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"PROCEDE D'ACCROCHAGE DES GROUPES SYNCHRONES EN CASCADE"
Les groupes synchrones en cascade composés d'une machine du type asynchrone dont le rotor est relié en cascade, mécani- quement et électriquement avec l'induit d'une machine du type synchrone jouissent de la propriété que leur mise en marche peut être effectuée comme celle d'un moteur asynchrone ordinaire. A cet effet on relie, par exemple, trois phases du rotor asynchrone à une résistance de démarrage triphasée par l'intermédiaire de trois bagues munies de frotteurs.
La mise au synchronisme exact, qui correspond comme on sait au nombre total de pôles des deux machines, et l'accrocha- ge du groupe sont réalisés, soi par tâtonnement d'une façon
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analogue à la mise en parallèle d'alternateurs, soit automatiquement en employant l'un des procédés décrits dans le brevet belge prin- cipal N 243.527 du 28 Février 1912, au nom des "Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi", pour "Procédé de démarrage des groupes encascade" et dans les brevets de perfectionnement y rattachés N 252.704-déposé le 13 Janvier 1913 @ N 254.900 - déposé le 21 Mars 1913 et N 313.534 - déposé le 13 Octobre 1923.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé per- mettant de réaliser automatiquement la mise au synchronisme des groupes cascades synchrones et consistant à. faire entrainer par le groupe un moteur asynchrone auxiliaire alimenté par le rotor de la machine asynchrone du groupe et atteignant son synchronisme quand le groupe a sa vitesse synchrone.
Sur le dessin ci-annexé auquel on se réfère dans la descrip- tion qui va suivre il est représenté schématiquement, à titre d' exemple, une commutatrice en cascade composée d'un moteur asynchro- ne dont le rotor est calé sur le même arbre que l'induit d'une génératrice à courant continu jouant le rôle de machine synchrone auquel il est relié électriquement.
Dans cette figure : p est l'interrupteur principal.
S indique les enroulements du stator et R les enroulements du rotor du moteur asynchrone. Ces derniers sont reliés: - d'une part à l'induit G de la génératrice, dont F repré- sente les électros réglables par un rhéostat Rc.
- d'autre part au moyen de bagues b à un rhéostat de démar- rage Rt sur lequel un voltmétre V permet d'apprécier le moment où le groupe est accroché.
Sur l'arbre du groupe est calé le rotor B d'un moteur asynchrone auxiliaire dont le stator A est alimenté par les bagues b par l'intermédiaire d'un interrupteur C. Ce moteur asynchrone auxiliaire a un nombre de pôles tel qu'il atteigne son synchronisme lorsque le groupe a sa vitesse synchrone. Si le moteur asynchrone auxiliaire, est calé sur l'arbre du groupe, comme dans le cas re-
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présenté à titre d'exemple la condition précitée exige qu'il ait 'le même nombre de pôles que la machine synchrone G.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant; la position du rhéostat d'excitation Rc étant fixée de fa- çon que la génératrice, une fois en vitesse, donne approximativement la tension normale, on enclenche l'interrupteur principal P ; legroupe.se met en marche en raison de l'action du rhéostat Rt et la génératrice s'excite dès que le nombre de tours uu groupe se rap- proche du synchronisme. On ferme alors l'interrupteur C ; enconsé- quence, en dessous de la vitesse synchrone du groupe, le moteur asynchrone auxiliaire A-B ajoute son couple à celui du moteur asynchrone S R du groupe. Si le groupe tendait à dépasser cette .vitesse synchrone l'action du moteur asynchrone S R du groupe, tournant au dela de son synchronisme, introduirait un couple de freinage tendant à ramener le groupe au synchronisme exact.
Outre cette première action synchronisante le moteur asyn- chrone auxiliaire A B possède, grâce à la réactance principale de ses enroulements statoriques, une seconde action synchronisante.
Ainsi qu'il adéjà été expliqué dans le texte du deuxième brevet belge de perfectionnement N 254.900, en daté du 21 Mars
1913 sus-visé ; l'emploi en addition avec le rhéostat de démarrage, d'une réactance polyphasée pourvue ou non de résistance ohmique a pour effet de créer dans le moteur asynchrone S R du groupe des courants dont l'action amène et maintient le groupe au synchronis- me exact. Or le moteur asynchrone auxiliaire A B joue au synchro- nisme, le rôle d'une simple réactance correspondant à la tension qui l'alimente divisée par le courant magnétisant.
Le moteur auxiliaire asynchrone A B a donc aux environs du synchronisme une double action synchronisante, l'une due aux cou- rants wattés créés en lui par un glissement positif ou négatif, l'autre due au courant de magnétisation de ce moteur.
Grâce à cette double action synchronisante le groupe est amené et maintenu au synchronisme exact où il s'accroche de lui- même: on constate au voltmétre V que cet accrochage est réalisé.
Il est alors possible de mettre les bagues b en court-cir- cuit franc ce qui ne provoque aucun afflux de courant et le démar-
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rage du groupe est termina.
L'automaticité du démarrage qui supprime tout tâtonnement sur le rhéostat Rt permet dans la plupart des cas de remplacer ce dernier par une résistance fixe convenablement choisie.
Il a été précédemment indiqué que le moteur asynchrone au- xiliaire A B n'était mis en circuit qu'une fois le groupe porté à une certaine vitesse. Il est possible de mettre ce moteur en circuit des la mise en marche du groupe en le dimensionnant d'une façon appropriée; dans ce cas l'interrupteur C est supprimé.
Le moteur asynchrone auxiliaire A B pourra être construit soit avec rotor en court-circuit, soit avec rotor bobiné; dans ce dernier cas, on pourrait fermer le dit rotor bobiné sur un rhéos- @ tat dont l'action participerait au démarrage du groupe ,,ce qui pourrait éventuellement permettre la suppression du rhéostat Rt, Ne groupe démarrant alors comme un groupe de deux moteurs asynohronee en cascade.
Si le rotor est en court-circuit, on pourra envisager dans certains cas la suppression de tout rhéostat de démarrage surtout si le rotor est constitué comme celui d'un moteur à cou- ple de démarrage renforcé.
Le moteur asynchrone auxiliaire peut également être établi avec son rotor comme primaire relié au rotor R et son stator comme secondaire. Cette disposition présente l'avantage exposé ci-après: lorsque le rotor R possède un nombre de phases assez élevé (6, 9 ou 12 par exemple), ce qui est généralement le cas, on n'utilise le plus souvent, pour simplifier l'appareillage que trois phases pour le démarrage, ce qui donne dans le rotor R une répartition non uniforme du courant, mais en adoptant la dis- position mentionnée précédemment on peut construire facilement le rotor (primaire) du moteur asynchrone auxiliaire pour le mê- me nombre de phases que le rotor R ce qui évite l'inconvénient précité.
Enfin au lieu d'être calé sur l'arbre du groupe, le moteur auxiliaire pourrait être entrainé mécaniquement par celui- ci, par exemple au moyen d'engrenages, de façon à atteindre son
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synchronisme en même temps que le groupe. Dans ce cas le nombre de pales du moteur asynchrone auxiliaire devra évidemment être choisi en conséquence.
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"PROCEDURE FOR CONNECTING SYNCHRONOUS GROUPS IN CASCADE"
Cascaded synchronous groups composed of an asynchronous type machine, the rotor of which is connected in cascade, mechanically and electrically with the armature of a synchronous type machine, enjoy the property that they can be started up as that of an ordinary asynchronous motor. For this purpose, for example, three phases of the asynchronous rotor are connected to a three-phase starting resistor via three rings fitted with wipers.
The setting in exact synchronism, which corresponds as we know to the total number of poles of the two machines, and the coupling of the group are carried out, oneself by groping in a way
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analogous to the paralleling of alternators, either automatically by employing one of the methods described in the main Belgian patent N 243,527 of February 28, 1912, in the name of the "Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi", for "Process of start-up of encascade units "and in the related improvement patents N 252,704 - filed January 13, 1913 @ N 254,900 - filed March 21, 1913 and N 313,534 - filed October 13, 1923.
The object of the present invention is a new method making it possible to automatically carry out the synchronization of the synchronous cascade groups and consisting of. have the group drive an auxiliary asynchronous motor supplied by the rotor of the group's asynchronous machine and reach its synchronism when the group has its synchronous speed.
In the accompanying drawing to which reference is made in the following description, there is shown schematically, by way of example, a cascade commutator composed of an asynchronous motor whose rotor is fixed on the same shaft. than the armature of a direct current generator playing the role of synchronous machine to which it is electrically connected.
In this figure: p is the main switch.
S indicates the stator windings and R indicates the rotor windings of the asynchronous motor. These are connected: - on the one hand to the armature G of the generator, of which F represents the electros that can be adjusted by a rheostat Rc.
- on the other hand by means of rings b to a starting rheostat Rt on which a voltmeter V makes it possible to assess the moment when the group is hooked.
The rotor B of an auxiliary asynchronous motor is wedged on the shaft of the group, the stator A of which is supplied by the rings b via a switch C. This auxiliary asynchronous motor has a number of poles such that it reaches its synchronism when the group has its synchronous speed. If the auxiliary asynchronous motor is wedged on the group shaft, as in the case of re-
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presented by way of example the aforementioned condition requires that it have 'the same number of poles as the synchronous machine G.
The operation of the assembly is as follows; the position of the excitation rheostat Rc being fixed so that the generator, once in speed, gives approximately the normal voltage, the main switch P is switched on; the group starts up due to the action of the rheostat Rt and the generator is energized as soon as the number of revolutions of the group approaches synchronism. Switch C is then closed; consequently, below the synchronous speed of the group, the auxiliary asynchronous motor A-B adds its torque to that of the asynchronous motor S R of the group. If the group tended to exceed this synchronous speed the action of the asynchronous motor S R of the group, rotating beyond its synchronism, would introduce a braking torque tending to bring the group back to exact synchronism.
In addition to this first synchronizing action, the auxiliary asynchronous motor A B has, thanks to the main reactance of its stator windings, a second synchronizing action.
As already explained in the text of the second Belgian improvement patent N 254.900, dated March 21
1913 above; the use in addition to the starting rheostat, of a polyphase reactance with or without ohmic resistance has the effect of creating in the asynchronous motor SR of the group currents whose action brings and maintains the group in exact synchronism . Now, the auxiliary asynchronous motor A B plays in synchronism, the role of a simple reactance corresponding to the voltage which supplies it divided by the magnetizing current.
The asynchronous auxiliary motor A B therefore has in the vicinity of synchronism a double synchronizing action, one due to the watted currents created in it by a positive or negative slip, the other due to the magnetizing current of this motor.
Thanks to this double synchronizing action, the group is brought and maintained at the exact synchronism where it hangs on itself: it can be seen on the voltmeter V that this hooking is carried out.
It is then possible to put the rings b in a free short-circuit which does not cause any flow of current and the
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the group's rage is over.
The automatic starting, which eliminates any trial and error on the rheostat Rt, makes it possible in most cases to replace the latter with a suitably chosen fixed resistor.
It was previously indicated that the auxiliary asynchronous motor A B was not switched on until the group had been brought up to a certain speed. It is possible to put this motor in circuit as soon as the group is started by dimensioning it in an appropriate way; in this case the switch C is removed.
The auxiliary asynchronous motor A B may be constructed either with a short-circuited rotor or with a wound rotor; in the latter case, we could close said wound rotor on a rheostat whose action would participate in starting the group, which could possibly allow the removal of the rheostat Rt, Ne group then starting as a group of two motors asynohronee in cascade.
If the rotor is short-circuited, in certain cases it will be possible to envisage eliminating any starting rheostat, especially if the rotor is made like that of a motor with reinforced starting torque.
The auxiliary asynchronous motor can also be established with its rotor as primary connected to rotor R and its stator as secondary. This arrangement has the advantage explained below: when the rotor R has a fairly high number of phases (6, 9 or 12 for example), which is generally the case, it is most often not used, in order to simplify the switchgear only three phases for starting, which gives in the rotor R a non-uniform distribution of the current, but by adopting the above-mentioned arrangement one can easily construct the rotor (primary) of the auxiliary asynchronous motor for the same number of phases that the rotor R which avoids the aforementioned drawback.
Finally, instead of being wedged on the group shaft, the auxiliary motor could be driven mechanically by the latter, for example by means of gears, so as to reach its
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synchronism at the same time as the group. In this case, the number of blades of the auxiliary asynchronous motor will obviously have to be chosen accordingly.