani- ques à vitesse variable qui permettent de satisfaire à ces conditions mais qui obligent à équiper les machines de moteurs spéciaux ou de variateurs et qui, dans le cas de commandes à fréquence variable, nécessitent l'emploi de groupes convertisseurs à fonctionnement permanent. Variable speed electrical or mechanical solutions are known which make it possible to satisfy these conditions but which require the machines to be fitted with special motors or variators and which, in the case of variable frequency controls, require the use of groups. continuously operating converters.

Le variateur de fréquence proposé avec son appareillage trouve sa raison d'être dans la nécessité de réaliser des démarrages et des ralentissements contrôlés pour des machines qui, pour des raisons techniques ou économiques sont équipées avec des moteurs asynchrones à rotor en court-circuit alimentés directement par le réseau. On sait que les moteurs d'usage général utilisés dans ce cas ont des caractéristiques de démarrage qui les ren- dent peu aptes à ce genre de contrôle et que d'autre part ils ne comportent en eux-mêmes aucun moyen efficace de contrôle des ralentissements. The proposed frequency converter with its equipment finds its raison d'être in the need to perform controlled starts and decelerations for machines which, for technical or economic reasons, are equipped with asynchronous motors with short-circuited rotor. through the network. It is known that the general purpose motors used in this case have starting characteristics which make them poorly suited to this type of control and that, on the other hand, they do not in themselves include any effective means of controlling the slowdowns. .

La présente invention permet de réaliser aisément ces démarrages et ces ralentissements contrôlés. Elle concerne un dispositif variateur de fréquence et de tension constitué par une génératrice asynchrone dont le stator ou inducteur et le rotor, ou induit, sont à bobinages polyphasés, et dont le rotor est équipé de bagues collectrices et accouplé avec un dispositif de freinage, l'inducteur de la génératrice étant alimenté par le réseau, et son induit pouvant être connecté sur une résistance de démarrage ou sur le ou les moteurs à contrôler, pour en assurer l'alimentation durant le temps de contrôle, en remplacement du réseau, tandis que des moyens sont prévus pour faire varier le couple résistant du dispositif de freinage, d'une valeur nulle à une valeur correspondant sensiblement au couple nominal de la génératrice et inversement, suivant qu'il s'agit de la phase de démarrage ou de ralentissement du ou des moteurs contrôlés. The present invention makes it possible to easily carry out these controlled starts and decelerations. It relates to a frequency and voltage variator device consisting of an asynchronous generator whose stator or inductor and rotor, or armature, have polyphase windings, and whose rotor is equipped with slip rings and coupled with a braking device, the generator inductor being supplied by the network, and its armature being able to be connected to a starting resistor or to the motor (s) to be controlled, to ensure the power supply during the control time, replacing the network, while means are provided for varying the resistive torque of the braking device, from a zero value to a value corresponding substantially to the nominal torque of the generator and vice versa, depending on whether it is the starting or slowing down phase of the or controlled motors.

Lorsque l'induit de la génératrice est connecté sur la résistance de démarrage, son inducteur étant alimenté par le réseau, elle démarre comme un moteur à vide et atteint une vitesse voisine du synchronisme. Le glissement étant alors presque nul, la tension et la fréquence du courant induit sont faibles et conviennent au démarrage des moteurs à contrôler. Il suffit donc de connecter l'induit sur le ou sur les moteurs à contrôler. When the generator armature is connected to the starting resistor, its inductor being supplied by the network, it starts as a no-load motor and reaches a speed close to synchronism. As the slip is then almost zero, the voltage and frequency of the induced current are low and are suitable for starting the motors to be controlled. It is therefore sufficient to connect the armature to the motor (s) to be controlled.

Par augmentation du couple résistant du dispositif de freinage, il est possible d'amener le glissement de la génératrice au voisinage de 1, de telle sorte que la tension et la fréquence du courant induit atteignent alors une valeur voisine de celle du réseau, afin que le ou les moteurs contrôlés By increasing the resistive torque of the braking device, it is possible to bring the slip of the generator to around 1, so that the voltage and the frequency of the induced current then reach a value close to that of the network, so that the controlled engine (s)

puissent être déconnectés de l'induit.de la géné- trice et connectés au réseau. can be disconnected from the generator armature and connected to the network.

L'opération inverse est effectuée pour le ralentissement contrôlé des moteurs. The reverse operation is carried out for the controlled deceleration of the motors.

Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention, le dispositif de freinage est constitué par un frein à courant de Foucault dont l'inducteur est alimenté en courant continu à partir du réseau, par l'intermédiaire d'un redresseur et d'un organe de réglage permettant de faire varier l'excitation de l'inducteur. According to a preferred embodiment of the invention, the braking device consists of an eddy current brake, the inductor of which is supplied with direct current from the network, via a rectifier and an adjustment member making it possible to vary the excitation of the inductor.

Ainsi la faible puissance nécessaire à l'excitation du frein permet de régler facilement, à tout instant, le couple de freinage appliqué à la génératrice pour réaliser le glissement convenable de cette dernière. Thus, the low power required for the excitation of the brake makes it possible to easily adjust, at any time, the braking torque applied to the generator in order to achieve suitable sliding of the latter.

La commande de l'organe de réglage peut être réalisée manuellement ou automatiquement, à partir d'un dispositif à programme ou d'un équipement de régulation. The control of the adjustment device can be carried out manually or automatically, from a program device or from a control device.

Indépendamment des organes classiques nécessaires à la protection et à la liaison au réseau l'appareillage comporte un commutateur généralement constitué par une armoire de contacteurs qui permet de connecter une résistance de valeur appropriée aux bornes du secondaire de la génératrice et de connecter les moteurs à contrôler soit sur le secondaire de la génératrice soit directement sur le réseau. Independently of the conventional components necessary for protection and connection to the network, the switchgear includes a switch generally consisting of a contactor cabinet which allows a resistor of appropriate value to be connected to the terminals of the secondary of the generator and to connect the motors to be controlled. either on the secondary of the generator or directly on the network.

Cet équipement n'a à intervenir qu'au cours des périodes transitoires; les machines étant normalement soit à l'arrêt soit alimentées directement par le réseau. This equipment only has to intervene during transitional periods; the machines being normally either stopped or supplied directly by the network.

Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, ce dispositif est rendu mobile et de ce fait, il peut assurer le service d'un certain nombre de machines, nombre d'autant plus im- portant que les arrêts de ces dernières sont moins fréquents. According to an advantageous embodiment of the invention, this device is made mobile and as a result, it can provide the service of a certain number of machines, a number all the more important as the stops of the latter are. less frequent.

De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé dont l'unique figure représente une forme d'exécution de ce dispositif variateur de fréquence et de tension. In any event, the invention will be clearly understood with the aid of the description which follows with reference to the appended schematic drawing, the only figure of which represents an embodiment of this frequency and voltage variator device.

Dans ce dessin 1 représente le stator ou mauc- teur de la génératrice, 2 le rotor ou induit, 3 le collecteur à bague. L'arbre de cette génératrice entraîne l'induit 4 du frein à courant de Foucault dont l'inducteur 5-est alimenté en courant continu par le redresseur 6 alimenté lui-même par le réseau 11. In this drawing 1 represents the stator or macerator of the generator, 2 the rotor or armature, 3 the collector with ring. The shaft of this generator drives the armature 4 of the eddy current brake, the inductor 5 of which is supplied with direct current by the rectifier 6 itself supplied by the network 11.

La faible puissance nécessaire à l'excitation du frein permet de régler facilement, à tout instant, le couple de freinage appliqué à la génératrice pour réaliser le glissement convenable; à cet effet un organe de réglage 7 est inséré entre le frein à courant de FoucauIt et le redresseur 6, il peut être commandé soit manuellement soit automatiquement. The low power required to energize the brake makes it easy to adjust, at any time, the braking torque applied to the generator to achieve the proper slip; for this purpose an adjusting member 7 is inserted between the eddy current brake and the rectifier 6, it can be controlled either manually or automatically.

Indépendamment des organes nécessaires à la protection et à la liaison au réseau, le dispositif comporte un commutateur 8 constitué par une armoire de contacteur permettant de connecter une résistance 9 de valeur déterminée, aux bornes du secondaire de la génératrice pour assurer le démarrage de cette dernière, et de connecter les moteurs 10 soit sur le secondaire de la génératrice lorsqu'elle a démarré, soit sur le réseau lorsque ces moteurs 10 ont -atteint leur vitesse nominale. Independently of the components necessary for protection and connection to the network, the device comprises a switch 8 consisting of a contactor cabinet making it possible to connect a resistor 9 of determined value, to the terminals of the secondary of the generator to ensure the starting of the latter. , and to connect the motors 10 either to the secondary of the generator when it has started, or to the network when these motors 10 have reached their nominal speed.

Les conditions de fonctionnement qui peuvent être adaptées à un grand nombre de cas particuliers sont, en principe les suivantes dans le cas du démarrage L'excitation du frein électrique étant annulée, la génératrice a son primaire couplé sur le réseau et son secondaire connecté à la résistance 9. Elle démarre comme un moteur à vide et atteint une vitesse voisine de la vitesse de synchronisme. On dispose alors au collecteur 3 de la faible tension secondaire et de la faible fréquence correspondant au glissement. The operating conditions which can be adapted to a large number of particular cases are, in principle, the following in the case of starting The excitation of the electric brake being canceled, the generator has its primary coupled to the network and its secondary connected to the resistance 9. It starts up like a no-load motor and reaches a speed close to the synchronism speed. The low secondary voltage and the low frequency corresponding to the slip are then available at the collector 3.

Au moyen du commutateur 8, cette tension est appliquée aux moteurs 10 tandis que la résistance 9 est déconnectée. By means of switch 8, this voltage is applied to motors 10 while resistor 9 is disconnected.

En agissant sur l'organe de réglage 7, l'inducteur 5 du frein électrique est excité de façon à augmenter progressivement, comme il convient, le glissement de la génératrice pour le porter à une valeur voisine de 1, correspondant au maximum de freinage et à une vitesse très faible de son rotor 2. La fréquence secondaire est alors voisine de celle du réseau et la tension, qui a elle- même augmenté proportionnellement à la fréquence, atteint la valeur nominale de la génératrice qui correspond à la tension d'alimentation des moteurs 10. By acting on the adjustment member 7, the inductor 5 of the electric brake is energized so as to gradually increase, as appropriate, the slip of the generator to bring it to a value close to 1, corresponding to the maximum braking and at a very low speed of its rotor 2. The secondary frequency is then close to that of the network and the voltage, which itself has increased in proportion to the frequency, reaches the nominal value of the generator which corresponds to the supply voltage motors 10.

Au moyen du commutateur 8 les moteurs 10 sont alors déconnectés de la génératrice et couplés directement au réseau. L'opération de démarrage contrôlé est ainsi terminée et le variateur de fréquence demeure disponible pour une opération ultérieure. By means of switch 8, motors 10 are then disconnected from the generator and coupled directly to the network. The controlled start operation is thus completed and the frequency converter remains available for further operation.

Le contrôle du ralentissement s'obtient en in- versant les opérations. Slowdown control is obtained by reversing the operations.

L'inducteur 5 du frein électrique étant excité au maximum le primaire de la génératrice est couplé au réseau. La fréquence et la tension aux bornes du secondaire de la génératrice étant très voisines de celles du réseau, les moteurs 10 sont commutés du réseau sur les bagues collectrices 3 de la génératrice. L'excitation de l'inducteur 5 du frein électrique étant diminuée progressivement par l'organe de réglage 7, il se produit une diminution progressive de la tension et de la fréquence d'alimentation des moteurs 10 qui restent solidaires de cette alimentation jusqu'à l'arrêt réalisé lorsque le frein est complètement désexcité. The inductor 5 of the electric brake being energized to the maximum, the primary of the generator is coupled to the network. The frequency and the voltage at the terminals of the secondary of the generator being very close to those of the network, the motors 10 are switched from the network to the slip rings 3 of the generator. The excitation of the inductor 5 of the electric brake being gradually reduced by the adjustment member 7, there is a progressive decrease in the voltage and the supply frequency of the motors 10 which remain integral with this supply until stopping performed when the brake is completely de-energized.

Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution, de ce dispositif variateur de fréquence et de tension, qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif; As goes without saying, and as emerges from the foregoing, the present invention is not limited to the sole embodiment, of this frequency and voltage variator device, which has been described above by way of non-limiting example;

elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation, c'est ainsi que, notamment le rotor de la génératrice peut être utilisé comme inducteur et son stator comme induit. it embraces, on the contrary, all the variant embodiments thereof, thus, in particular the rotor of the generator can be used as an inductor and its stator as an armature.

Claims

SUMMARY 1 Variable frequency and voltage device for controlling the starting and slowing down of asynchronous motors, characterized in that it consists of an asynchronous generator of which the stator, or inductor, and the rotor, or armature, have polyphase windings , and of which the rotor equipped with slip rings is coupled with a braking device, the inductor of the generator being supplied by the network and its armature being able to be connected to a starting resistor or to the motor or motors to be controlled, in order to ensure the power supply during the control time, replacing the network, while means are provided to vary the resistive torque of the Treining device, from a zero value to a value corresponding substantially to the nominal torque of the generator and conversely, depending on whether it is the starting or slowing down phase of the controlled motor (s). 2 Variable frequency and voltage device for controlling the starting and deceleration of asynchronous motors, as specified in 1, further characterized by the following points taken together or separately a. The braking device consists of an eddy current brake, the inductor of which is supplied with direct current from the network, via a rectifier and an adjustment device making it possible to vary the excitation of the inductor; b. The control of the adjustment member can be carried out manually or automatically, from a program device or from a control device; vs. This device is made mobile, and as a result it can ensure the service of a certain number of machines, a number all the more important as the stops of the latter are less frequent. 3 As a new industrial product, any frequency and voltage variator device, as specified in 1 or 2, or comprising the total or partial application of similar provisions.