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COUPLAGE POUR EVITER DANS LES CASCADES A COLLECTEUR L'AUTO- EXCITATION DE FREQUENCE ETRANGERE AU RESEAU "
On sait que par auto-excitation d'une cascade, com- posée d'un moteur asynchrone et d'une machine à collecteur en cascade, on entend l'état pour lequel est engendrée dans la partie secondaire de la cascade, une tension dont la grandeur et la fréquence ne sont pas déterminées par la grandeur et la fréquence de la tension imprimée au réseau primaire de la cascade. En cas d'auto-excitation, les courants correspondant à la tension du réseau et ceux correspondant à la tension d'auto-excitation, qui ont une fréquence différente, se super- posent dans l'ensemble de l'installation.
Le courant d'auto-
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excitation possède secondairement la fréquence de la ten- sion d'auto-excitation; sa fréquence primaire est égale à la somme ou à la différence de cette fréquence et de la fréquence de rotation de la machine asynchrone. Le courant excité du réseau possède primairement la fréquence du réseau et secondairement la fréquence de glissement.
Une auto-excitation est également possible lorsqu'il n'exis- te pas d'autres sources de tension dans le réseau, c'est- à-dire lorsque l'ensemble du courant est déterminé par la tension d'auto-excitation. Dans ce dernier cas l'auto-excita- tion peut être désirable, mais en général elle est nuisible, car elle influence très défavorablement la commutation dela machine à collecteur et détermine de fortes pertes addition- nelles.
La machine à collecteur en cascade est le siège de l'auto-excitation mentionnée. Lorsqu'un champ, tout d'abord supposé seulement, de cette machine détermine dans l'induit une tension de rotation de grandeur et de phase telles, que le courant excitateur provoqué par cette tension possède la grandeur et la phase correspondant au champ supposé, ce champ peut effectivement exister et 1'auto-excitation est possible. Dans l'exécution de la supposition, il faut admet- tre la tension imprimée par le réseau comme non existante, toutes les résistances inductives doivent être introduites avec leur valeur en cas de fréquence d'auto-excitation.
La production effective de l'auto-excitation dépend de ha- sards dont on ne traitera pas. Comme la machine à collecteur en cascade doit en cas d'auto-excitation, fournir sa propre énergie de magnétisation et celle de la machine asyn-
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chrone, le risque d'auto-excitation est peu probable dans les couplages en cascade auxquels, lors du fonction- nement avec la fréquence du réseau, la totalité de l'éner- gie de magnétisation doit être amenée du réseau et qui tra- vaillent en conséquence sans compensation de phase. Par contre le risque d'auto-excitation est imminent dans des installations qui fonctionnent avec compensation de phases et qui, même en cas de marche avec la fréquence du réseau, engendrent elles-mêmes leur énergie de magnétisation.
La présente invention ne se rapporte qu'à des cascades à collecteur dans lesquelles l'excitation de la machine à collecteur en cascade est alimentée par une ten- sion qui, dans toutes les limites de réglage, est propor- tionnelle à la tension des bagues collectrices du moteur principal. Les installations avec couplage série de l'en- roulement excitateur et celles qui tirent leur énergie exci- tatrice du réseau soit exclusivement, soit principalement , en se servant d'une machine alimentée par le rotor, n'entrent pas en ligne de compte.
L'invention a pour objet un couplage dans lequel le genre décrit d'auto-excitation est empêché du fait que dans le circuit excitateur est intercalé un dispositif dont la résistance diffère notablement, pour chaque fréquence s'écartant de la fréquence de glissement, de la résistance en cas de fréquence de glissement.
Comme dans les installations qui fonctionnent avec compen- sation de phase, le circuit excitateur est calculé de manière qu'avec la fréquence de glissement déterminée par le nombre de tours, la machine à collecteur puisse engendrer elle-même
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l'énergie de magnétisation de la cascade, la probabilité que ce circuit puisse engendrer son énergie de magnétisa- tion même avec une autre fréquence, donc avec auto- excitation, est très faible, lorsque, déjà avec une fréquence ne différant que peu de la fréquence de glisse- ment, la résistance du circuit excitateur possède une valeur notablement autre qu'avec la fréquence de glisse- ment.
La suppression de l'auto-excitation agit encore plus sûrement lorsqu'on tient compte non seulement dela valeur, mais aussi dela direction du changement de résis- tance avec une fréquence autre que la fréquence de glis- sement. Pour une autre fréquence, il dépend du coupla- ge que le dispositif auxiliaire comporte de préférence une résistance plus grande ou plus petite qu'avec la fréquence de glissement. En effet, le dispositif peut être couplé aus- si bien en série qu'en shunt aux bornes excitatrices de la machine à collecteur en cascade.
Or d'après la présente invention le dispositif auxiliaire doit comporter, avec un couplage shunt, pourchaque fréquence différente de la fréquence de glissement, une résistance plus faible qu'a- vec la fréquence de glissement, et on se servira comme dispositif de ce genre, d'un moteur synchrone ou asynchrone tournant à vide connecté au circuit excitateur de la ma- chine à collecteur.
La fig. 1 du dessin ci-joint montre un exemple d'exécution. 1 désigne le réseau primaire, 2 le moteur asynchrone avec bagues collectrices 3; 4 désigne la machine à collecteur en cascade qui peut être accouplée directement ou être actionnée indépendamment. 5 désigne l'enroulement excitateur qui est représenté, à titre d'exemple, avec couplage en triangle, mais pour lequel on peut employer
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d'autres couplages. 6 désigne le moteur proposé d'après l'invention et qui peut, par exemple, être un moteur asyn- chrone. Avant la production de l'auto-excitation, la fré- quence de rotation de ce moteur est approximativement éga- le à la fréquence de glissement du moteur principal, et par contre, sa résistance apparente est donnée par le rap- port de la tension des bornes au courant de marche à vide.
Tant qu'il conserve sa vitesse initiale, il représente pour toute autre fréquence, une résitance notablemept moindre, car par rapport à cette fréquence il fonctionne avec glissement, et prend par suite un courant beaucoup plus élevé. En conséquence, bien qu'en raison de sa résis- tance relativement élevée le moteur 6 n'influence presque pas le courant de la fréquence de glissement, il repré- sente pour le courant d'auto-excitation une très faible résistance couplée en parallèle à l'enroulement excitateur 5. Le courant d'auto-excitation passera en conséquence, pour la partie de beaucoup la plus grande, par le moteur 6 et seule une fraction passera par l'enroulement exci- tateur 5. Le moteur 6 ("moteur d'aspiration") aspire le courant d'auto-excitation.
En conséquence pour un courant donné de l'enroulement 5, la chute de tension sur le che- min allant de la machine à collecteur 4 jusqu'aux points de branchement du moteur 6, est beaucoup plus grande que si ce moteur n'existait pas; la tension de la machine à collec- teur induite par un courant donné de l'enroulement 5 doit donc, pour entretenir le courant de cet enroulement, être beaucoup plus élevée que sans adjonction du moteur 6 ; enconséquence avec des dimensions correspondantes de ce mo- teur, l'auto-excitation sera de nouveau supprimée au moment de sa production. Comme l'auto-excitation ne peut pas se
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développer, on ne court pas risque que le moteur d'aspiration adopte la vitesse correspondant à la fréquence d'auto- excitation, ce qui troublerait son fonctionnement.
En con- séquence, la supposition faite au début, qu'il conserve sa vitesse initiale même en cas de production de l'auto-exci- tation, est exacte. Comme directive pour le calcul du moteur d'aspiration on peut dire que son courant de ma- gnétisation doit être aussi faible que possible et son courant de court-circuit aussi élevé que possible.
La disposition est particulièrement efficace lorsque l'enroulement excitateur dela machine à collecteur en.,cascade n'est pas alimentée directement par les bagues collectrices du moteur principal, mais avec in- tercalation d'une machine excitatrice. La fig. 2 montre un exemple d'exécution. Les chiffres de référence 1 à 5 désignent les mêmes organes que dans la fig. 1 ; 6 dési- gne la machine excitatrice qui peut également être accou- plée au moteur principal, ou être actionnée indépendamment.
Son enroulement excitateur 7 est alimenté de manière connue en passant par une combinaison 8 de résistances ohmiques et inductives. L'enroulement 7 peut aussi être divisé en plu- sieurs enroulement. 9 désigne le " moteur d'aspiration " con- necté aux bornes del'enroulement 5. Coma dans le couplage de la fig. 2, toutes autres conditions étant égales, la chute de tension qui est provoquée par le courant aspiré par le moteur, dans le circuit de l'induit de la machine à collecteur 4 jusqu'à ses bornes excitatrices, est beau- coup plus grande que dans le couplage dela fig. 1, l'auto-
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excitation est supprimée dmanière encore plus efficace.
Le moteur 9 peut aussi être connecté aux bornes de l'en- roulement excitateur 7 dela machine excitatrice.
Mais il existe aussi d'autres possibilités de réa- liser l'idée de l'invention. Une disposition qui avec tou- te autre fréquence que celle excitée du réseau, possède une résistance moindre qu'avec cette fréquence, est re- présentée par le réseau même auquel des machines synchro- nes ou asynchrones sont connectées en permanence.
C'est pourquoi l'auto-excitation peut aussi être supprimée d'après la présente invention du fait que le réseau est connecté lui-même en parallèle en un point du circuit excitateur alors que l'excitation n'est pas connectée aux bagues collectrices du moteur principal, mais aux bagues collectrices d'un moteur auxiliaire asynchrone, excité du réseau, et couplé mécaniquement ou électriquement au mo- teur principal, Les nombres de tours du moteur principal et ceux du moteur auxiliaire doivent être en rapport in- verse du nombre deleurs pôles. La fig. 3 montre un exemple d'exécutiton. 'Les chiffres de référence 1 à 5 désignent les mêmes organes que dans la fig. 1; 6 désigne le moteur asyn- chrone accouplé au moteur principal.
Abstraction faite de la faible chute de tension dans les deux machines, la ten- sion des bagues collectrices du moteur auxiliaire est, en ce qui concerne la grandeur et la phase, dans un certain rapport constant avec la tension des bagues collectrices du moteur principal 1 ; en conséquence, pour les phénomènes dûs à l'excitation par le réseau, le fanctionnement du couplage est le sème que celui du couplage de la fig. 1. Mais un
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courant déterminé par une tension d'auto-excitation de la ma- chine 4 ne peut passer à l'enroulement excitateur 5 que par la voie du rotor et du stator de la machine 2, des barres collec- trices primaires et du stator et du rotor de la machine 6.
Mais comme pour ce courant d'auto-excitation le réseau
1 représente approximativement un court-circuit, ce court-circuit aspire, de la même manière que dans les cou- plages précédents, la plus grande partie du courant et empêche en conséquence l'auto-excitation. si le dispositif proposé est couplé en série avec le circuit excitateur, il faut, pour empêcher l'auto- excitation, que ce dispositif possède pour toute fréquence autre que la fréquence de glissement, une résistance beau- coup plus élevée qu'avec cette fréquence. D'après l'in- vention, on peut employer comme dispositif de ce genre, un moteur asynchrone qui est entraîné à la fréquence de glissement double dans le sens de rotation des ampère tours statoriques, et dont un enroulement est connecté au cir- cuit excitateur et l'autre aux bagues collectrices du moteur principal.
La fig. 4 montre un exemple d'exécution .
Les chiffres de référence 1 à 5 désignent encore les mêmes organes que dans les figures précédentes; 6 désigne une machine synchrone connectée aux bagues collectrices du moteur asynchrone 1; 7 désigne une machine asynchrone ri- gidement accouplée à cette machine synchrone. Four que la machine 7 tourne à une fréquence de rotation égale au double de la fréquence de glissement, il faut ou bien que le nombre de pôles de la machine 6 soit la moitié de celui
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de la machine 7, ou bien que, pour un autre rapport des nom- bres de pôles, on intercale un engrenage correspondant entre les deux machines. Le nombre de pôles de la machine 7 peut toutefois être choisi indépendamment du nombre de pôles du moteur principal 2.
Avec une fréquence de glisse- ment # du moteur principal, la machine asynchrone 7 tourne à une fréquence de rotation 2 f# tandis qu'une de ses parties, par exemple le stator reçoit une tension de la fréquence de glissement # Lorsque les connexions sont disposées demanière que la succession des phases de cette tension corresponde à la direction de rotation, on induit dans le rotor une tension de la fréquence 2 # # # La grandeur de la tension du rotor est en rapport cons- tant avec la grandeur dela tension du stator; ce rapport ne dépend que du bobinage dela machine 7, mais est in- dépendant de la grandeur dela fréquence de glissement.
De même, le déphasage entre: les deux tensions est constant par suite de la commande par une machine synchrone. L'en- roulement excitateur 5 de la machine à collecteur 4, pour autant qu'on ne considère que le processus d'excitation par le réseau, est donc alimentée par une tension qui est en grandeur et en phase, dans un rapport constant avec la tension des bagues collectrices du moteur 2 ; le couplage fonctionne donc de la même manière que le couplage de la fig. 1. La succession des phases des tensions dans la partie secondaire du moteur 7 est, il est vrai, opposée à celle dans la partie primaire, mais cette influence peut être supprimée par une permutation correspondante des con-
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nexions entre les bagues collectrices 8 et l'enroulement excitateur 5.
Mais, s'il se produit dans la machine à collecteur 4 une tension d'auto-excitation de la fréquence fs + ¯ f , il correspond à cette tension aux bagues collec- trices, car le groupe de machines 6 et 7 conserve tout d'abord sa vitesse, une tension de la fréquence 2 f 2- (f2+ ¯f)-f-¯f
L'enroulement excitateur 5 de la machine à collec- teur 4 est donc alimenté par une tension d'autre fréquence que celle que possède la tension de rotation de la machine admise tout d'abord seulement par la pensée ; le champ excité par le courant excitateur ne peut plus entretenir la tension de rotation déterminant l'auto-excitation. La disposition agit commesi le circuit excitateur pour le courant d'auto-excitation possèdait une résistance infini- ment grande; l'auto-excitation est donc impossible.
On peut remplacer la commande par la machine synchrone 6 par une commande au moyen d'un différentiel, qui est actionné d'une part par le moteur principal et d'autre part par un moteur synchrone tournant à la vitesse synchrone du moteur principal. Avec un choix convenable de l'engrenage de transmission et du nombre de pôles du moteur 7, ce moteur tourne de nouveau à une fréquence de glissement double.