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PROCEDE ET DISPOSITIF FOUR LE DEMARRAGE DES LICTEURS
ELECTRIQUES.
La présente invention a trait aux moteurs élec- triques et plus particulièrement à des perfectionnements aux moteurs asynchrones et synchrones, et au procédé de démarrage de ces moteurs.
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L'un clair; but,a ris nfit,t,s> invnn t.1.on ont d'ovitor 1,a nécessité de prévoir des appareils extérieurs par rapport à un moteur électrique, tel que l'auto-transformateur ordi- naire, pour abaisser la tension appliquée à l'enroulement primaire pendant la période de démarrage. Suivant la prati- que actuelle, il est désirable habituellement et parfois essentiel de prévoir des moyens pour réduire la tension appli-
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quée aux bornes du moteur, au moins jusqu'à ce que le mo- teur ait atteint une vitesse considérable , et ceci parce que, à moins que quelque expédient de ce genre ne soit uti- lisé, le courant absorbé par le moteur sera excessif, et peut causer des détériorations au moteur et des pointes indésirables dans la ligne.
La présente invention envisage de façon générale,
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un QhnaomcnL tCI111JOJ'o.:Í..I"O dru lu conatituUon du circuit pri.-- maire du moteur, par lequel l'impédance du circuit primaire :.lotir est augmentée en l.iui.<mt, l'appel Ltc eOU1'!J.uf:, (LUl lE: circuit primaire à une valeur non dangereuse, sans employer des moyens extérieurs pour réduire la tension appliquée aux bornes du moteur.
Cette irvention envisage la disposition d'un en- roulement primaire comprenant au moins deux sections de bobinage qui peuvent être connectées en parallèle pendant lefonctionnement normal du moteur, mais qui peuvent être couplées de quelque autre manière pendant la période de démarrage, afin de limiter l'appel de courant de la ligne.
Les sections d'enroulement primaire sont agencées de préfé- rence de telle sorte que l'impédance d'une au moins de ces sections puisse être augmentée temporairement, comme par
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exemple peu" l'inserblou d'une: !'tj::;l;:;LctllC8 ou d"IUuo l'ts;,OLê:1JlUe en série avec cette section.
En déconnectant cette section du circuit primaire(auquel cas l'autre ou les autres sections seulement sont utilisées pendant la période de démarrage), ou en connectant au moins des portions d'une ou plusieurs sections en série avec au moins des portions d'une ou plusieurs autres section, Lorsque des sections d'enroulement sont connectées en parallèle, l'impédance de ce système parallèle est nécessairement inférieure à celle de n'importe quelle branche de ce système lorsque celle-ci est utilisée seule, et par conséquent, il est possïble de
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limiter l'afflux de courant en interrompant la connexion en parallèle des sections d'enroulement connectées en parallè- le normalement .
Suivant une des formes de réalisation de la pré- sente invention, on prévoit un enroulement primaire compre- nant deux sections d'enroulement normalement connectées en parallèle et des moyens pour déconnecter temporairement une section de l'autre pendant une partie de la période du dé- marrage en limitant ainsi l'appel de courant dans le cir- cuit primaire. Après que la vitesse du moteur a atteint une valeur telle que la force contre-électro-motrice estsuffi- samment grande pour empêcher l'appel de courant de la ligne, les sections d'enroulement peuvent être reconnectées en parallèle sans prendre pour cela un courant excessif de la ligne.
La réactance d'un enroulement primaire uniformé- ment reparti est inférieure à celle d'un enroulement concen- tré et par conséquent, en concentrant les bobines de l'en- roulement primaire, il est possible d'augmenter la réactance et de limiter ainsi l'appel de courant. L'invention envisage ce procédé pour augmenter la ractance effective, au; ni bien que d'autres procédés permettant d'atteindre ce résultat.
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CeLLe 11.vonLlon pcuL ûLr0 LtL.i.llnùtJ eii u1111CiLlutlt des dispositifs actionnés à la main pour changer temporai- rement la constitution des bobines primaires, mais il est préférable de prévoir dans ce but des moyens automatiques tels que des moyens obéissant à l'état électrique de l'en- roulement secondaire ou au glissement ou à la vitesse du moteur .
Cette invention offre des moyens simples et sûrs pour démarrer des moteurs à courant alternatif à la tension totale et en même temps pour limiter le courant pris dans la ligne à une valeur comparable à celle que donnerait un
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démarrage à une tension réduite au moyen d'un auto-transfor- mateur . Elle présente l'avantage important qui est que des accessoires du moteur, tels que des démarreurs à auto-trans- formateur ne sont pas nécessaires.
En outre, en appliquant la présente invention, il n'est pas nécessaire de déconnecter le moteur de la ligne à aucun moment pendant la période dtaccélération ou de marche, comme c'est le cas pour le dé- marrage ordinaire à tension réduite, et une accélération plus douce est obtenue sans qu'aient lieu de perturbations de lignes consécutives à la déconnexion du moteur de la ligne, comme dans le cas où le passage de la tension réduite à la tension totale est fait en se servant d'un auto-trans- formateur ordinaire ou appareil analogue.
Cette invention envisage l'application d'un enrou- lement primaire comprenant des sections normalement connec- tées en parallèle, mais qui peut être couplé différemment pendant la période de démarrage , par exemple en interrompant la connexion en parallèle, et en forçant ainsi le courant primaire à ne traverser qu'une branche du circuit. Une ré- sistance ou une réactance peut être insérée en série avec la branche parcourue par le courant primaire de démarrage dans le but de réduire davantage la valeur de ce courant, et si l'on veut, une des branches du circuit peut être employée comme transformateur branché sur un condensateur pour amélio- rer le facteur de puissance et réduire les kVA .
Les divers objets et avantages de cette invention ressortiront davantage de la description ci-dessous, faite en regard des dessins annexés, dans lesquels :
La fig.l représente schématiquement un moteur synchrone, conforme à l'invention.
La fig.2 est un schéma d'un circuit primaire de moteur conforme à l'invention.
Les figs.3 ,4 et 5 sont des schémas analogues à
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la fig. 2 et représentant d'autres formes de réalisation de l'invention.
Les figs. 6 et 7 sont des schémas représentant deux dispositions différentes des bobines primaires dans un mo- teur conforme à l'invention.
Les figs.8 et 9 sont des diagrammes représentant les kVA et le couple développés par le moteur selon l'in- vention.
On a représente sur la fig.l un moteur synchrone pourvu d'un enroulement primaire A triphasé et connecté en étoile, un enroulement d'excitation F et une cage d'écureuil ou enroulement d'amortissement B. La puissance est fournie à l'enroulement primaire par une source convenable de courant alternatif polyphasé telle que celle représentée par les conducteurs de réseau 1, 2,3 et du courant continu peut être fourni à l'enroulement F du moteur par une source con- venable telle que celle représentée en 4 .
Chaque phase de l'enroulement primaire A comprend deux sections d'enroulement 5 et 6 pouvant être connectées en parallèle pendant le fonctionnement normal du moteur. Pen- dant la période de démarrage , la connexion en parallèle des sections d'enroulement peut cependant être interrompue; par exemple, les sections d'enroulmeent 6 peuvent être déconnec- tées temporairement des sections 5 en ouvrant les interrup- teurs 7. Ces interrupteurs 7 étant ouverts pendant la pé- riode de démarrage, tout le courant primaire est obligé de passer à travers les sections d'enroulement 5 et ces sec- tions offrent au courant une résistance plus grande que celle qu'offrirait l'enroulement primaire du moteur si les sec- tions 6 étaient connectées enparallèle avec les sections 5.
De cette façon, l'appel de courant de la ligne est fortement réduit et ce résultat est atteint sans employer aucun appa- reil auxiliaire tel que les transformateurs employés ordi-
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nairement dans le but de réduire la tension appliquée aux bornes du moteur. Lorsque la vitesse du moteur atteint une valeur telle que la force contre-électro-motrice s'oppose à l'afflux du courant dans le circuit primaire, les interrup- teurs 7 peuvent être fermés de façon à connecter les sec- tions d'enroulement 6 en parallèle avec les sections 5.
La fermeture des interrupteurs 1 se traduira par une augmenta-
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tion rno1110ntanée!dll courant OR cîétr:arrr;=;e?, main le courant, n'nt- @ teindra jamais une valeur excessive puisque à ce stage de la période de démarrage, la force contre-électro-motrice s'op- pose effectivement à la tension de ligne et limite le cou- rant à une valeur sans danger.
Dans les conditions ordinaires, il est avantageux de fermer les interrupteurs 7 lorsque le moteur a atteint une vitesse d'â peu près 80% de sa vitesse du régime syn- chrone, quoique la vitesse à laquelle les interrupteurs doi- vent être fermés puisse varier selon les conditions variables de fonctionnement et les caractéristiques variables du mo- teur.
Dans certaines conditions, il est désirable d'ou- vrir tous les interrupteurs 7 pendant la période de démarra-
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1.5 , tundlii que dnnn 11'l.lutrOIJ ooncL3 t i.csna, In c1úlr1l.lrra:;o nu- tisfaisant peut être obtenu en n'ouvrant que quelques-uns des interrupteurs 7. Par exemple, il a été trouvé qu'avec un certain moteur triphasé de 60 ch., un démarrage satisfai- sant peut être obtenu en se servant d'un auto-transformateur, réduisant la tension de démarrage à 80% de la tension de ligne.
Lorsque cemoteur est démarré selon la présente in- vention, en supprimant l'auto-transformateur, la période d'accélération est un peu plus longue lorsque tous les in- terrupteurs commandant la connexion parallèle des sections d'enroulement sont ouverts, tandis que des conditions de démarrage approximativement équivalentes/à celles obtenues
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avec l'auto-transformateur sont obtenues lorsque le moteur est démarré, avec deux seulement des trois interrupteurs ouverts pendant la période de démarrage.
Quoique des résultats satisfaisants puissent être obtenus en manoeuvrant les iaterrupteurs 7 à la main, il est préférable de prévoir des moyens rendant automatique le fonctionnement de ces interrupteurs en dépendance de la vitesse du moteur, de l'état électrique d'un enroulement secondaire, ou du glissement du moteur. On a représenté sur la fig.1 des bobines de commande 8, des interrupteurs 7 et des moyens fonctionnant automatiquement pour commander le fonctionnement de ces contacteurs électro-magnétiques. On a représenté également l'enroulement d'excitation F du mo- teur synchrone comme étant fermé normalement pendant la pé- riode de démarrage sur une résistance 9, ce circuit fermé étant établi par un interrupteur 10.
Ce même interrupteur peut être employé dans le but de connecter l'enroulement d'excitation à une source de courant continu telle que celle représentée en 4. On a représenté encore une réactance 11 insérée dans le circuit d'excitation et une bobine de comman- de 12 d'un relais 13 est représentée branchée sur la réactan- ce 11 au moyen des contacteurs 14 et 15 . Lorsque l'armature
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1 du ]pl{1i;: rat: (ln lin nn pnm Lion 1 1 1(omiiirt cel;< ci représenté sur la fig.1, le courant est envoyé dans les bo- bines de commande 8 des contacteurs 7 d'une source de courant convenable, telle que les conducteurs de réseau 2 et 3, le courant étant fourni aux bobines 8 par les conducteurs 17, 18 et 19 .
Dès que la tension est appliquée à l'enroulement primaire, un courant de fréquence sensiblement égale à celle de la ligne est induit dans l'enroulement secondaire 1. et la présence de la réactance 11 dans ce circuit secondaire oblige une partie considérable du courant induit à passer à travers la bobine de commande 12 du relais 13, en interrompant ainsi
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immédiatement la connexion entre les contacteurs du réseau 2 et 3 , et les bobines de commande 8. des contacteurs 7.
Le moteur accélèrera alors avec les interrupteurs 7 ouverts jusqu'à un moment déterminé par le réglage du relais 15, moment auquel l'armature 16 du relais sera libérée en fer- mant ainsi le circuit comprenant les bobinesde commande 8 des contacteurs 7. La fermeturedes contacteurs 7 reconnecte les sections d'enroulement 6 en parallèle avec les sections d'enroulement 5 et la vitesse du moteur augmentera jusqu'à sa valeur de marche normale, en supposant que le relais 13 a été réglé de manière à libérer son armature à une vitesse inférieure à la vitesse de marche normale.
A mesure que la vitesse du moteur augmente , la fréquence du courant in- duit parcourant le circuit d'excitation diminue et une partie de plus en plus grande du courant secondaire passe à travers la réactance 11, tandis qu'une partie de plus en plus petite traverse la bobine de commande 12 du relais 13 jusqu' à ce que finalement, le relais 13 lâche son arma- ture. Par conséquent, le relais 13 eut en quelque sorte
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IJOUD lu dupci'Ldanoo de lu vitclj:Ju du IHüLullr de l'6Ldt 6lec- trique de l'enroulement d'excitation f, et du glissement du moteur, car le circuit secondaire est parcouru pendant la période de démarrage par un courant de fréquence égale au glissement .
Il n'est pas nécessaire pour appliquer cette invention d'employer une disposition spéciale des bobines primaires, excepté en ce qui concerne la connexion d'une ou de plusieurs sections en parallèle avec une autre partie ou d'autres parties de l'enroulement primaire. Il est cepen- dant préférable de disposer les bobines primaires de manière à obtenir une grande réactance. En concentrant par exemple les-bobines , une réactance plus grande peut être obtenue qu'en employant une disposition dans laquelle les bobines sont réparties plus uniformément.
On a représenté sur la
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les sections d'enroulement 6 couine étant concentrées sur des paires de pôles alternées, les sections d'enroulement 5 étant logées sur les paires de pôles intermédiaires.Lors- que cette disposition est employée, la ré-actance de chaque section d'enroulement est plus grande que si les sections étaient réparties plus uniformément , comme cela est repré- senté sur la fig.7 par exemple où les sections d'enroule- ment 6 sont disposées sur des pôles alternés.
On a représenté sur la figure 2 un enroulement primaire semblable à celui représenté sur la figure 1, mais comportant, en plus, des moyens pour introduire pendant la période de démarrage, une résistance en série avec les sec- ti.ons d'enroulement actives.
Sur la figure 3, des éléments de résistance 20 connectés en étoile sont disposés d'une façon convenable permettant de les insérer en série avec les sections d.'en- roulement 5 lorsque les interrupteurs 21 sont ouverts. Cette disposition est assez souple pour offrir un certain nombre de degrés dans le processus du démarrage. Par exemple;) le moteur peut être démarre en ouvrant d'abord les interrup- teurs 7 et 21 et en appliquant la tension aux sections d'enroulement 5.
Le courant passe alors à travers les sec- tions d'enroulement 5 et les éléments de résistance 20, en- suite les interrupteurs 21 peuvent être fermés en éliminant les éléments de résistance du circuit primaire et enfin les interrupteurs 1. peuvent être ferméspour relier les sections d'enroulement 6 en parallèle avec le:;
sections 5,
Selon une variante du procédé de démarrage du moteur représenté sur la figure 2, les interrupteurs 7 et 21 peuvent être ouverts d'abord et la tension appliquée aux sections d'enroulement 5 jusqu'à ce que le moteur accélère dans la mesure voulue, après quoi les interrupteurs 7 peuvent être fermés pour connecter les sections d'enroulement 6 en
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parallèle avec les sections 5, les deux sections étant alors en série avec les éléments de résistance 20. Lorsque la vitesse du moteur approche de sa valeur de marche normale, les interrupteurs 21 peuvent être fermée pour supprimer les éléments de résistance.
On a représenté sur la figure 3 une autre forme de réalisation de l'invention. Cette figure représente un enroulement primaire semblable à celui représenté sur les figures 1 et 2, mais comportant, en plus, des moyens pour sectionner les sections d'enroulement et permettre à une partie au moins d'une section d'enroulement de chaque phase d'être connectée en série avec une partie au moins de l'autre section d'enroulement de la même phase. On a repré- senté sur la figure 3' des interrupteurs 22 connectés aux sections dtenroulement 5 et 6 en des points situés entre leurs extrémités et on comprend que ces interrupteurs peu- vent être employés à certain stade ou à certains stades, pendant la manoeuvre de démarrage pour relier des parties de chaque section d'enroulement d'une ou de plusieurs phases en série avec la partie restante d'une des dites sections.
Le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 4 est semblable à celui représenté sur la figure2, sauf en ce qu'il comporte l'application d'enrou- lements de réactance 23 au lieu d'enroulements de résistan- ce tels que ceux représentés en 20 sur la figure 2 . Des interrupteurs U sont prévus pour mettre en ou hors circuit, les éléments de réactance.
Les interrupteurs 7 peuvent être appliqués comme ci-dessus décrits dans le but d'in- terrompre la connexion en parallèle des sections d'enroule- ment 5 et 6 , et on comprendra que les éléments de réactance 23 peuvent être introduits dans le oirouit primaire soit lorsque les sections d'enroulement 6 et 5 sont connectées en parallèle ,soit lorsque les sections d'enroulement 6
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sont déconnectées des sections d'enroulement 5.
On a représenté sur la figure 5 une forme de réalisation de l'invention semblable à celle représentée sur la figure 1 mais on a ajouté des condensateurs 24' pouvant être branchés aux bornes d'une ou des deux sections d'enroulement/de chaque phase. Des interrupteurs 25 sont prévus pour commander la connexion des condensateurs, et des interrupteurs 7 et 7' sont prévus pour commander¯la connexion des sections d'enroulement 5 et 6 . Avec cette disposition, les sections d'enroulement 5 peuvent être appliquées comme transformateurs branchés sur les condensa- teurs pour améliorer le facteur de puissance et réduire les kVA et, dans ce cas, les interrupteurs 7 peuvent être laissés fermés en tout temps ou même peuvent être supprimés.
Les interrupteurs 7 étant fermés, et les interrupteurs 7 1 étant ouverts pendant la première partie de la période de démarrage , les sections d'enroulement 2 sont parcourues par un courant, induit par les sections d'enroulement 6 pourvu que les interrupteurs 25 soient fermés. Dans ces con- ditions, les condensateurs fournissent au moteur le courant magnétisant nécessaire avec ce résultat que moins de courant est appelé de la ligne par les sections d'enroulement 6.
De cette façon , les kVA pris sur la ligne peuvent être réduits, le courant étant divisé entre les deux jeux de sec- tions d'enroulement et la chaleur engendrée par le courant de démarrage sera de même répartie à travers toutes les par- ties de l'enroulement primaireo
La disposition de la figure 5 peut être appliquée aussi en laissant les interrupteurs 7' fermés et en ou- vrant les interrupteurs 7 pendant la première partie de .la période de démarrage, mais dans ce cas la chaleur engendrée dans les sections d'enroulement 6 sera plus grande.
Sur les 'figures 29 3. 4 et 5, on n'a représenté
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aucun écoulement secondaire, mais il est évident que ces formes de réalisation de l'invention peuvent comporter
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certaines des c;z ;cti:risti.lues , ou toutes, du circuit se- condaire représentées sur la figure 1 ; en réalité l'invention n'est limitée à aucune construction particulière de secon- daire du moteur. L'invention peut être appliqué e à des moteurs synchrones aussi bien qu'à des moteurs asynchrones.
Dans le but de simplifier la description et les dessins, on a considéré des enroulements primaires triphasés connectés
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e1J étoile, malà 11 (LJL u\/id.'uL yue l'lJ1vlHJLiüJ1 .'úl}J.Jl1'lut: également à n'importe quel circuit multiple polyphasé connec- té en étoile ou en triangle.
On a représenté sur la figure 8 les résultats typiques obtenus en appliquant la présente invention.
Cette figure comporte un diagramme représentant les kVA et le couple de démarrage d'un moteur conforme à l'invention.
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Lu courbe un tru.1 t plein .lQ. ]'OjJt"6Ll011tO 14 hnurnontrx,<o du couple de pleine charge, le couple développé pendant la pé- riode de démarrage et la courbe en trait plein 27 représentent le pourcentage des kVA pris à la ligne . Si l'on considère ce diagramme de la figure 8. comme représentant des condi- tions résultant de l'application de l'invention telle qu'elle a été représentée sur la figure 1 par exemple , la partie initiale de la courbe 26 du couple, représente le couple développé par 1-e moteur pendant que les interrupteurs 7 sont ouverts, la partie verticale de cette courbe de couple représente l'augmentation brusque du couple ayant lieu au moment de la fermeture des interrupteurs7.
De la mène manière, la partie initiale de la courbe 27 des kVA représente les kVA développés pendant que les interrupteurs 7 sont ouverts et on remarquera que lorsque ces interrupteurs sont fermés à une vitesse égale à 80% de la vitesse nor- male les kVA augmentent brusquement. Le diagramme de la
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figure 8 montre clairement l'utilité de la présente inven- tion parce que si le moteur était démarre avec les interrup- teurs 7 fermés, la courbe des kVA serait celle indiquée en 28 en pointillé, et le couple serait celui indiqué par la courbe en pointillé 29.
Les courbes de la figure 8 se rapportent à un type de moteur synchrone lent tel qu'un moteur pouvant être utilisé pour entraîner un compresseur et il est évident que les chiffres-sont donnés sur l'é-
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chpl1n 1T81'1-.; 0:11 CI(- <n>iin?.o ri>01;Jl frfilnt c3ans un but d''='xp1'i-- cation et ne représentent pas les valeurs du couple et des kVA pour tous les moteurs synchrones. Dans le cas d'un moteur synchrone un grand couple utile peut être obtenu en fermant les interrupteurs 7 lorsqu'on approche de la vitesse de synchronisme et ce résultat peut être obtenu sans prendre
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11n courant, pxofHUJlf [1111" la 1if';nn.
Comtno cela e,si; repré- senté sur la figure 8, la fermeture des interrupteurs 7 à 80% de la vitesse normale ne provoque pas l'augmentation des kVA jusqu'à une valeur comparable à celle qu'ils au- raient eue pendant la première partie de la période de démarrage si les interrupteurs 7 restaient fermés pendant toute la période de démarrage.
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Um a ropr6::mLC: IJUl' lu figure 9 iltà;; uuurbes semblables à celles représentées sur la figure 8, mais représentant les conditions existant lorsque le processus de démarrage comporte trois temps au lieu de deux temps, comme représenté par les courbes de la figure 8 . Les courbes en traits pleins 26' et 27' de la figure 9 mon- trent la possibilité d'un démarrage doux en fermant, par exemple , les interrupteurs 7 de la figures 5les uns après les autres ou en employant une résistance ou réactan- ce ainsi que cela a été décrit plus haut.
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Il est bien entendu qué cette invention n'est pas limitée aux détails particuliers décrits et représentés, mais comprend des variantes de ces détails ne sortant pas du cadre de l'invention. On pourrait appliquer, par exemple9 quelque moyen de commande automatique pour le couplage des sections de l'enroulement primaire pendant les périodes
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'le r16n:11orlf:;( quoique 1 ' ')m/fJt;Lio)i pou), 1, f; f:ro D.VUlIl.llE,'.JtIrJU'ilr'J111. appliquée sans employer un tel moyen automatiqueo La méthode perfectionnée selon l'invention, peut donner lieu à des nombreuses variantes en ce qui concerne le nombre de pha- ses dont le couplage est modifié lors de la période de démarrage et en ce qui concerne le nombre de temps ou de stades employés.
Dans certains cas, il peut être désirable de diviser les enroulements de chaque phase du primaire en plusieurs, comme par exemple dans le but d'obtenir une accélération plus douce, et par conséquent, en décrivant que l'enroulement primaire peut comprendre deux sections d'en- roulement, il est clair que l'on envisage également des enroulements primaires pouvant comporter deux ou plus de deux secti.ons d'enroulement.