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"PROCEDE ET APPAREIL DE COMMANDE A VITESSE VARIABLE
La présente invention a trait à un procédé etun appareil pour la production de force motrice à vitesse varia- ble à l'aide de courant alternatif de fréquence constante.
Elle a plus particulièrement pour objet un procédé et un appareil pour effectuer la régulation de vitesse des moteurs à courant alternatif possédant des caractéristiques de vitesse fixes.
Sous leurs formes les plus simples, les moteurs à courant alternatif sont essentiellement des moteurs à vitesse' constante. Les constructions à vitesse.variable impliquent le sacrifice soit du rendement, soit de la simplicité.
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Le moteur asynchrone du type à bagues collectrices est un exemple du type dont le rendement est pauvre. Il peut être actionné à une vitesse réduite en gaspillant, en pertes par résistance, une quantité d'énergie qui est presque di- rectement proportionnelle à la diminution de vitesse.
De plus, sa régulation aux vitesses réduites est médiocre .
Le moteur à courant alternatif du type à collecteur et le réglage de la vitesse par le système Scherbius sont des exemples du type dans lequel la variation de vitesse est ob- tenue aux dépens de la simplicité de la construction.
Le procédé et l'appareil de réglage de la vites- se qui f ont l'objet de cette invention sont basés sur une combinaison des types les plus simples de machines élec- triques ; ils sont efficaces entre les limites d'une grande échelle de vitesse et possèdent de bonnes caractéristiques de régulation de vitesse.
La théorie du procédé et de l'appareil de commande est basée sur l'application d'un moteur principal à courant alternatif du type à vitesse constantepour développer la partie principale du mouvement et de la force motrice requi- se pour la commande et sur l'application d'une machine auxi- liaire à courant continu et à vitesse variable pour modifier, par addition ou soustraction, la vitesse du moteur principal.
La machine auxiliaire à courant continu est un appareil de transformation de force motrice réversible dont le côté électrique est connecté à une source de cou- rant alternatif, de préférence celle alimentant le moteur principal, par l'intermédiaire d'un dispositif de trans- formation réglable qui gouverne la vitesse et le sens de rotation de la machine auxiliaire à courant continu. Ce dispositif est de préférence un groupe moteur-génératrice dont la tension de la génératrice est réglable en sens ainsi qu'en grandeur par un rhéostat à commande mécanique.
Du côté mécanique, la machine auxiliaire à courant continu est reliée, par l'entremise d'une transmission ou directement.
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àu moteur principal et à la charge, en relation différen- tielle9 de sorte que le couple de la charge est imposé de façon différentielle au moteur principal et au moteur auxi'- liaire, et ce en proportion soit directe, soit inverse, de la multiplication de mouvement d'un des moteurs par rapport à l'autre.
Le présent procédé et le présent appareil sont avantageux en ce qui concerne le rendement et la'simplicités On peut employer partout des machines sensiblement normales La machine principale est de préférence un moteur du type à cage d'écureuil qui, en soi, est de construction parti- culièrement simple et robuste et, dans un des modes de réa- , lisation représentés, ce moteur ne possède pas de contaets frottants.
Pour la traction, ou pour les charges qui peuvent avoir des caractéristiques de couple négatif, l'invention offre un moyen de freinage à récupération en tous les points de l'échelle entière des vitesses.
Le moteur principal à courant alternatif et le mo teur auxiliaire sont tous deux des machines vitesse cons- tante. Par conséquent, l'installation de commande est du type à vitesse constante en ce sens qu'elle maintient une vitesse sensiblement fixe pour tout réglage, entre les li mites d'une grande échelle de coupleso L'installation de commande maintiendra des vitesses sensiblement fixes pour des positions définies du rhéostat de manoeuvre, et en modifiant le réglage de ce rhéostat on change d'une façon définie la vitesse et (ou) le sens de rotation de l'ins- tallationo
Dans les dessins annexés qui représentent plusieurs modes de réalisation de l'invention.
Figure 1 est un schéma deun mode de réalisation du procédé et de l'appareil suivant 1?invention et représente le groupe moteur et le groupe régulateur /
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Figure 2 est une coupe à plus grande échelle du groupe moteur de figure 1.
Figure 3 est une coupe 'analogue d'un groupe mo- teur dans lequel les deux moteurs de commande sont reliés entre eux par un engrenage différentiel.
Figure 4 est une vue en bout du mécanisme à engre- nage et frein.
Figure 5 est une vue de côté avec aoupe partielle d'une autre disposition de groupe moteur dans lequel il est prévu une transmission à courroie souple entre le mo- teur à courant continu et le moteur à courant al ternatif.
Figures 6, 7 et 8 sont des diagrammes de carac- téristiques qui expliquent le fonctionnement de l'installa- tion de commande.
Figure 9 est un diagramme des caractéristiques de fonctionnement de l'installation de commande appliquée à une charge constituée par un ventilateur et représente aussi la possibilité d'abaisser la limite inférieure de l'échelle des variations de vitesse.
Le présent appareil comprend deux groupes princi- paux, savoir le groupe moteur 1, qui est accouplé à la char- ge 3, et le groupe régulateur 2. Le groupe moteur comporte deux machines et est composé d'un moteur à courant alterna- tif 4, du type à vitesse constante, et d'un moteur à courant continu!, du type à vitesse variable. Cette dernière machi- ne travaille à certains instants à la façon d'un moteur.et à d'autres instants à la façon d'une génératrice pendant le fonctionnement de l'installation.
Le moteur 4 de figure 1 est représenté à une échelle plus, grande dans la figure 2. Il comprend un rotor 6 qui peut être muni d'un enroulement en cage d'écureuil ou analogue, et une partie externe 7 qui constitue normalement le stator mais qui, dans le cas présent, est montée pour tourner dans des paliers 8 et 9 (figure 2)o
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Ltarbre 10 du rotor! est 'accouple à la charge 3 et l'on a aussi représenté un volant 12 en supposant que la charge est telle qu'un laminoir, ou qu'elle possède par ins- tants des caractéristiques de couple négatives, comme par exemple une charge roulante du genre de celles rencontrées dans la traction.
Le stator ou carcasse 7 est muni de deux groupes de bagues collectrices 13 et 14, ce stator étant muni de deux enroulements permettant d'obtenir deux vitesses diffé- rentes entre le rotor 6 et le stator 7. Un commutateur sélec- teur 15 permet de relier les conducteurs à courant alterna- tif 16 soit à l'enroulement à faible vitesse relié aux ba- gues 13, soit à l'enroulement à grande vitesse relié aux bagues 14.
La carcasse ou stator 7 est accouplé à l'induit 18 de la machine à courant continu 5 dans ce mode de réalisa- tiono Elle peut par suite faire tourner cet induit ou en recevoir un mouvement de rotation. La machine à courant con- tinu 5 est un moteur ordinaire à excitation indépendante dont l'inducteur 19 est excité séparément par les barres à courant continu 20, par l'intermédiaire d'un rhéostat de réglage 22.
Un inverseur 17 est branché entre les fils de ligne 16 et le commutateur sélecteur 15,de sorte que, si on le désire, on peut inverser les phases pour inverser le sens de rotation de la machine à courant alternatif 4. Comme on le verra plus @@pin, le rhéostat de réglage du groupe régulateur 2 et le commutateur sélecteur 15 peuvent être manoeuvrés en concordance, de façon à assurer l'exécution dans un ordre régulier de Inaction du groupe régulateur et du groupe moteur.!
Le groupe régulateur est constitué par un groupe moteur-génératrice du type normale Il comporte une machine
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à courant continu 23 capable de fournir toute tension compri- se entre zéro et un maximum,
de polarité positive ou négati- ve. La machine à courant continu 23 se comporte tantôt à la façon d'une génératrice (fournissant de l'énergie à la ma- chine motrice à courant continu 5) et tantôt comme moteur, en fournissant de l'énergie au moteur à courant alternatif 24 du groupe de régulation 2 recevant de l'énergie de la machine motrice à courant continu 5 et entraînant en géné- tarice à courant alternatif la machine 24 qui était au- paravant son moteur.
Dans le groupe 25 , l'induit 26 de la machine à courant continu 23 est relié mécaniquement au rotor 27 du moteur à courant alternatif 24. L'induit 26 est relié électriquement à l'induit 18 de la machine motrice à courant continu 5, ces deux induits formant un circuit fermé 28.
L'inducteur 29 de la génératrice 23 est excité séparément par les conducteurs 20 à courant continu et à potentiel constant, par l'intermédiaire d'un rhéostat de réglage 30 qui est de préférence du type "potentiomètre" et comporte deux enroulements potentiométriques 32 et des contacts 33 coopérant avec ces enroulements pour appliquer aux bornes de l'inducteur 29 une tension qui varie, par de- grés convenables en 'grandeur et en polarité. On peut faire varier la tension du maximum à zéro, dans l'un et l'autre sens, et vice versa, par échelons aussi faibles qu'on le dé- sire.
Le rotor 6 et le stator 7 du moteur principal 4 peuvent être accouplés ou calés mécaniquement ou magnétique- ment, suivant qu'on le désire, lorsqu'il est désirable de lancer la charge avec le moteur à courant continu 5, comme ce peut être le cas dans l'application à la traction.
Dans ce cas.si, comme on l'expliquera plus loin, le stator du moteur à courant alternatif est immobile , il suffira de freiner le rotor (magnétiquement, mécaniquement ou autrement)
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pour effectuer la mise en marche désirée à l'aide du moteur à courant continuo
Les limites de l'échelle des vitesses entre les- quelles l'installation doit fonctionner déterminent jusqu'à un certain point les rapports de puissance des moteurs à- courant continu et à courant alternatif,, et le mode de cou- plage des deux moteurs détermine aussi le couple @t la vitesµ se.
On remarquera que lorsque les deux moteurs sont aocou- plés à la charge de la façon représentée dans les figures 1 et 2, ils possèdent le même couple puisque le moteur à courant continu 5 exerce son effet sur la vitesse de la charge 3 en actionnant (ou en étant actionné par) un des organes tournants du moteur à courant alternatif 4. Dans cet- te construction, on obtient la relation différentielle en accouplant les deux organes du moteur à courant alternatif à la charge et au moteur à courant continu respectivement.
Le terme "commande différentielle" employé ci-après s'en- tend à la fois pour le couplage susdit de deux organes tournants d'un des moteurs avec la charge et avec l'autre moteur ou pour un engrenage convenable qui accouple les ar-' bres des deux moteurs avec la charge en relation différen- tielle .
Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le moteur à courant continu 5 est accouplé directement au mo- teur à courant alternatif 49 avec un rapport de 1 à 1, et doit par conséquent pouvoir exercer un couple égal au cou- ple de ce dernier. Il s'ensuit qu'il devient relativément grand et, pour une variation modérée de l'échelle de vitesses est un moteur à faible vitesse.
Le groupe moteur-génératrice 25 de l'ensemble de régulation 2 peut être actionné à grande vitesse, et il peut par conséquent recevoir des dimensions relativement faibles.
Si le groupe moteur tourne à une vitesse élevée, ce groupe peut être relativement plus lento Sa vitesse peut être choi- /
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sie indépendamment de celle du moteur principal à courant alternatif. La puissance nominale du groupe 25, abstraction ;µfaite des pertes, est la même que celle du moteur 5.
Deux ou plus de deux groupes moteurs peuvent fonc- tionner à l'aide du même groupe moteur-génératrice. Dans ce cas, la puissance nominale du groupe moteur-génératrice unique 25 est égale à la somme des puissances nominales des moteurs à courant continu 5. Un contrôleur unique peut être prévu pour régir le fonctionnement de toutes les installations de commande gouvernées par le même groupe ré- gulateur.
Au lieu que le moteur à courant continu 5 soit accouplé directement dans un rapport de 1 à 1 avec le sta- tor 7 du moteur à courant alternatif, ce moteur 5 peut recevoir des dimensions réduites et être actionné à une vitesse plus élevée, ce qui s'obtient en reliant ce moteur au stator 7A. comme indiqué dans la figure 5, par une transmission permettant au moteur 5A de tourner à une plus grande vitesse.
Comme représenté dans la figure 5, le moteur 5A est muni d'une poulie motrice 32 qui est reliée par une courroie à un manchon 33 porté par le stator 7A du moteur à courant alternatif 4A, lequel stator tourne dans des paliers convenables 34 et 35. Le rotor 6A est monté sur son arbre lOA qui tourne aussi dans des paliers 36 et 37.
L'installation de commande de la figure 5 comprend une série d'éléments flexibles tels que des câbles ou cour- roies en V, reliés en parallèle. Bien entendu, des engrena- ges ou une chaîne de transmission pourraient être employés si on le désirait.
Le moteur 5A est monté sur une charpente 39 au- dessus du moteur à courant alternatif 4A, mais il est évi- dent qu'on pourrait placer le moteur 5A dans toute autre position convenable par rapport au stator 7A du moteur à courant alternatif 4A.
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Le fonctionnement de la construction de figure 5 est essentiellement le même que celui de l'appareil des figures 1 et 2, excepté que le mouvement du moteur à cou- rant continu 5A est multiplié, de sorte que ce moteur peut recevoir des dimensions plus petites en raison de sa vi- tesse plus grande et de son couple plus faibleo Le couple peut être diminué dans chaque cas dans le r apport de trans- mission entre le moteur à courant continu et le moteur à courant alternatif. La charge peut être active ou passive.
S'il s'agit d'une charge active, comme par exemple une charge roulante ou un volant 12 dont la vitesse doit varier, .la récupération de la charge active s'effectue comme il sera expliqué ci-après plus en détailLa vitesse de l'ins- tallation de commande correspond au réglage du rhéostat 30, et si l'on règle le rhéostat 30 pour une vitesse plus fai- ble, c'est-à-dire de manière à diminuer la tension de la génératrice à courant continu 23, la charge est aussitôt freinée par la récupération inhérente qui caractérise cette installation de commande.
Ceci est indépendant du sens du couple de la chargée
Les figures 3 et 4 représentent une autre dis- position des parties du groupe moteuro Dans ce cas, le moteur à courant continu'5B et le moteur àlcourant alterna- tif 4B sont reliés entre eux et à la charge de façon dif- férentielle par une transmission à engrenage du type planétaire. L'arbre 42 de la machine à courant continu 5B traverse l'arbre creux 43 du moteur à courant alterna- tif 4B et porte un pignon central 44 engrenant avec trois satellites 45. Les satellites 45 sont reliés entre eux par une cage 46 qui est elle-même accouplée avec l'arbre récep- teur 10.
Les satellites 45 engrènent avec la denture in- terne d'une roue enveloppante 47 reliée à l'arbre creux 43 du moteur à courant alternatif 4B De'cette manière, grâce au différentiel 40 le mouvement du moteur courant continu
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5B est multiplié par rapport à celui du moteur à courant alternatif 4B. Le couple du moteur à courant continu 5B est diminué, et sa vitesse est augmentée proportionnellement au rapport de transmission. Le moteur à courant alterna- tif 4B est muni de connexions de grande vitesse 48 et de connexions de faible vitesse 49, comme expliqué au sujet de figure 1.
La roue enveloppante 47 constitue un tambour de frein avec lequel coopère un ruban de frein.50 servant à immobiliser le tambour. Ceci immobilise aussi le rotor du moteur à courant alternatif, de sorte que la charge peut être lancée à l'aide du moteur à courant continu. On peut ainsi obtenir trois échelons définis pour la vitesse du moteur à courant alternatif, savoir la vitesse zéro, la faible vitesse et la grande vitesse, cette dernière étant de préférence le double de la faible vitesse quoique ceci ne soit pas essentiel. On peut, si on le désire, prévoir tout le nombre de vitesses entre certaines limites.
Le frein 50 est commandé par un solénoide 52 monté dans un circuit de frein convénable. Bien entendu, le frein à commande électrique pourrait être remplacé par tout autre dispositif de commande ou de serrage du frein.
Lorsque la commande est appliquée à des usages industriels (broyeurs à charbon, ventilateurs, etc..) dans lesquels.l'échelle de variation de vitesse n'a pas besoin d'être grande, il suffit que le moteur à courant continu 5 soit assez grand pour assurer l'augmentation et ,la diminution de puissance requise pour produire la varia- tion de vitesse. Le fonctionnement est alors comme suit :
Lorsque le stator 7 est au repos (il peut être maintenu au repos à l'aide de la construction de figure 3 ou en immobilisant la machine à courant continu 5 comme représenté dans les figures 1 et 2) , le moteur à courant alternatif 4 se comporte à la façon d'un moteur du type normal tournant à sa vitesse nominale.
Si une vitesse plus
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élevée est désirée, on élève la tension de la machine à courant continu 23 du groupe régulateur 20 Ctte machine fournit alors de l'énergie à. la machine à courant continu
5 du groupe moteur;, et cette dernière machine fonctionne comme moteur pour entraîner le stator à courant alternatif 7 dans le sens de rotation du rotoro
Avec une excitation de champ constante, la machine à courant continu 5 tend à tourner à une vitesse qui est pratiquement proportionnelle à la tension continue appli quée à ses borneso La vitesse du stator, et par suite l'ac- croissement de vitesse de la charge, augmentent ainsi dans le même rapporto
Si une vitesse plus faible est désirée,
on élève la tension de la machine.régulatrice à courant continu en sens inverseo Le stator à courant alternatif entraîne alors sa machine à courant continu 5 dans un sens opposé à celui du rotor, et cette dernière machine fournit alors de l'é- nergie à la machine régulatrice à courant continu 23 qui, à son tour, agit comme moteur pour actionner sa machine à courant alternatif 24 en génératrice, régénérant ainsi l'éner- gie qui a été fournie par la machine à courant alternatif 4 à la machine 5 , abstraction faite des pertes. La machine à courant alternatif 24 restitue ainsi de l'énergie au ré- seau d'alimentation.
Dans ce cas, la diminution de vitesse de la charge est pratiquement dans le même rapport que l'accroissement, entre zéro et le maximum, de la tension continue négative de la machine à courant continu 33.
Comme représenté dans la figure 1, les moteurs à cour ant alternatif sont tous deux reliés à la même source d'énergie 16. Les deux machines à courant continu 5 et 23 sont reliées en série. Les enroulements inducteurs de la machine motrice à courant continu 5 sont reliés à une source de courant continu à tension constante par un rhéos tat de réglage 22. Les enroulements inducteurs de la machi- ne régulatrice à courant continu 23 sont reliés à la même
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source par l'intermédiaire d'un rhéostat qui est capa- ble de transformer cette tension constante en une tension variant par petits échelons d'un maximum positif à un ma- ximum négatif, en passant par zéro.
Avec une excitation constante de la machine motrice à courant continu 5, le courant continu du circuit 28 est directement proportionnel au couple développé par le groupe moteur et a un sens correspondant. Si le couple change de sens, le courant change aussi de sens.
Dans le cas de charges dans lesquelles la varia- tion de vitesse au-dessus de la vitesse nominale du moteur à courant alternatif 4 est égale ou supérieure à la varia- tion de vitesse au-dessous de ladite vitesse nominale, le couple et la vitesse des deux machines motrices 4 et 5 sont généralement déterminés par le couple exigé par la charge à sa vitesse maximum, Les deux machines sont soumises à ce couplé. La puissance fournie par chacune d'elles est par conséquent directement proportionnelle à la vitesse de chacu- ne.
Dans la disposition à accouplement direct des figs 1 et 2, la machine motrice à courant continu 5 doit dévelop- per le même couple que le moteur à courant alternatif 4.
Elle devient ainsi une machine à couple élevé et à faible vitesse. '
La disposition courroie de figure 5 et la dispos sition à engrenages de figure 3 sont généralement moins coûteuses et plus efficaces que la disposition à accouple- ment direct parce qu'elles comportent une machine à courant continu de vitesse plus grande et de couple plus faible.
Dans les conditions susmentionnées de varia- tions de vitesse, et en négligeant les pertes, les valeurs nominales du groupe régulateur sont les mêmes que les va- leurs nominales de la machine motrice à courant continu.
Si la variation de vitesse au-dessous de la vitesse nomi- nale du moteur à cour.ant alternatif.4 excède la variation
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de vitesse au-dessus de cette vitesse nominale, la puissan- ce nominale de la machine motrice à courant continu 5 et du groupe régulateur 2 peut, sous certaines conditions, excé- der celle déterminée par les conditions de charge à la vi- tesse maximum de la chargeo
L'énergie correspondant à la vitesse constante ne subit qu'une'transformation, savoir par le moteur à cou- rant alternatif 4.
L'énergie qui procure l'accroissement de vitesse subit trois transformationso L'énergie fournie par le groupe moteur 1 par l'entremise du groupe régulateur 2 aux conducteurs 16 pour produire une diminution de vitesse subit quatre transformations.
Comme l'énergie qui subit ces trois ou quatre transformations est seulement celle qui correspond aux variations de vitesse à partir de la vitesse constante du moteur à courant alternatif 4 ,elle est, dans le cas de faibles variations de vitesse, relativement faible. Le rendement total d'une installation motrice agencée pour satisfaire à ces conditions doit par conséquent être élevé.
A mesure que l'échelle des vitesses augmente, le rendement diminue d'une f aç on correspondanteo
Comme la vitesse du groupe moteur est, pour tout réglage de vitesse donné, la somme ou la différence de la vitesse d'un moteur à courant alternatif à vitesse pratique- ' ment constante et de la vitesse pratiquement constante d'une machine à courant continu à excitation séparée, la vitesse de ce groupe doit aussi être pratiquement constante entre les limites d'une échelle assez grande de couples.
La variation de vitesse peut être effectuée par échelons si petits qu'il en résulte sensiblement une courbe de vitesse régulière dans toutes les parties de l'échelle de réglageo
Lorsque plusieurs installations motrices doivent suivre simultanément un cycle de vitesse donné, comme dans les laminoirs ou la meunerie, ou dans les ventilateurs ou
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d'autres appareils auxiliaires d'une chaudière, on peut se servir d'un groupe régulateur unique pourrégir le fonction- nement de plusieurs unités motrices.
Lorsque des réglages de vitesse précis sont nécessaires, on peut ob tenir un réglage secondaire plus précis par un réglage indépendant du champ, par exemple à l'aide d'un rhéostat tel que 22, de façon à égaliser les vitesses des machines motrices à courant continu individuelles 5.
Lorsque le couple diminue plus rapidement que la vitesse, comme c'est le cas dans les pompes et ventila- teurs centrifuges, la limite inférieure de l'échelle des vitesses peut êtreabaissée au-dessous de la limite du ré- glage de l'induit par un réglage de l'inducteur des ma- chines motrices à courant continu, par exemple à l'aide du rhéosat 22. En raison de la diminution du couple à la vi- tesse plus faible, le degré de réduction de vitesse sera, en général, plutôt limité par des vitesses excessives des machines motrices à courant continu 5 et du stator rotatif 7 que par une mauvaise commutation.
Pour ce genre de service, la machine motrice à courant continu 5 et le stator à courant alternatif 7 doi- vent être calculés pour résister à une vitesse excessive ou être munis d'un dispositif propre à empêcher une vitesse ,excessive. Une vitesse excessive de ce genre correspondrait au fait que le rotor 6 reste fixe et que le stator 7 et l'in- duit 18 du moteur à courant continu tournent à la pleine vitesse nominale du moteur à courant alternatif 4.
L'installation motrice suivant l'invention peut être appliquée à des charges de diverses caractéristiques de couple. Si le couple est sensiblement constant en tous les points de l'échelle de vitesses désirée, les limites de cette échelle seront déterminées par la puissance nominale du moteur à courant continu, en supposant, bien entendu,
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que le moteur à courant alternatif possède une puissance nominale suffisanteo En dautres termes, lorsque le pro duit de la vitesse du moteur à courant continu par le couple de la charge est égal à la puissance nominale de ce moteur;, l'installation motrice a atteint la limite de son échelle de vitesseso
Toutefois;
, dans le cas d'une charge dont le couple diminue avec la vitesse, on peut abaisser la limite infé- rieure de la variation de vitesse en faisant varier l'exci- tation du champ du moteur à courant continu.
La variation de vitesse au-dessus de la vitesse du moteur à courant alternatif par un réglage de l'induit du moteur à courant continu est limitée par la puissance nomi. nale de ce dernier, étant donné que, à mesure que le couple de la charge augmente, l'intensité du courant passant dans l'induit à courant continu augmente d'une façon corres pondante. Par suite, lorsque l'intensité du courant tra- versant la machine à courant continu atteint son maximum ad- missible, il n'est plus possible de continuer à élever la vi- tesse sans surcharger le moteur à cour ant continu. ,De même, si le moteur à courant alternatif est convenablement choisi, il atteindra sa valeur nominale à la même ou sensiblement la même vitesse.
Toutefois, cette limitation n'intervient pas à la limite inférieure de la variation de vitesse par le réglage de l'induit. Lorsque la machine à courant continu travaille en génératrice, la diminution de vitesse de la charge est accompagnée d'une diminution du couple. Il se produit par conséquent une diminution correspondante de l'intensité du courant passant dans l'induit à cour ant continu. Toute- fois, la limite inférieure de la variation de vitesse de l'installation est fixée par la construction mécanique de la machine à courant continu 5.
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L'inducteur 19 de cette machine 5 possède norma- lement une excitation constante qui est assez grande pour fournir, par réaction avec le courant d'induit maximum du circuit 28, le couple de pleine charge et de vitesse maxi- mum.
Lorsque la machine à cour ant continu travaille en génératrice, elle tend à tourner à une vitesse telle qu'elle engendre une tension sensiblement égale et opposée à la tension aux bornes de la génératrice du groupe moteur- génératrice. Lorsque cette tension augmente dans le sens . négatif, la machine à courant continu augmente de vitesse pour équilibrer cette tensiono Lorsque la limite du réglage d'induit est atteinte, le champ de la machine à courant continu est diminué, et il en résulte que, avec une induc- tion moindre, il faut que la machine augmente encore de vite se pour équilibrer la tension de la génératrice, qui est maintenue constante entre les limites de l'échelle du réglage du champ de la machine de commande.
Ceci s'obtient en diminuant l'excitation de champ par le rhéostat de champ 22. En diminuant cette excitation, il est possible d'abaisser considérablement la limite in- férieure de la variation de vitesse.
On se référera maintenant à la figure 9 qui montre un exemple de l'abaissement susdit de la limite inférieure de la variation de vitesse par un réglage du champ.
Dans le diagramme de figure 9, la courbe 60 re- présente les caractéristiques de vitesse-couple de la charge, qui est dans ce cas un ventilateur. La courbe des couples suit approximativement la loi des carrés, c'est-à-dire que le couple croit.approximativement avec le carré de la vitesse.
La courbe 62 représente la puissance requise par le venti- lateur, Comme le couple augmente approximativement avec le carré de la vitesse, la puissance requise augmente approxi- mativement avec le cube de la vitesse. Dans le cas présent,
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la variation de vitesse s'étent approximativement entre 47% et 100%, et cette variation est obtenue par un réglage de l'induit dans la partie supérieure de l'échelle et par un réglage du champ dans la partie inférieure de l'échelle.
La puissance fournie par le moteur à courant al- ternatif est représentée par la courbe 63,et la puissance traversant la machine à courant continu est représentée par la courbe 64. On considérera l'installation motrice à son maximum de vitesse, c'est-à-dire lorsque le ventilateur est actionné à 100 % de sa vitesse normale. La puissance est fournie en partie par le moteur à courant alternatif et en partie par le moteur à courant sontinu. Comme le cou- ple de la charge augmente très rapidement, on voit que la puissance de la machine è courant continu atteindra sa limite entre les limites d'une faible échelle de vitesses ajoutée à la vitesse du moteur à courant alternatif.
Le point auquel le moteur à courant continu est au repos et où le ventilateur est actionné entièrement par le moteur à courant alternatif est celui où la courbe 64 intersecte la ligne de puissance nulle OX de figure 9o Ce point 65 représente la vitesse du ventilateur à laquelle la machine à courant continu immobilise le stator 7 du moteur à courant alternatif. Il est situé approximativement aux 86/100 de la vitesse normale du ventilateur. L'accroissement de vitesse obtenu en ajoutant de la puissance de la machine à courant continu à la puissance de la machine à courant alternatif n'est donc approximativement que de 14 % jusqu'à ce que la machine à courant continu marche à pleine charge.
Toutefois, dans le sens opposé, la machine à courant continu ne se charge pas aussi rapidement que la vitesse augmente dans le sens négatif parce que le couple diminue rapidement, comme il ressort de la courbe 60 La puissance demandée est représentée par la partie inférieure de la courbe 64, au-dessous de la ligne de base 0 X Alors
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que la puissance fournie à travers la machine à courant continu est 14% du total lorsque la vitesse maximum de l'installation motrice se trouve atteinte, cette puissance ne s'élève pas au dessus d'une valeur négative de 10 % lorsque cette machine travaille en génératrice.
Par suite, alors que la diminution de vitesse due au réglage d'induit ne serait approximativement que de 14 % inférieure aux 86 % auxquels le moteur à courant alternatif entraîne seul la charge, il est possible , en diminuant l'excitation de champ, de reculer la limite et d'étendre la variation de la vitesse au-dessous de 86 % jusqu'à 46 % environ du maximum, comme représenté par la courbe de figure 9.
Si l'échelle des vitesses est très grande, il sera quelquefois économique de la couvrir en deux échelons avec deux équipements indépendants. A la vitesse supérieure, l'équipement le plus grand donnerait, par un réglage d'in- duit (c'est-à-dire par le groupe régulateur 2 ), des variations de vitesse égales au-dessus et au-dessous de la vitesse nominale du moteur à courant alternatif. On pourrait alors abaisser la limite inférieure à une valeur encore plus faible par un réglage du champ. Le groupe le plus petit- couvrirait alors son échelle des vitesses de la même façon. Dans certains cas, il peut même être écono- mique dtappliquer ce procédé à un nombre d'échelons supérieur à deux. Par un recouvrement des échelons, on peut obtenir une variation de vitesse plus graduelle.
Lorsqu'une grande échelle de vitesses est néces- saire dans des conditions voisines du couple constant, on peut l'assurer à l'aide d'un moteur à deux vitesses tel qu' un moteur à courant alternatif de 600-1200 tours par mi- nute,. Si la machine motrice à courant continu 5 permet une échellè de vitesses équivalente à 300 tours par minute, il est possible d'obtenir une échelle de 1500 à 900 tours par minute par l'enroulement à grande vitesse (1200 tours)
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une échelle de 900 à 300 tours par l'enroulement à fai- ble vitesse (600 tours) et, en solidarisant le rotor et le stator du moteur à courant alternatif, par exemple à l'ai- de du circuit de frein 21 de figure 1 ou du frein mécani- que 50 de figure 3,
une échelle de 300 à 0 tours avec la machine à courant continu seule.
En inversant les connexions des enroulements, la même échelle de vitesses totale de 0 à 1500 tours par minute peut être obtenue dans le sens opposé. Ce mode opé- ratoire est spécialement applicable dans le cas de la trac- tion dans laquelle, étant donné que plusieurs moteurs sont appliqués, on peut faire passer un ou plusieurs des moteurs à courant alternatif 4 d'une vitesse à une autre pendant que les autres restent en service. De cette façon, il n'y a pas d'interruption dans la continuité de l'effort de trac- tion pendant la transition. Ce mode opératoire est repré- senté schématiqument dans les figures 6, 7 et 8.
On supposera qu'une charge de traction à cou- ple constant soit accouplée avec l'installation de figure 1.
Lorsque la charge est au repos et que le contact 33 du contrôleur à rhéostat occupe la position neutre, le rotor 6 et le stator 7 sont bloqués entre eux par un enroulement magnétique excité par le circuit 21 de figure 1. On manoeuvre alors le rhéostat 30 pour porter la vitesse du moteur 5 à sa valeur maximum, ce qui amène la charge aux 20/100 de sa vitesse maximum, comme représenté par la partie 0-B de la courbe de figure 6. La puissance fournie par le moteur à courant continu est représentée par le triangle 0-A-B de figure 6, et la vitesse de la machine à courant continu 5 est représentée par la ligne 0-0 de figure 8.
La machine à courant alternatif tourne à vide, et le mouvement relatif entre son rotor et son stator est nul, comme indi- qué par la ligne O-K de figure 70
Lorsque la charge roulante a atteint 20 % de sa vitesse, on desserre le frein appliqué à la machine à
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courant alternatif 4, on inverse la machine à courant conti- nu 5 jusqu'à sa vitesse maximum, comme indiqué par les lignes Q-R-S de figure 8, et l'on excite la machine à courant alternatif par son enroulement à faible vitesse, com- me indiqué par la ligne K-L de figure 7.
La machine à courant alternatif 4 travaille alors à faible vitesse, actionne la machine à courant continu en génératrice et entraîne la charge. On manoeuvre le rhéos- tat 30 pour diminuer graduellement la vitesse inverse du moteur 5 travaillant en génératrice, et la vitesse de la charge augmente suivant la ligne B-D de figure 6.
Cette phase du fonctionnement de la machine à courant continu est indiquée par la ligne S-T dans le diagramme de figure 80
La machine à courant continu est ainsi graduelle- ment amenée à la vitesse zéro, et une tension progressive- ment croissante lui est alors appliquée par une manoeuvre convenable du rhéostat de façon que sa vitesse s'ajoute à celle de la machine à courant alternatif, de sorte que la charge se meut à 'une vitesse qui augmente suivant la ligne D-F de figure 6, la machine à courant continu augnien- tant de vitesse suivant la ligne T-U de figure 8.
Lorsque la vitesse a atteint 60 % (point F de figure 6), on change la machine à courant continu de la plei- ne vitesse de marche avant, comme moteur, à la pleine vi- tesse de marche arrière, suivant la ligne U-V-W de figure 8, et l'on excite ensuite l'enroulement à grande vitesse du moteur à courant alternatif pour élever sa vitesse à 1200 tours par minute;,. La charge roulante etl'inversion de la machine à courant continu 5 amène automatiquement la machine à courant alternatif à sa vitesse requise, soit au point de 600 tours par minute, soit au point de 1200 tours par mi- nute, suivant le cas.
Dans ce dernier cas, lorsque le moteur à courant alternatif 4 est porté à 1200 tours par minute, il actionne la machine à courant continur 5 en génératrice;
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on diminue graduellement la vitesse de la génératrice, par la manoeuvre du rhéostat 30 , suivant les lignes W X de figure 8, pour augmenter graduellement la vitesse de la charge suivant la ligne F-H de figure 6, et l'on fait alors travailler la machine à courant continu comme moteur suivant la ligne X-Y de figure 8 pour porter la charge à sa vitesse maximum suivant la ligne H-J de figure 6.
On donne de préférence à l'échelle des vitesses du moteur à courant continu 5 une valeur légèrement supérieu- re aux desiderata de façon qu'on puisse accélérer la char- ge légèrement au-dessus du point indiqué sur le diagramme de façon à donner une certaine marge . en particulier sur des rampes et dans des cas analogues.
Lorsque deux unités motrices sont appliquées sur la même locomotive ou autre véhicule, les changements de régime peuvent être effectués successivement on un la la fois de façon à maintenir un couple sur la charge en cas ou le groupe est employé pour la traction ou à maintenir la résistance opposée à la charge négative dans le cas d'un freinage à récupération ou dans un cas analogue.
L'installation de commande se prête en soi à la récupération. Lorsqu'elle actionne une charge dont le couple change d'une valeur positive à une valeur négati
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/légèrement vue, l'installation motrice augmentedtalimentation.Cette de vitesse. puis restitue caractéristique trouve son application dans les appareils de l'énergie au réseau de levage et monte-charges, les groupes moteurs-génératri- ces à volant et les chemins de fer.
Lorsqu'on applique l'installation de commande, comme expliqué au sujet des figures 6 à 8, ou une par- tie (le cette installation, la récupération peut être réa- lisée de haut en bas jusqu'à zéro, même lorsqu'un moteur à courant alternatif à plusieurs vitesse est appliqué, 'en. inversant simplement les opérations décrites au sujet des flaires 6, 7 et 8.
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Bien entendu, pour effectuer les opérations dé- crites au sujet des figures 6, 7 et 8, on peut se servir d'un contrôleur convenable à commande manuelle pour ef- fectuer les connexions successives et déplacer le con- trêleur rhéostat 30 dans l'ordre désiré. Si la variation de vitesse désirée n'est pas plus grande que celle qui peut être superposée à une vitesse unique du moteur à cou- rant alternatif 4, comme ce serait le cas , par exemple, d'une variation représentée par la ligne allant de B à F en passant par D, le rhéostat simple 30 de .figure 1 suffito
De nombreuses modifications peuvent être appor- tées aux modes de réalisation décrits et représentés sans s'écarter de l'esprit de l'invention.