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Commande électrique pour machines d'usines de laminage.
Les machines des usines de laminage actuelles, par exemple les machines de trains de laminoirs, les lami- noirs à cylindres, les dispositifs de dressage, les règles, les cisailles, comportent les conditions les plus dures pour leurs moteurs de commande et notamment pour leurs ap- pareils de démarrage. Ces commandes, qui s'ervent princi- palement à l'accélération de masses, sont appelées des commandes d'accélération. Les machines de ces usines sont constamment à l'état de fonctionnement de l'accélération de leurs masses. Après terminaison de l'accélération, la commande est freinée, inversée et de nouveau accélérée dans la direction opposée. Les commandes actuelles des usines de laminage effectuent de cette manière plus de mille changements à l'heure.
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Le moteur triphasé suffit en tant que machine de commande à ces exigences. Mais il est très difficile de trouver des appareils de distribution appropriés. Ceci pour deux raisons : Premièrement l'appareil de distribu- tion comporte de grandes dimensions, car l'énergie qu'il contrôle est grande en raison de la grande quantité de l'énergie constamment consommée et passant dans le démar- reur. Deuxièmement, il est fortement sollicité au point @ de vue mécanique en raison de la fréquence du changement.
La meilleure solution actuellement employée comprend de lourdes distributions par vannes électriques, qui com- prennent beaucoup de matériaux et dans lesquelles il faut investir en conséquence un capital élevé, et dont l'entre- tien et la surveillance représentent de forts frais.
L'invention consiste en ce qu'on se sert d'un démarreur à impédance en combinaison avec le moteur tri- phasé employé de manière générale pour les commandes de laminoirs.
Le démarreur à impédance est connu. Il a été jusqu'ici rarement employé car il comporte en combinaison avec des moteurs normaux à marche constante de sérieux inconvénients : Il réduit la possibilité de surcharge de la commande, provoque un glissement plus grand et une plus grande réception de courant déwatté du moteur à l'état de service permanent.
Ce n'est que l'emploi du démarreur à impédance d'après l'invention qui permet d'utiliser celles de ses propriétés qui ne se manifestent pas dans l'emploi pour des moteurs normaux, mais lui assurent pour les commandes d'accélération une supériorité manifeste sur les appareils de démarrage employés jusqu'ici dans des machines de ce genre. Cette propriété réside dans la forte capacité de sollicitation du démarreur à impédance par suite de la suppression de toute sollicitation mécanique,, et par suite de son. grand pouvoir de cession de chaleur. Ces avantages
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font que les inconvénients se manifestant,avec une charge permanente n'entrent plus en ligne de compte dans les com- mandes à accélération.
Pour permettre le maximum d'utilisation dans l'application d'après l'invention, le démarreur à impédan- ce est calculé pour un grand pouvoir de cession de chaleur et pour un grand moment de démarrage.
La commande ressemble, en ce qui concerne la simplicité au point de vue mécanique, aux moteurs à induit à cage d'écureuil pour forte puissance de démarrage (induit à courants parasites, induit à cage d'écureuil multjple).
Mais la supériorité de la commande de l'invention par rap- port à ces moteurs, supériorité décisive pour des comman- des d'accélération, provient de ce que la puissance de dé- marrage transformée en chaleur ne reste pas dans le moteur mais en est évacuée, de sorte que le moteur de commande comporte des dimensions économiques. Le moteur triphasé avec démarreur à impédance peut alors porter la commande du laminoir à un nombre de courses élevé, de sorte que le rendement et la production des machines de laminage peuvent être augmentés par rapport à des commandes possédant les appareils démarreurs usuels.
La fig. 1 du dessin ci-joint représente schémati- quement la commande de la présente invention.
10 désigne un moteur triphasé asynchrone, qui actionne la machine de laminoir. 11, 12 désignent les deux vannes ou interrupteurs d'inversion, par lesquelles le stator du moteur est alimenté du réseau triphasé 13.
14, 15, 16 désignent les trois bagues collectrices du ro- tor. 17 désigne un noyau de fer à trois branches en fer plein ou en fer feuilleté. 18, 19, 20 désignent trois bobines de réactance qui sont bobinées chacune sur une branche du noyau de fer 17 et sont couplées en parallèle avec des résistances ohmiques 21, 22, 23. Les bobines de réactance forment conjointement avec la' résistance ohmique
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le démarreur à impédance qui est connecté en permanence aux bagues collectrices du rotor. Le processus de démar- rage et d'accélération est le suivant :
Lorsque le moteur est connecté au réseau par. fermeture de l'une des vannes principales 11 et 12, qui doivent être réciproquement bloquées, la tension secon- daire maximum, possédant la pleine fréquence du réseau, est engendrée dans le rotor à 1.1,arrêt.
Avec cette haute fréquence, les bobines de réactance 18,19, 20, situées dans les phases, représentent une forte résistance induc- tive pour le courant du rotor, de sorte qu'au démarrage la plus grande partie du courant passe par les résistances ohmiques 21, 22, 23. Il se produit en conséquence un fort moment d'attraction. La résistance inductive diminue dans les bobines de réactance dans la mesure de l'accélé- ration du moteur, de sorte qu'une partie toujours plus grande du courant du rotor passe par les bobines de réac- tance. En fin de compte les bobines de réactance agis@ sentdans le voisinage du synchronisme presque comme un court-circuit pour les résistances chmiques.
Par suite de la diminution graduelle de la résistance du rotor avec l'augmentation du nombre de tours, on obtient un moment de démarrage ou d'accélération presque constant à partir de l'arrêt jusqu'au nombre de tours normal du moteur. Pour assurer la parfaite compréhension des conditions, on a représenté sur le diagramme de.la fig. 2 la courbe de mo- ment de rotation Di d'un moteur avec démarreur à impé- dance et la courbe Ds d'un moteur avec démarreur à de- grés. On a porté sur l'axe horizontal les moments de ro- tation en pourcents du moment de pleine charge, et sur l'axe vertical les nombres de tours en pourcents du plein nombre de tours de régime.
Le moment de. rotation Dm est la valeur moyenne des moments de rotation Ds; avec ce mo- ment de rotation le moteur s'accélérerait à la vitesse fi- nale dans le même temps qu'avec le moment de démarrage
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d'après la courbe Ds. Le moteur avec démarreur à impé- dance (courbe Di) s'accélère toutefois, avec un même échauffement, en un temps plus court à la vitesse finale que le moteur avec démarreur à degrés (Ds). Les deux derniers degrés de démarrage du démarreur à degrés sont inscrits en traits mixtes, car pour réaliser des écono- mies pour les lourds appareils de distribution (vannes), ces degrés n'existent pas. En conséquence la vitesse ma- ximum réalisable avec le démarreur à impédance est plus élevée qu'avec le démarreur à degrés.
Avec le démarreur à impédance on peut obtenir un moment d'accélération à peu près constant. Cette pro- priété est importante pour des commandes à accélération, notamment pour la commande de machines de laminoirs ci- dessus mentionnées. Ainsi que décrit la commande de ces machines est constituée par une série ininterrompue de dé- marrages. Il s'agit donc de rendre le processus de démar- rage techniquement aussi parfait que possible. Par contre la tenue de la commande dans la portée de la pleine charge est tout à fait secondaire.
La supériorité technique de la commande de démarrage avec un moment d'accélération constant, par rapport à la commande avec un moment de dé- marrage variant graduellement, consiste avant tout en ce que le moteur travaille pendant l'ensemble du démarrage avec son plein moment de démarrage, et est donc utilisé de la manière la plus parfaite. Le temps de démarrage diminue avec un même échauffement du moteur et du démar- reur. On évite en outre tous chocs mécaniques et élec- triques et tous maximum ; fonctionnement est calme.
Pour que le démarreur puisse résister aux gran- des quantités de chaleur perdue, dégagées de manière inin- terrompue dans les commandes à accélération, il peut être établi avec une grande surface d'abduction de chaleur, du fait que la surface refroidissante de ses résistances est grande par rapport à leur masse. On peutaussi employer
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des surfaces réfrigérantes particulières ou-un refroidis- sement artificiel.
Comme le démarreur ne possède pas de parties à . mouvement mécanique, il suffit de le calculer en tenant compte uniquement des exigences électriques et thermi- ques. En conséquence il ne comporte pas de grandes di- mensions, ce qui lui assure une supériorité marquée par rapport aux lourdes distributions à vannes. Comme son fonctionnement est complètement automatique, aucune exi- gence n'est posée à l'habileté de l'opérateur. De plus le démarreur ne comporte pas de contacts de commande, de sor- te que les difficultés provenant jusqu'ici de la combus- tion des contacts avec la grande fréquence de manoeuvres et les fortes intensités de courant et les fortes diffé- rences de tension entre les contacts de degré des démar- reurs à degrés sont supprimées.
En conséquence la commande d'après l'invention est une commande de grande valeur technique pour des ma- chines de laminoirs avec les exigences de service actuel- les du grand nombre de changements. L'appareil démarreur comporte en outre de petites dimensions, a besoin d'un mi- nimum de surveillance et n'exige que de faibles frais d'entretien et de réparation.
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Electric control for rolling mill machines.
The machines in present-day rolling mills, for example rolling mill machines, roll rollers, straightening devices, rulers, shears, have the harshest conditions for their drive motors and especially for their drives. starting devices. These controls, which are primarily used for mass acceleration, are called acceleration controls. The machines of these factories are constantly in the working state of the acceleration of their masses. After the acceleration is terminated, the control is braked, reversed and accelerated again in the opposite direction. In this way, the current rolling mill orders make over a thousand changes per hour.
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The three-phase motor suffices as a control machine for these requirements. But it is very difficult to find suitable dispensing devices. This is for two reasons: First, the distribution apparatus has large dimensions, because the energy it controls is large due to the large quantity of energy constantly consumed and passing through the starter. Second, it is under heavy mechanical stress due to the frequency of change.
The best solution currently employed consists of heavy distribution by electric valves, which include a lot of materials and in which a high capital investment has to be invested, and whose maintenance and supervision represent a high cost.
The invention is that an impedance starter is used in combination with the three-phase motor generally used for rolling mill controls.
The impedance starter is known. It has heretofore been rarely used because in combination with normal constant-running motors it has serious drawbacks: It reduces the possibility of overloading the control, causes greater slip and greater reception of the watt-watted current from the motor at permanent state of service.
It is only the use of the impedance starter according to the invention which makes it possible to use those of its properties which are not manifested in use for normal motors, but provide it for the acceleration commands. a manifest superiority over the starting devices hitherto employed in machines of this kind. This property resides in the high load capacity of the impedance starter following the elimination of any mechanical load, and as a result of sound. great heat transfer power. These advantages
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mean that the disadvantages that arise, with a permanent load, no longer enter into account in the acceleration controls.
In order to allow the maximum use in the application according to the invention, the impedance starter is calculated for a great heat transfer power and for a great starting moment.
The control resembles, with regard to simplicity from a mechanical point of view, squirrel-cage armature motors for high starting power (parasitic current armature, multi-squirrel cage armature).
However, the superiority of the control of the invention over these motors, decisive superiority for acceleration controls, comes from the fact that the starting power transformed into heat does not remain in the motor but in is evacuated, so that the drive motor has economical dimensions. The three-phase motor with impedance starter can then take the control of the rolling mill to a high number of strokes, so that the efficiency and production of the rolling machines can be increased compared to controls having the usual starting devices.
Fig. 1 of the accompanying drawing shows schematically the control of the present invention.
10 designates an asynchronous three-phase motor, which drives the rolling mill machine. 11, 12 designate the two valves or reversing switches, through which the motor stator is supplied from the three-phase network 13.
14, 15, 16 designate the three slip rings of the rotor. 17 designates an iron core with three branches of solid iron or of laminated iron. 18, 19, 20 denote three reactance coils which are each wound on a branch of the iron core 17 and are coupled in parallel with ohmic resistors 21, 22, 23. The reactance coils form together with the ohmic resistance
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the impedance starter which is permanently connected to the rotor slip rings. The start-up and acceleration process is as follows:
When the motor is connected to the network by. closing of one of the main valves 11 and 12, which must be reciprocally blocked, the maximum secondary voltage, having the full frequency of the network, is generated in the rotor at 1.1, stop.
With this high frequency, the reactance coils 18, 19, 20, located in the phases, represent a strong inductive resistance for the current of the rotor, so that at start-up most of the current passes through the ohmic resistors. 21, 22, 23. As a result, there is a strong moment of attraction. The inductive resistance decreases in the reactance coils as the motor accelerates, so that an ever greater part of the rotor current passes through the reactance coils. In the end the reactance coils act in the vicinity of synchronism almost like a short circuit for the chemical resistors.
By gradually decreasing the resistance of the rotor with the increase in the number of revolutions, an almost constant starting or acceleration moment is obtained from standstill to the normal number of revolutions of the engine. To ensure a full understanding of the conditions, the diagram of fig. 2 the rotation moment curve Di of a motor with an impedance starter and the Ds curve of a motor with a step starter. The rotational moments were plotted on the horizontal axis as a percentage of the full load moment, and on the vertical axis were the number of revolutions as a percentage of the full number of revolutions.
The moment of. rotation Dm is the mean value of the moments of rotation Ds; with this moment of rotation the motor would accelerate to the final speed at the same time as with the starting moment.
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according to the curve Ds. However, the motor with an impedance starter (curve Di) accelerates, with the same temperature rise, in a shorter time at final speed than the motor with a step starter (Ds). The last two starting degrees of the degree starter are shown in phantom lines, because in order to save money on heavy distribution devices (valves), these degrees do not exist. Consequently, the maximum speed achievable with the impedance starter is higher than with the step starter.
With the impedance starter one can obtain an approximately constant acceleration moment. This property is important for accelerated controls, in particular for controlling the rolling mill machines mentioned above. As described, the control of these machines consists of an uninterrupted series of starts. It is therefore a matter of making the start-up process as technically perfect as possible. On the other hand, keeping the control within the range of full load is quite secondary.
The technical superiority of the starting control with a constant acceleration moment, compared to the control with a gradually varying starting moment, consists above all in that the engine works during the whole starting with its full moment. boot, and is therefore used in the most perfect way. The starting time decreases with the same heating of the engine and the starter. In addition, all mechanical and electrical shocks and all maximum are avoided; operation is quiet.
In order for the starter to be able to withstand the large amounts of waste heat continuously given off in the throttle drives, it can be established with a large heat abduction area, due to the cooling area of its resistors. is large in relation to their mass. We can also use
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special cooling surfaces or artificial cooling.
As the starter does not have any parts to. mechanical movement, it suffices to calculate it taking into account only the electrical and thermal requirements. Consequently, it does not have large dimensions, which gives it a marked superiority over heavy valve distributions. As its operation is fully automatic, no demands are placed on the skill of the operator. In addition, the starter does not include control contacts, so that the difficulties hitherto resulting from the combus- tion of the contacts with the high frequency of operations and the high current intensities and large voltage differences. between the degree contacts of the degree starters are deleted.
Consequently the control according to the invention is a control of great technical value for rolling mill machines with the current service requirements of the large number of changes. The starter device is also small in size, needs a minimum of supervision and requires only low maintenance and repair costs.