FR2755319A1 - Asynchronous conversion method esp. for variable speed hydroelectric turbine. - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency
Abstract
Description
" Système et sous-station ainsi que procédé d'interconnexion pour des systèmes électriques présentant une caractéristique électrique différente
La présente invention se rapporte à la commande d'une transmission d'énergie ou puissance électrique et elle a trait, en particulier, à la connexion de systèmes électriques présentant une caractéristique électrique différente."System and substation and interconnection method for electrical systems having a different electrical characteristic
The present invention relates to the control of a transmission of energy or electrical power and it relates, in particular, to the connection of electrical systems having a different electrical characteristic.
Certains transformateurs électriques, par exemple les autotransformateurs, tels que les autotransformateurs à curseur rotatif du type Variacs, modifient simplement la tension. D'autres transformateurs, connus sous la désignation de transformateurs statiques à déphasage, peuvent prélever la puissance et la faire varier sur un certain angle. Some electrical transformers, for example autotransformers, such as Variacs type rotary slider autotransformers, simply modify the voltage. Other transformers, known by the designation of phase-shift static transformers, can take the power and vary it over a certain angle.
Les transformateurs faisant varier simplement la tension et les transformateurs statiques à déphasage peuvent convenir pour interconnecter deux systèmes électriques fonctionnant à la même fréquence électrique ou pour effectuer une transmission à l'intérieur d'une compagnie de distribution d'électricité. Toutefois, de tels transformateurs sont incapables de réaliser une interface entre deux systèmes électriques fonctionnant à une fréquence différente (par exemple des transferts d'électricité entre compagnies de distribution d'électricité). Transformers simply varying the voltage and static phase-shifting transformers may be suitable for interconnecting two electrical systems operating at the same electrical frequency or for transmitting within an electricity distribution company. However, such transformers are unable to provide an interface between two electrical systems operating at a different frequency (for example transfers of electricity between electricity distribution companies).
De nos jours, un des problèmes les plus importants concernant la transmission d'énergie électrique est l'incapacité de transférer l'énergie entre des réseaux de distribution dont la fréquence diffère de façon notable (durant des minutes ou des heures). Par exemple, aux Etats
Unis, les compagnies de distribution d'électricité qui se trouvent à l'est du Mississippi et au nord de la ligne
Mason-Dixon ont tendance à fonctionner dans une plage de fréquences allant d'environ 60,1 à 60,01 Hertz tandis que (en raison des facteurs d'énergie hydraulique ajoutés par exemple par la zone de production d'énergie de Columbia
River/Bonneville et l'organisme Tennessee Valley Authority) les compagnies de distribution d'électricité se trouvant dans les parties sud et ouest du pays ont tendance à fonctionner à une fréquence légèrement plus faible (par exemple comprise entre 59,9 et 59,99 Hertz). Les compagnies de distribution d'électricité ne maintiennent pas une fréquence constante mais par contre une fréquence qui varie de façon aléatoire dans les plages mentionnées ci-dessus.Nowadays, one of the most important problems concerning the transmission of electrical energy is the inability to transfer energy between distribution networks whose frequency differs significantly (during minutes or hours). For example, in the States
United, the electricity distribution companies located east of the Mississippi and north of the line
Mason-Dixon tend to operate in the frequency range of about 60.1 to 60.01 Hertz while (due to hydro power factors added for example by the Columbia power generation area
River / Bonneville and Tennessee Valley Authority) the electricity distribution companies located in the south and west parts of the country tend to operate at a slightly lower frequency (for example between 59.9 and 59.99 Hertz). The electricity distribution companies do not maintain a constant frequency but on the other hand a frequency which varies randomly in the ranges mentioned above.
Les systèmes électriques comprennent des relais directionnels installés pour protéger normalement un système contre les incidents de fonctionnement. Si on devait construire une ligne de transmission entre des systèmes dont la fréquence diffère, comme par exemple des compagnies d'électricité utilisant des fréquences différentes, les relais directionnels seraient sensibles au déphasage. A la longue, le vecteur phase pourrait provoquer un déclenchement des relais directionnels et couper la ligne de transmission. Electrical systems include directional relays installed to normally protect a system from operational incidents. If a transmission line were to be built between systems with different frequencies, such as electricity companies using different frequencies, the directional relays would be sensitive to phase shift. In the long run, the phase vector could trigger the directional relays and cut the transmission line.
De ce fait, on ne peut effectuer actuellement une transmission d'énergie entre des systèmes de fréquences différentes que pendant des périodes de temps limitées, comme par exemple pendant des minutes ou pendant des heures, mais non pas pendant des périodes de temps prolongées, telles que des périodes de 24 heures.As a result, energy transmission between different frequency systems can currently only be carried out for limited periods of time, such as for example minutes or hours, but not for extended periods of time, such as only 24 hour periods.
La figure 1 montre un système d'interconnexion classique 20, connu également comme système d'interconnexion de liaisons à courant continu, qui est utilisé actuellement pour interconnecter des systèmes électriques (par exemple des compagnies d'électricité différentes ou des réseaux de distribution d'électricité différents) fonctionnant à des fréquences différentes. La figure 1 montre un système d'interconnexion 20 raccordant un système d'alimentation 22 et un système récepteur 24. Le système d'alimentation 22 est raccordé au système d'interconnexion 20 par des lignes 26 destinées à fournir, dans l'exemple représenté, un signal d'entrée triphasé de fréquence F1 (F1 étant la fréquence du système d'alimentation 20). Le système d'interconnexion 20 est connecté par des lignes 28 à un système récepteur 24, les lignes 28 transportant un signal de sortie triphasé de fréquence F2 depuis le système d'interconnexion 20 jusqu'au système récepteur 24 (F2 étant la fréquence du système d'alimentation 20, F2 i F1). Figure 1 shows a conventional interconnection system 20, also known as a DC link interconnection system, which is currently used to interconnect electrical systems (e.g. different power companies or utility distribution networks). different electricity) operating at different frequencies. FIG. 1 shows an interconnection system 20 connecting a supply system 22 and a receiver system 24. The supply system 22 is connected to the interconnection system 20 by lines 26 intended to supply, in the example shown , a three-phase input signal of frequency F1 (F1 being the frequency of the supply system 20). The interconnection system 20 is connected by lines 28 to a receiver system 24, the lines 28 carrying a three-phase output signal of frequency F2 from the interconnection system 20 to the receiver system 24 (F2 being the frequency of the system 20, F2 i F1).
Le système d'interconnexion 20 comprend un redresseur a deux alternances destiné à redresser le signal d'entrée présent sur les lignes 26 de manière à former un signal en courant continu, le signal en courant continu étant appliqué à un circuit transistorisé 30. Le circuit 30 comprend une pluralité de transistors ou commutateurs Cl, C2, ... C6 (considérés collectivement comme étant les commutateurs C), les électrodes de commande des commutateurs C étant actionnés par un dispositif de commande 40. Comme représenté en 42, le dispositif de commande 40 détecte la fréquence et la phase du signal de sortie provenant du système d'interconnexion 20. The interconnection system 20 comprises a two-wave rectifier intended to rectify the input signal present on the lines 26 so as to form a DC signal, the DC signal being applied to a solid-state circuit 30. The circuit 30 comprises a plurality of transistors or switches C1, C2, ... C6 (considered collectively as switches C), the control electrodes of switches C being actuated by a control device 40. As shown at 42, the control 40 detects the frequency and phase of the output signal from the interconnection system 20.
Le système d'interconnexion 20 redresse donc le signal d'entrée en courant alternatif présent sur les lignes 26, de manière à obtenir un signal en courant continu, et inverse ensuite le signal en courant continu de manière à obtenir un signal en courant alternatif (sur les lignes 28) synchronisé avec la fréquence F2 du système récepteur 24. Ceci implique, dans le cas du dispositif de commande 40, soit un actionnement automatique des commutateurs C soit un actionnement manuel de ces commutateurs. Essentiellement, le système d'interconnexion 20 redresse le signal d'entrée, de manière à obtenir un signal en courant continu, puis le rétablit dans une forme hachée à la fréquence d'horloge du système récepteur 24. The interconnection system 20 therefore rectifies the AC input signal present on the lines 26, so as to obtain a DC signal, and then reverses the DC signal so as to obtain an AC signal ( on lines 28) synchronized with the frequency F2 of the receiver system 24. This implies, in the case of the control device 40, either an automatic actuation of the switches C or a manual actuation of these switches. Essentially, the interconnection system 20 rectifies the input signal, so as to obtain a DC signal, then restores it in a chopped form at the clock frequency of the receiver system 24.
Malheureusement, le système d'interconnexion 20 est sujet à des problèmes de fiabilité, spécialement à des défaillances des commutateurs C (les commutateurs C étant coûteux à remplacer). En outre, comme mentionné ci-dessus, le système d'interconnexion 20 ne fonctionne efficacement pour transférer de l'énergie entre les systèmes 22 et 24 que pendant des périodes de temps limitées. En outre encore, le système d'interconnexion 20 est couteux à faire fonctionner, un tel système ou interconnexion de réseau coûtant jusqu'à 200 dollars/kVA. Unfortunately, the interconnection system 20 is subject to reliability problems, especially to failures of switches C (switches C being expensive to replace). Furthermore, as mentioned above, the interconnection system 20 only works effectively to transfer energy between the systems 22 and 24 for limited periods of time. Furthermore, the interconnection system 20 is expensive to operate, such a system or network interconnection costing up to 200 dollars / kVA.
On a utilisé des convertisseurs rotatifs pendant des décennies pour transformer l'énergie électrique ayant une première fréquence constante en une énergie électrique ayant une seconde fréquence constante (par exemple pour faire passer la fréquence de 50 Hz à 60 Hz). Mais les convertisseurs rotatifs fonctionnent continuellement à une vitesse prédéterminée < à des centaines ou des milliers de tours par minute) en agissant comme les moteurs qui en réalité les font tourner. Les convertisseurs rotatifs classiques ne peuvent pas, par conséquent, résoudre le problème d'une interconnexion de deux compagnies d'électricité publiques ou secteurs, dont les fréquences de distribution diffèrentes varient de façon aléatoire. Rotary converters have been used for decades to transform electrical energy having a first constant frequency into electrical energy having a second constant frequency (for example to change the frequency from 50 Hz to 60 Hz). But rotary converters operate continuously at a predetermined speed (hundreds or thousands of revolutions per minute), acting like the motors that actually spin them. Conventional rotary converters cannot, therefore, solve the problem of an interconnection of two public electricity companies or sectors, whose different distribution frequencies vary randomly.
Selon la présente invention, le système d'interconnexion électrique comprend un convertisseur rotatif et un dispositif de commande. Le convertisseur rotatif est couplé à des premier et second systèmes électriques qui présentent une caractéristique électrique différente (par exemple une fréquence ou une phase différente). Le dispositif de commande fait fonctionner , de façon bidirectionnelle, le convertisseur rotatif à une vitesse variable pour transférer de l'énergie du premier système électrique au second système électrique. According to the present invention, the electrical interconnection system comprises a rotary converter and a control device. The rotary converter is coupled to first and second electrical systems which have a different electrical characteristic (for example a different frequency or phase). The controller operates the rotary converter bidirectionally at a variable speed to transfer energy from the first electrical system to the second electrical system.
Le convertisseur rotatif comprend un rotor connecté au premier système électrique, un stator connecté au second système électrique, un actionneur destiné à faire tourner le rotor, et un circuit de rétroaction qui détecte la grandeur de la caractéristique électrique différente. Le dispositif de commande réagit à la grandeur détectée par le circuit de rétroaction en commandant l'actionneur de manière que le rotor soit entraîné en rotation, de façon bidirectionnelle, à une vitesse variable. De façon typique, la vitesse variable n'est pas supérieure à 50 tours par minute du convertisseur rotatif. The rotary converter includes a rotor connected to the first electrical system, a stator connected to the second electrical system, an actuator for rotating the rotor, and a feedback circuit that detects the magnitude of the different electrical characteristic. The control device reacts to the quantity detected by the feedback circuit by controlling the actuator so that the rotor is rotated, bidirectionally, at a variable speed. Typically, the variable speed is not more than 50 rpm of the rotary converter.
Dans certains modes de réalisation, l'actionneur est un moteur et un mécanisme est prévu pour servir d'interface entre le moteur et le rotor. Dans un mode de réalisation particulier, ce mécanisme est une vis sans fin. In some embodiments, the actuator is a motor and a mechanism is provided to act as an interface between the motor and the rotor. In a particular embodiment, this mechanism is an endless screw.
Alors que dans certains modes de réalisation, la caractéristique électrique différente soit la fréquence électrique, dans un des modes de réalisation on fait fonctionner le système comme un transformateur à déphasage. While in some embodiments, the different electrical characteristic is the electrical frequency, in one of the embodiments the system is operated as a phase shift transformer.
Dans le mode de réalisation du transformateur à déphasage, l'ensemble formant rotor ne se déplace pas de plus de 1 90 degrés.In the embodiment of the phase shift transformer, the rotor assembly does not move more than 190 degrees.
Le système d'interconnexion selon la présente invention peut être utilisé dans une sous-station pour connecter des systèmes électriques asynchrones, comme par exemple des premier et second réseaux de puissance ayant des fréquences électriques différentes. Le système d'interconnexion de l'invention non seulement transfère de l'énergie mais peut aussi modifier l'énergie transmise en effectuant un déphasage à l'instant en cours de fonctionnement. The interconnection system according to the present invention can be used in a substation for connecting asynchronous electrical systems, such as for example first and second power networks having different electrical frequencies. The interconnection system of the invention not only transfers energy but can also modify the energy transmitted by effecting a phase shift at the instant during operation.
Le système d'interconnexion électrique selon la présente invention comprend : un convertisseur rotatif destiné à être couplé à un premier système électrique et à un second système électrique, le premier système électrique et le second système électrique présentant une caractéristique électrique différente; et un dispositif de commande qui fait fonctionner de façon bidirectionnelle le convertisseur rotatif à une vitesse variable pour transférer l'énergie du premier système électrique au second système électrique. The electrical interconnection system according to the present invention comprises: a rotary converter intended to be coupled to a first electrical system and to a second electrical system, the first electrical system and the second electrical system having a different electrical characteristic; and a controller that bi-directionally operates the rotary converter at a variable speed to transfer energy from the first electrical system to the second electrical system.
Ce système d'interconnexion électrique présente en outre les caractéristiques suivantes. This electrical interconnection system also has the following characteristics.
- le premier système électrique et le second système électrique fonctionnent à des fréquences électriques différentes;
- il comprend, en outre, un circuit de rétroaction qui détecte la fréquence électrique du premier système électrique et la fréquence électrique du second système électrique, le dispositif de commande ajustant la position angulaire du convertisseur rotatif pour faire concorder la phase du premier système électrique avec la phase du second système électrique;
- le premier système électrique et le second système électrique sont, respectivement, une première compagnie de distribution d'électricité et une seconde compagnie de distribution d'électricité.- the first electrical system and the second electrical system operate at different electrical frequencies;
- it further comprises a feedback circuit which detects the electrical frequency of the first electrical system and the electrical frequency of the second electrical system, the control device adjusting the angular position of the rotary converter to match the phase of the first electrical system with the phase of the second electrical system;
- The first electrical system and the second electrical system are, respectively, a first electricity distribution company and a second electricity distribution company.
La sous-station servant à interconnecter électriquement selon la présente invention un premier système électrique et un second système électrique, le premier système électrique et le second système électrique ayant une caractéristique électrique différente, cette sous-station comprend : un transformateur abaisseur de tension couplé au premier système électrique; un transformateur élévateur de tension couplé au second système électrique; un convertisseur rotatif couplé au transformateur abaisseur de tension et au transformateur élévateur de tension; et un dispositif de commande qui fait fonctionner, de façon bidirectionnelle, le convertisseur rotatif à une vitesse variable pour transférer la puissance du premier système électrique au second système électrique. The substation serving to electrically interconnect according to the present invention a first electrical system and a second electrical system, the first electrical system and the second electrical system having a different electrical characteristic, this substation comprises: a step-down transformer coupled to the first electrical system; a step-up transformer coupled to the second electrical system; a rotary converter coupled to the step-down transformer and the step-up transformer; and a controller that bi-directionally operates the rotary converter at a variable speed to transfer power from the first electrical system to the second electrical system.
Dans cette sous-station le convertisseur rotatif comprend : un rotor connecté à un premier des transformateurs abaisseur de tension et élévateur de tension; un stator connecté à un second des transformateurs abaisseur de tension et élévateur de tension; un actionneur destiné à faire tourner le rotor; un circuit de rétroaction qui détecte l'amplitude de la caractéristique électrique différente; le dispositif de commande réagissant à l'amplitude détectée par le circuit de rétroaction en commandant l'actionneur, ce qui fait que le rotor est entraîné en rotation, de façon bidirectionnelle, à une vitesse variable. In this substation the rotary converter comprises: a rotor connected to a first of the step-down and step-up transformers; a stator connected to a second of the step-down and step-up transformers; an actuator for rotating the rotor; a feedback circuit which detects the amplitude of the different electrical characteristic; the control device reacting to the amplitude detected by the feedback circuit by controlling the actuator, so that the rotor is rotated, bidirectionally, at a variable speed.
L'invention permet de réaliser un système d'interconnexion électrique comprenant : un convertisseur rotatif destiné à être couplé à un premier système électrique et à un second système électrique, le premier système électrique et le second système électrique ayant une caractéristique électrique différente; et un sous-systeme de positionnement angulaire à boucle fermée qui fait fonctionner, de façon. The invention makes it possible to produce an electrical interconnection system comprising: a rotary converter intended to be coupled to a first electrical system and to a second electrical system, the first electrical system and the second electrical system having a different electrical characteristic; and a closed loop angular positioning subsystem which operates so.
bidirectionnelle, le convertisseur rotatif pour transférer la puissance du premier système électrique au second système électrique.bidirectional, the rotary converter to transfer power from the first electrical system to the second electrical system.
Le procédé pour interconnecter deux systèmes électriques, selon la présente invention comprend les étapes consistant à coupler un convertisseur rotatif à un premier système électrique et à un second système électrique, le premier système électrique et le second système électrique ayant une caractéristique électrique différente; et à faire fonctionner le convertisseur rotatif de façon bidirectionnelle et à une vitesse variable pour transférer la puissance du premier système électrique au second système électrique. The method for interconnecting two electrical systems according to the present invention includes the steps of coupling a rotary converter to a first electrical system and a second electrical system, the first electrical system and the second electrical system having a different electrical characteristic; and operating the rotary converter bidirectionally and at a variable speed to transfer power from the first electrical system to the second electrical system.
Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description donnée ci-après de modes de réalisation préférés pour lesquels on se réfèrera aux dessins annexés, sur lesquels:
la figure 1 est une vue schématique d'un système d'interconnexion classique de réseaux à courant continu utilisé pour interconnecter des systèmes électriques fonctionnant à des fréquences différentes;
la figure 2 est une vue partiellement schématique et partiellement en perspective d'un système d'interconnexion d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention;
la figure 3A est une vue de côté d'un système d'interconnexion d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention qui utilise une vis sans fin;
la figure 3B est une vue de dessus du système d'interconnexion d'énergie électrique de la figure 3A;
la figure 4 est une vue schématique d'une sous-station destinée à une interconnexion électrique d'un premier système électrique à un second système électrique;
la figure 5 est un graphique montrant les exigences couple-commande du système d'interconnexion d'énergie électrique de la présente invention; et
la figure 6 est un graphique montrant une courbe de possibilité du système d'interconnexion d'énergie électrique de la présente invention.The above objects, characteristics and advantages as well as other objects, characteristics and advantages of the invention will appear in the description given below of preferred embodiments for which reference will be made to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a schematic view of a conventional interconnection system of direct current networks used to interconnect electrical systems operating at different frequencies;
Figure 2 is a partially schematic and partially perspective view of an electrical energy interconnection system according to an embodiment of the invention;
FIG. 3A is a side view of an electrical energy interconnection system according to an embodiment of the invention which uses a worm;
Figure 3B is a top view of the electrical energy interconnection system of Figure 3A;
Figure 4 is a schematic view of a substation for electrical interconnection of a first electrical system to a second electrical system;
Figure 5 is a graph showing the torque-control requirements of the electrical power interconnection system of the present invention; and
FIG. 6 is a graph showing a possibility curve of the electrical energy interconnection system of the present invention.
La figure 2 montre un système 100 d'interconnexion d'énergie électrique qui comprend un ensemble 102 formant convertisseur rotatif et un dispositif de commande 104. FIG. 2 shows an electrical energy interconnection system 100 which comprises an assembly 102 forming a rotary converter and a control device 104.
Comme décrit de façon plus détaillée ci-après, l'ensemble 102 formant convertisseur rotatif est connecté par des lignes triphasées RA, RB, RC à un premier système électrique et par des lignes triphasées SA, SB et SC à un second système électrique. Comme expliqué également ci-après, le premier système électrique et le second système électrique ont des caractéristiques électriques différentes.As described in more detail below, the assembly 102 forming a rotary converter is connected by three-phase lines RA, RB, RC to a first electrical system and by three-phase lines SA, SB and SC to a second electrical system. As also explained below, the first electrical system and the second electrical system have different electrical characteristics.
L'ensemble 102 formant convertisseur rotatif comprend à la fois un sous-ensemble de rotor 110 et un stator 112. Le sous-ensemble de rotor 110 comprend des bagues 114 de collecteur (connues également sous la désignation de bagues collectrices), une section 116 de cage de rotor et une section 118 d'entraînement de rotor. Les lignes triphasées
RA, RB, RC s'étendant depuis le premier système électrique sont connectées aux bagues 114 de collecteur et les lignes triphasées SA, SB et SC s'étendant jusqu'au second système électrique sont connectées au stator 112.The assembly 102 forming a rotary converter comprises both a rotor sub-assembly 110 and a stator 112. The rotor sub-assembly 110 comprises collector rings 114 (also known under the designation of slip rings), a section 116 rotor housing and a rotor drive section 118. Three-phase lines
RA, RB, RC extending from the first electrical system are connected to the collector rings 114 and the three-phase lines SA, SB and SC extending to the second electrical system are connected to the stator 112.
Comme représenté sur la figure 2 et comme le comprendra l'homme de métier, dans le mode de réalisation illustré, l'ensemble 102 formant convertisseur rotatif comprend des secteurs d'enroulement couvrant 60 degrés de phase, les enroulements du rotor étant référencés RA+, RC-, RB+, RA-,
RC+ et RB- et les enroulements de stator étant référencés
SA+, SC-, SB+, SA-, SC+ et SB-. On comprendra que l'invention n'est pas limitée à un système de secteurs d'enroulement de 60 degrés de phase mais que le principe de l'invention peut être appliqué à des ensembles formant convertisseur rotatif comportant deux phases et un nombre plus grand de phases
L'ensemble 110 de rotor peut tourner autour de son axe RX à la fois dans le sens horaire CW et dans le sens antihoraire CCW. La rotation de l'ensemble 110 de rotor est effectuée par une section 118 d'entraînement de rotor,
La section 118 d'entraînement de rotor est représentée symboliquement sur la figure 2 sous la forme d'une section toroïdale montée sur l'ensemble 110 de rotor. Ainsi, la section 118 d'entraînement de rotor de la figure 2 représente, d'une façon générale, diverses variantes et différents types de mécanismes d'entraînement destinés à faire tourner l'ensemble 110 de rotor. Dans certains modes de réalisation, la section 118 d'entraînement de rotor comprend un actionneur et un certain type de mécanisme de transmission ou liaison (par exemple un engrenage) qui sert d'interface avec l'ensemble 110 de rotor. Par exemple, dans un des modes de réalisation, la section 118 d'entraînement de rotor comprend un mécanisme d'entraînement à vis sans fin, comme représenté sur la figure 3A et sur la figure 3B et décrit ci-après. Dans d'autres modes de réalisation, la section 118 d'entraînement de rotor comprend un actionneur, comme par exemple un moteur pas-å-pas agissant par l'intermédiaire d'un pignon radial (par exemple un pignon droit), un actionneur hydraulique faisant tourner un pignon se trouvant sur l'ensemble 110 de rotor, ou un actionneur pneumatique faisant tourner un pignon se trouvant sur l'ensemble 110 de rotor. N'importe quel mécanisme d'entraînement approprié peut être utilisé comme section 118 d'entraînement de rotor pourvu qu'il soit compatible avec la position angulaire en boucle fermée de l'ensemble 110 de rotor, comme décrit dans le présent exposé.As shown in FIG. 2 and as will be understood by a person skilled in the art, in the illustrated embodiment, the assembly 102 forming a rotary converter comprises winding sectors covering 60 degrees of phase, the windings of the rotor being referenced RA +, RC-, RB +, RA-,
RC + and RB- and the stator windings being referenced
SA +, SC-, SB +, SA-, SC + and SB-. It will be understood that the invention is not limited to a system of winding sectors of 60 degrees of phase but that the principle of the invention can be applied to assemblies forming a rotary converter comprising two phases and a greater number of phases
The rotor assembly 110 can rotate about its axis RX both clockwise CW and counterclockwise CCW. The rotor assembly 110 is rotated by a rotor drive section 118,
The rotor drive section 118 is symbolically shown in Figure 2 as a toroidal section mounted on the rotor assembly 110. Thus, the rotor drive section 118 of Figure 2 generally represents various variants and different types of drive mechanisms for rotating the rotor assembly 110. In some embodiments, the rotor drive section 118 includes an actuator and some type of transmission or linkage mechanism (e.g., a gear) that interfaces with the rotor assembly 110. For example, in one embodiment, the rotor drive section 118 includes a worm drive mechanism, as shown in Figure 3A and Figure 3B and described below. In other embodiments, the rotor drive section 118 includes an actuator, such as, for example, a stepping motor acting via a radial pinion (for example a spur gear), an actuator hydraulic rotating a pinion located on the rotor assembly 110, or a pneumatic actuator rotating a pinion located on the rotor assembly 110. Any suitable drive mechanism can be used as the rotor drive section 118 as long as it is compatible with the closed loop angular position of the rotor assembly 110, as described herein.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, le dispositif de commande 104 actionne de façon bidirectionnelle l'ensemble 110 de rotor (par l'intermédiaire de la section 118 d'entraînement de rotor) à une vitesse variable pour transférer de l'énergie du premier système électrique au second système électrique. Ainsi, contrairement aux convertisseurs rotatifs classiques, l'ensemble 110 de rotor n'est pas entraîné en rotation à une vitesse angulaire constante mais, par contre, est entraîné en rotation à une vitesse angulaire qui varie continuellement selon ce qui est demandé par le dispositif 104 de commande. En outre, on obtient une vitesse angulaire bidirectionnelle car l'ensemble 110 de rotor peut tourner à la fois dans le sens horaire CW et dans le sens anti-horaire CCW, comme représenté sur la figure 2. As mentioned above, the controller 104 bi-directionally actuates the rotor assembly 110 (via the rotor drive section 118) at a variable speed to transfer energy from the first electrical system to the second electrical system. Thus, unlike conventional rotary converters, the rotor assembly 110 is not rotated at a constant angular speed but, on the other hand, is rotated at an angular speed which varies continuously depending on what is requested by the device 104 command. In addition, a bidirectional angular speed is obtained since the rotor assembly 110 can rotate both clockwise CW and CCW anticlockwise, as shown in FIG. 2.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif de commande 104 fait partie d'un circuit de rétrocaction qui contrôle une ou plusieurs caractéristiques électriques sélectionnées à la fois du premier système électrique et du second système électrique, comme indiqué par les conducteurs 130, 132 de contrôle par rétroaction connectés, respectivement, aux capteurs 131, 133 Lors de la comparaison de la ou des caractéristiques électriques sélectionnées, le dispositif de commande 104 engendre un signal d'entraînement qui est appliqué, par l'intermédiaire de la ligne 134, à la section 118 d'entraînement de rotor. As can be seen in Figure 2, the controller 104 is part of a feedback circuit which controls one or more selected electrical characteristics of both the first electrical system and the second electrical system, as indicated by the conductors 130 , 132 for feedback control connected, respectively, to the sensors 131, 133 When comparing the selected electrical characteristic (s), the control device 104 generates a drive signal which is applied, via the line 134 , in section 118 rotor drive.
Le sens (par exemple la polarité) et l'amplitude du signal d'entraînement appliquée à la ligne 134 sont utilisés par la section 118 d'entraînement de rotor pour ajuster angulairement l'ensemble 110 de rotor. Le sens du signal d'entraînement appliqué à la ligne 134 détermine si oui ou non l'ensemble 110 de rotor doit tourner dans le sens horaire CW ou dans le sens anti-horaire CCW; l'amplitude du signal d'entraînement appliqué à la ligne 134 détermine la grandeur de la rotation. Par exemple, grâce à un sens et à une amplitude appropriés du signal d'entraînement appliqué à la ligne 134, le dispositif de commande 104 peut faire tourner l'ensemble 110 de rotor lentement dans le sens horaire CW puis le faire tourner lentement en sens inverse (dans le sens anti-horaire CCW) et peut-être même l'arrêter jusqu'à ce que les circonstances justifient que la rotation se prolonge (soit dans le sens horaire CW, soit dans le sens anti-horaire CCW).The direction (e.g., polarity) and amplitude of the drive signal applied to line 134 are used by the rotor drive section 118 to angularly adjust the rotor assembly 110. The direction of the drive signal applied to line 134 determines whether or not the rotor assembly 110 should rotate clockwise CW or counterclockwise CCW; the magnitude of the drive signal applied to line 134 determines the magnitude of the rotation. For example, by means of an appropriate direction and amplitude of the drive signal applied to line 134, the controller 104 can rotate the rotor assembly 110 slowly clockwise CW and then rotate it slowly in the direction reverse (counterclockwise CCW) and maybe even stop it until the circumstances justify that the rotation continues (either clockwise CW or counterclockwise CCW).
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les premier et second systèmes électriques présentent des plages différentes de fréquences électriques, les fréquences, dans chaque système électrique, "vagabondant" à l'intérieur de leurs plages respectives. Par exemple, à un moment donné, le premier système électrique fonctionne à une première fréquence tandis que le second système électrique fonctionne à une seconde fréquence
Dans ce mode de réalisation, le dispositif 104 de commande de système surveille les fréquences électriques des premier et second systèmes électriques en utilisant le circuit de rétroaction qui comprend des lignes 130 et 132 de surveillance. Dans le mode de réalisation représenté, les capteurs 131 et 133 sont des capteurs de fréquence. Durant la surveillance de la fréquence électrique, le dispositif de commande 104 émet son signal d'entraînement sur la ligne 134 pour ajuster la position angulaire du convertisseur rotatif de manière à faire concorder la phase du premier système électrique avec la phase du second système électrique, En d'autres termes, le dispositif de commande 104 maintient un asservissement ou synchronisation de phase entre le premier système électrique et le second système électrique. De façon idéale, quand les systèmes sont en concordance, la différence de phase entre les systèmes est de 00. I1 incombe au dispositif de commande 104 d'assurer un déphasage électrique en fonction du temps qui compense toute différence entre les deux systèmes. Quand il existe une concordance au temps tO il existe l'égalité suivante:
Fl(t0)*t0 + phase 1 = F2(tO)*tO + phase 2 où Fl Fl(t) et F2 F2(t) représentent les fréquences des premier et second systèmes électriques respectifs en fonction du temps.In the embodiment illustrated in FIG. 2, the first and second electrical systems have different ranges of electrical frequencies, the frequencies, in each electrical system, "wandering" within their respective ranges. For example, at a given time, the first electrical system operates at a first frequency while the second electrical system operates at a second frequency
In this embodiment, the system controller 104 monitors the electrical frequencies of the first and second electrical systems using the feedback circuit which includes monitoring lines 130 and 132. In the embodiment shown, the sensors 131 and 133 are frequency sensors. During the monitoring of the electrical frequency, the control device 104 emits its drive signal on the line 134 to adjust the angular position of the rotary converter so as to make the phase of the first electrical system match the phase of the second electrical system, In other words, the control device 104 maintains a phase control or synchronization between the first electrical system and the second electrical system. Ideally, when the systems are in agreement, the phase difference between the systems is 00. It is the responsibility of the control device 104 to provide an electrical phase shift as a function of time which compensates for any difference between the two systems. When there is a concordance at time tO there is the following equality:
Fl (t0) * t0 + phase 1 = F2 (tO) * tO + phase 2 where Fl Fl (t) and F2 F2 (t) represent the frequencies of the first and second respective electrical systems as a function of time.
Pour tous les instants subséquents t supérieurs à tO, le dispositif de commande 104 doit effectuer une commande en fonction d'une phase m(t) de telle sorte que
Fl(t)*t + phase 1 + phase m(t) = F2 < t) *t + phase 2 ou
phase m(t) = F2(t)*t + phase 2 - Fl(t)*t - phase 1
Dans les expressions ci-dessus, la phase représente une phase électrique. Dans le cas où il existe plus de deux pôles, la relation entre les degrés mécaniques de l'ensemble 110 de rotor et les degrés électriques est
degrés mécaniques = 2/nombre de pôles * degrés électriques
On obtient le déphasage en déplaçant l'ensemble 110 de rotor par rapport au stator 120. La position angulaire de l'ensemble 110 de rotor peut être maintenue à volonté en avance ou en retard. On obtient le déphasage en changeant la position angulaire du rotor et en modifiant ainsi les inductances mutuelles parmi les phases du système d' interconnexion 100.For all subsequent instants t greater than t0, the control device 104 must carry out a command as a function of a phase m (t) so that
Fl (t) * t + phase 1 + phase m (t) = F2 <t) * t + phase 2 or
phase m (t) = F2 (t) * t + phase 2 - Fl (t) * t - phase 1
In the expressions above, the phase represents an electrical phase. In the case where there are more than two poles, the relationship between the mechanical degrees of the rotor assembly 110 and the electrical degrees is
mechanical degrees = 2 / number of poles * electrical degrees
The phase shift is obtained by moving the rotor assembly 110 relative to the stator 120. The angular position of the rotor assembly 110 can be maintained at will in advance or in delay. The phase shift is obtained by changing the angular position of the rotor and thus modifying the mutual inductances among the phases of the interconnection system 100.
Le nombre de pôles (NP) du convertisseur rotatif 102 dépend, de façon typique, des paramètres du système, tels que le nombre d'entrefers possible. Toutefois, le nombre de pôles (NP) du système influence le nombre de degrés mécaniques (NMD) du déplacement angulaire du rotor qui est nécessaire pour transférer l'énergie pour une différence de fréquence électrique donnée (EFD), comme indiqué par l'expression NMD = 2 * EFD/NP. Un nombre élevé de pôles (NP élevé) peut ainsi réduire considérablement le nombre de degrés mécaniques (NMD) de déplacement angulaire nécessaire pour obtenir le déphasage électrique. Par exemple, un déphasage électrique de -30 à +30 degrés ne représente que -2 à +2 degrés de déplacement mécanique sur un moteur à rotor bobiné comportant 30 pôles. En réduisant l'angle mécanique de déplacement, on peut réduire considérablement les forces nécessaires ou, inversement, augmenter considérablement le temps de réponse pour obtenir le déphasage désiré. The number of poles (NP) of the rotary converter 102 typically depends on system parameters, such as the number of air gaps possible. However, the number of poles (NP) in the system influences the number of mechanical degrees (NMD) of the angular displacement of the rotor that is required to transfer energy for a given electrical frequency difference (EFD), as indicated by the expression NMD = 2 * EFD / NP. A high number of poles (high NP) can thus considerably reduce the number of mechanical degrees (NMD) of angular displacement necessary to obtain the electrical phase shift. For example, an electrical phase shift from -30 to +30 degrees represents only -2 to +2 degrees of mechanical displacement on a wound rotor motor comprising 30 poles. By reducing the mechanical angle of displacement, it is possible to considerably reduce the forces required or, conversely, considerably increase the response time to obtain the desired phase shift.
La figure 3A et la figure 3B montrent un système 100 d'interconnexion d'énergie électrique comportant une section spécifique 118' d'entraînement de rotor. La section 118' d'entraînement de rotor utilise une vis sans fin 160 engrènant avec un pignon radial 162 de rotor comme moyen de liaison mécanique et utilise, en outre, un dispositif d'entraînement asservi 164 à vis sans fin (par exemple un moteur pas-à-pas) comme actionneur. De plus, la figure 3A et la figure 3B montrent une structure de montage spécifique d'ensemble 110 de rotor, particulièrement un palier de butée et un palier radial 170 et un palier radial supérieur 172 qui facilitent à la fois la mise en place et la rotation de l'ensemble 110 de rotor. Un avantage de la section 118' d'entraînement de rotor réside dans le fait que l'entraînement par vis sans fin a tendance à un autoblocage,
Si son dispositif d'entraînement asservi associé 164 ne parvient pas à tourner, l'ensemble 110 de rotor se trouve bloqué en position jusqu'à ce que l'erreur de phase électrique atteigne 360 degrés. A ce moment, un agencement de relais de protection isole de la ligne le système d'interconnexion 110.FIG. 3A and FIG. 3B show an electrical energy interconnection system 100 comprising a specific section 118 'of rotor drive. The rotor drive section 118 'uses a worm gear 160 meshing with a radial rotor gear 162 as a mechanical connection means and further uses a worm drive servo device 164 (e.g. a motor step by step) as an actuator. In addition, FIG. 3A and FIG. 3B show a specific mounting structure for the rotor assembly 110, in particular a thrust bearing and a radial bearing 170 and an upper radial bearing 172 which facilitate both the positioning and the rotation of the rotor assembly 110. An advantage of the rotor drive section 118 'is that the worm drive tends to self-lock,
If its associated servo drive 164 fails to rotate, the rotor assembly 110 is locked in position until the electrical phase error reaches 360 degrees. At this time, a protective relay arrangement isolates the interconnection system 110 from the line.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, dans d'autres modes de réalisation on utilise d'autres types de mécanismes pour la section 118 d'entraînement de rotor. Tandis que la section 118' d'entraînement de rotor de la figure 3A et de la figure 3B assure une liaison solide de l'ensemble 110 de rotor à la vis sans fin 160, il n'est pas indispensable que cette liaison solide soit adoptée pour d'autres modes de réalisation. Par exemple, dans un des modes de réalisation, on insère un système ressort de torsion/amortisseur entre la vis sans fin 160 et l'ensemble 110 de rotor pour régler les forces dynamiques mécaniques. Dans un tel système, la section 118' d'entraînement de rotor du type à vis sans fin décale la phase (par exemple de 20 degrés électriques) puis la combinaison de l'énergie électrique et de l'énergie mécanique est accordée pour concorder avec les constantes de temps de la charge qui est appliquée. Le résultat est une puissance d'entrée uniforme sur le côté secteur ou compagnie de distribution d'électricité d'utilisation et une stabilisation de la charge du système. As mentioned above, in other embodiments other types of mechanisms are used for the rotor drive section 118. While the rotor drive section 118 'of Figure 3A and Figure 3B provides a solid connection of the rotor assembly 110 to the worm 160, it is not essential that this solid connection is adopted for other embodiments. For example, in one embodiment, a torsion spring / damper system is inserted between the worm 160 and the rotor assembly 110 to adjust the dynamic mechanical forces. In such a system, the worm-type rotor drive section 118 'shifts the phase (for example 20 electrical degrees) and then the combination of electrical and mechanical energy is tuned to match the time constants of the applied load. The result is uniform input power on the utility or utility side and stabilization of the system load.
Dans les exemples décrits ci-dessus, la caractéristique électrique qui diffèrait pour les deux systèmes électriques était la fréquence. On comprendra qu'avec certaines modifications, on peut adapter le système d'interconnexion 100 de manière qu'il serve de transformateur de déphasage pour décaler uniquement l'angle de phase. Dans ce mode de réalisation adapté, les bagues 114 de collecteur sont remplacées par un fil de Litz suspendu, et l'ensemble 102 de rotor ne se déplace pas de + 90 degrés. On insère facultativement des vérins pneumatiques ou hydrauliques à la place du système de ressort de torsion/amortisseur décrit ci-dessus. Les vérins appliquent des saccades à l'ensemble de rotor dans une plage voulue allant de +X à -X degrés (par exemple X étant inférieur ou égal à 90 degrés) plutôt que de faire tourner l'ensemble 110 de rotor. Un tel mode de réalisation est particulièrement efficace pour un transformateur de déphasage ordinaire qui peut rapidement modififer le déphasage (par exemple en un laps de temps de 100 millisecondes ou moins). Les forces utilisées pour appliquer les saccades sont maintenues à un niveau praticable grâce au grand nombre de pôles dans la machine et grâce à des paliers hydrodynamiques. Plus le nombre de pôles est grand1 plus le déplacement angulaire nécessaire pour atteindre le décalage électrique est faible. Plus le déplacement est faible, plus l'accélération angulaire est faible et, de ce fait, plus la force nécessaire pour effectuer un certain changement de position en un temps donné exigé est faible. I1 existe des limitations à la réduction des degrés mécaniques à l'aide de la technique d'augmentation du nombre de pôles, particulièrement les limitations de capacité d'enroulement et la résolution angulaire requise de la vis sans fin 160. In the examples described above, the electrical characteristic that differed for the two electrical systems was the frequency. It will be understood that with certain modifications, it is possible to adapt the interconnection system 100 so that it serves as a phase shift transformer to shift only the phase angle. In this suitable embodiment, the collector rings 114 are replaced by a suspended Litz wire, and the rotor assembly 102 does not move by + 90 degrees. Pneumatic or hydraulic cylinders are optionally inserted in place of the torsion spring / shock absorber system described above. The jacks apply jerks to the rotor assembly in a desired range of + X to -X degrees (e.g. X being less than or equal to 90 degrees) rather than rotating the rotor assembly 110. Such an embodiment is particularly effective for an ordinary phase shift transformer which can quickly modify the phase shift (for example in a period of time of 100 milliseconds or less). The forces used to apply the jerks are maintained at a practicable level thanks to the large number of poles in the machine and thanks to hydrodynamic bearings. The greater the number of poles1, the smaller the angular displacement necessary to reach the electrical offset. The lower the displacement, the lower the angular acceleration and, therefore, the lower the force required to effect a certain change of position in a given time. There are limitations to the reduction of mechanical degrees using the technique of increasing the number of poles, particularly the limitations of winding capacity and the required angular resolution of the worm 160.
La figure 4 montre l'incorporation, dans une sous-station 200, du système 100 d'interconnexion d'énergie électrique selon la présente invention. Cette sous-station interconnecte électriquement un premier système électrique 222 et un second système électrique 224. On comprendra que le premier système électrique 222 et le second système électrique 224 présentent une ou des caractéristiques électriques différentes, en particulier une fréquence électrique. Par exemple, le premier système électrique 222 peut être un réseau d'utilisation ou compagnie de distribution d'électricité Ouest (référencé "Ouest") tandis que le second système électrique 224 peut être un réseau d'utilisation ou compagnie de distribution délectricité Est (référencé "Est"). Dans l'illustration de la figure 4, les deux systèmes/réseaux d'utilisation Est et Ouest fonctionnent sous une tension de 230 kV. FIG. 4 shows the incorporation, in a substation 200, of the electrical energy interconnection system 100 according to the present invention. This substation electrically interconnects a first electrical system 222 and a second electrical system 224. It will be understood that the first electrical system 222 and the second electrical system 224 have one or more different electrical characteristics, in particular an electrical frequency. For example, the first electrical system 222 can be a network of use or distribution company of electricity West (referenced "West") while the second electrical system 224 can be a network of use or distribution company of electricity East ( referenced "East"). In the illustration in Figure 4, the two systems / networks for use East and West operate at a voltage of 230 kV.
L'énergie fournie par le système Ouest 222 pénètre dans la sous-station 200 de la figure 4 par l'intermédiaire d'un condensateur 230 de puissance (de 20 Mvar) monté en série, et sa tension est abaissée de 230 kV à 15 kV par l'intermédiaire d'un transformateur 232 abaisseur de tension du type génératrice de 100 MVA, L'énergie dont la tension est abaissée et qui arrive du transformateur 232 est appliquée, par l'intermédiaire de la ligne d'entrée 234, au convertisseur rotatif 102 du système d'interconnexion 100. The energy supplied by the West system 222 enters the substation 200 of FIG. 4 via a power capacitor 230 (of 20 Mvar) connected in series, and its voltage is lowered from 230 kV to 15 kV via a transformer 232 step-down of the generator type of 100 MVA, The energy whose voltage is lowered and which arrives from the transformer 232 is applied, via the input line 234, to the rotary converter 102 of the interconnection system 100.
Comme représenté sur la figure 2, la ligne d'entrée 234 est en réalité consti surveille les fréquences à la fois du système Est 224 et du système Ouest 222 à mesure que ces fréquences "vagabondent", c'est-à-dire varient à l'intérieur de leurs plages de fréquences différentes et respectives. A mesure qu'il surveille les fréquences différentes, le dispositif de commande 104 génère un signal d'entraînement pour ajuster la position angulaire de l'ensemble 110 de rotor de manière que la puissance électrique puisse être transmise du système 222 au système 224.As shown in Figure 2, the input line 234 is actually constructed to monitor the frequencies of both the East system 224 and the West system 222 as these frequencies "wander", that is, vary from within their respective and different frequency ranges. As it monitors different frequencies, the controller 104 generates a drive signal to adjust the angular position of the rotor assembly 110 so that electrical power can be transmitted from system 222 to system 224.
En ce qui concerne le point ci-dessus, si le système
Ouest 222 opérait à une fréquence de 59,9 Hz et le système
Est 224 opérait à une fréquence de 60,1 Hz, le système d'interconnexion 100 nécessiterait une variation de 0,2 Hz pour transférer l'énergie du système Ouest 222 au système
Est 224. Pour un dispositif à 2 pôles, la vitesse de rotation requise pour un convertisseur rotatif 102 serait égale à 120*(0,2)/1 = 12 tours par minute. Compte tenu du fait que ces fréquences fluctuent ou varient aussi, le convertisseur rotatif 102 devrait aussi être capable d'une vitesse égale à ' 0,50 Hz, c'est-à-dire une plage de vitesses allant de +30 à -30 tours par minute pour un système équivalent à 2 pôles.Regarding the above point, if the system
Ouest 222 operated at a frequency of 59.9 Hz and the system
East 224 operated at a frequency of 60.1 Hz, the interconnection system 100 would require a variation of 0.2 Hz to transfer energy from the West system 222 to the system
Est 224. For a 2-pole device, the rotational speed required for a rotary converter 102 would be equal to 120 * (0.2) / 1 = 12 revolutions per minute. In view of the fact that these frequencies also fluctuate or vary, the rotary converter 102 should also be capable of a speed equal to '0.50 Hz, i.e. a range of speeds from +30 to -30 revolutions per minute for a system equivalent to 2 poles.
Dans la représentation de la figure 4, le dispositif de commande 104 est un convertisseur de commande de couple de 1 Mw et, dans un des modes de réalisation, comprend un convertisseur rotatif comme un des exemples d'un système d'entraînement de précision. In the representation of FIG. 4, the control device 104 is a 1 Mw torque control converter and, in one of the embodiments, includes a rotary converter as one of the examples of a precision drive system.
Alors que le système 20 d'interconnexion de liaisons à courant continu de la figure 1 impose des coûts d'environ 200 dollars/kw, le système d'interconnexion 100 de le présente invention ne coûte qu'environ 100 dollars/kw. While the DC interconnection system 20 of Figure 1 imposes costs of about $ 200 / kw, the interconnection system 100 of the present invention costs only about $ 100 / kw.
La figure 5 montre la relation linéaire entre la puissance de commande et la fréquence de glissement (fl-f2) entre les premier et second systèmes électriques. Pour une puissance constante fournie à la machine et des facteurs de puissance de charge constants, le couple électromagnétique développé est constant. A mesure que le glissement entre les systèmes augmente, le nombre de tours par minute nécessaires pour atteindre une concordance augmente et le produit du couple par la vitesse est la puissance requise par le système d'entraînement. Figure 5 shows the linear relationship between the control power and the slip frequency (fl-f2) between the first and second electrical systems. For constant power supplied to the machine and constant load power factors, the electromagnetic torque developed is constant. As the slip between systems increases, the number of revolutions per minute required to reach a match increases and the product of torque by speed is the power required by the drive system.
La figure 6 montre les courbes de possibilités pratiques du système d'entraînement de la présente invention. Les limitations indiquées sur l'axe vertical sont désignées "fréquence de glissement" qui représente la puissance maximale du système d'entraînement reversible. La relation entre le glissement et la puissance a été représentée sur la figure 5. La "Puissance traversante" est une caractéristique thermique de la machine si le couple maximum est fourni par un système d'entraînement électromécanique (par exemple une caractéristique de poussée maximale pour un palier de vis sans fin). La "Puissance traversante" est essentiellement limitée par le matériau, que ce soit la classe de l'isolation pour un enroulement ou bien une contrainte permise par le matériau. Figure 6 shows the practical possibility curves of the drive system of the present invention. The limitations indicated on the vertical axis are designated "slip frequency" which represents the maximum power of the reversible drive system. The relationship between slip and power has been shown in Figure 5. The "through power" is a thermal characteristic of the machine if the maximum torque is supplied by an electromechanical drive system (for example a maximum thrust characteristic for a worm bearing). The "through power" is essentially limited by the material, whether it is the class of insulation for a winding or a stress allowed by the material.
De façon avantageuse, le système d'interconnexion 100 de la présente invention effectue un déphasage continu par commande de l'angle du rotor (c'est-à-dire la position angulaire de l'ensemble 110 de rotor), Le système d'interconnexion 100 permet un ajustement continu de la phase électrique grâce à sa rotation possible de 360 degrés, ce qui fait du système un convertisseur synchrone à très faible fréquence. En outre, le système d'interconnexion 100 peut être décalé, de façon répétée, sur des décalages importants pour effectuer des déphasages électriques très grands en présence d'une condition de puissance variant rapidement dans laquelle se trouve un grand système,
Alors que les convertisseurs synchrones typiques tournent à une vitesse angulaire unidirectionnelle constante de plusieurs centaines ou de plusieurs milliers de tours par minute, le convertisseur rotatif 102 du système d'interconnexion 100 tourne en sens horaire ou en sens antihoraire à moins de 50 tours par minute. I1 est possible d'atteindre une commande dans des limites de 0,01 degré électrique sur une base continue en 100 ms ou six cycles à 60 Hz.Advantageously, the interconnection system 100 of the present invention performs a continuous phase shift by controlling the angle of the rotor (that is to say the angular position of the rotor assembly 110). interconnection 100 allows a continuous adjustment of the electric phase thanks to its possible rotation of 360 degrees, which makes the system a synchronous converter at very low frequency. In addition, the interconnection system 100 can be offset, repeatedly, over significant offsets to effect very large electrical phase shifts in the presence of a rapidly varying power condition in which there is a large system,
While typical synchronous converters rotate at a constant unidirectional angular speed of several hundred or several thousand revolutions per minute, the rotary converter 102 of interconnection system 100 rotates clockwise or counterclockwise at less than 50 revolutions per minute . It is possible to reach a command within limits of 0.01 electrical degree on a continuous basis in 100 ms or six cycles at 60 Hz.
Le systéme d'interconnexion 100 fournit une commande de déphasage précise et fiable avec la possibilité de suivre le glissement de fréquence et de commander la phase dans les quatre quadrants de la commande. Ainsi, le système d'interconnexion 100 non seulement transfère la puissance mais peut aussi modifier la puissance transmise par exécution d'un déphasage à volonté en cours de fonctionnement. The interconnection system 100 provides a precise and reliable phase shift control with the possibility of monitoring the frequency slip and of controlling the phase in the four quadrants of the control. Thus, the interconnection system 100 not only transfers the power but can also modify the power transmitted by executing a phase shift at will during operation.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus le système d'interconnexion 100 du point de vue de sa fonction d'interconnexion, le système d'interconnexion 100 peut aussi servir de système de stockage d'énergie. Le système d'interconnexion 100 peut être utilisé pour stocker de l'énergie soit par induction soit par inertie d'énergie rotatoire, afin d'établir une moyenne des charges pulsées importantes, similaires à celles présentes dans les fours de fusion à arc pour le traitement de l'acier. Although the interconnection system 100 has been described above from the point of view of its interconnection function, the interconnection system 100 can also serve as an energy storage system. The interconnection system 100 can be used to store energy either by induction or by rotary energy inertia, in order to establish an average of the large pulsed charges, similar to those present in arc melting furnaces for the steel processing.
I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. Par exemple, alors que dans la description qui précède un système électrique d'alimentation a été décrit comme étant connecté à des bagues 114 de collecteur et qu'un système électrique récepteur a été décrit comme étant connecté à un stator 112, on comprendra que ces connexions pourraient être inversées. It is understood that the foregoing description has been given purely by way of non-limiting illustration and that variants or modifications may be made thereto within the framework of the present invention. For example, while in the above description an electrical supply system has been described as being connected to collector rings 114 and a receiving electrical system has been described as being connected to a stator 112, it will be understood that these connections could be reversed.
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