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"MODES DE COUPLAGE PERMETTANT DE TRANSFORMER LES MOTEURS SERIE A COLLECTEUR EN GENERATRICES POUR IE FREINAGE A VITESSE A VIDE RE- GLABLE ET D'AUGMENTER LE COUPLE D'ACCELERATION DANS LE CAS DE
MARCHE EN MOTEUR REGLABLE PAR DECALAGE DES BALAIS" le freinage des moteurs série à collecteur est néces- saire dans de nombreuses applications notamment pour la commande des appareils de levage. Danu ce cas, en particulier, il faut pour la descente des charges des caractéristiques shunt limitant la vitesse quel que soit le couple appliqué.
D'autre part., dans la marche en moteur à commande à distance, il est intéressant d'obtenir un grand couple d'accélé-
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ration pendant le décelage des balais pour que la vitesse s'a- juste rapidement à la nouvelle valeur désirée.
La première partie de la présente invention (système LETRILLIART) a pour objet différents couplages permettant de transformer facilement le moteur série en génératrice shunt à vitesse réglable et tournant en sens inverse à calage fixe des balais, quel que soit le nombre de phases secondaires.
Le dispositif le plus simple consiste à insérer des résistances en série dans le primaire du moteur entre le stator et le transformateur et à constituer un point neutre au primaire de la machine au moyen d'inductances réglables.
La figure 1 du dessin ci-annexé représente le schéma de ce couplage :
S est le stator du moteur;
R le rotor ;
T1 le primaire du transformateur;
T2 le secondaire.
Les résistances placées en série sont désignées par r et les inductances de shuntage par s.
Les fig. 2 et 3 montrent la position des balais déca- lés de l'angle [alpha] par rapport à la ligne neutre figurée parl'axe vertical et les sens de rotation relatifs du rotor et du champ tour- nant respectivement pour la marche en moteur et le freinage.
Pour inverser le sans de rotation et freiner, il suffit d'inverser le sens du champ tournant et de connecter les résis- tances r en série et les inductances s en dérivation comme repré- senté sur la fig. 1. Le rotor R tourne dans les deux cas dans le sens du champ, ce qui permet d'obtenir une commutation irrépro- chable.
Il y a avantage pour améliorer l'allure des caracté- ristiques à employer des inductances à noyaux magnétiques satu- rés pour la tension appliquée au démarrage. la fig. 4 représente les caractéristiques du couple en fonction de la vitesse pour les deux sens de rotation à calage fixe des @alais.
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B est la caractéristique dans le cas de marche en moteur;
B0, B1, B2, etc..., les caractéristiques dans le cas du freinage.
A chaque position du système de réglage correspond une caractéristique différente. Les premières courbes donnent chacune une vitesse à vide au-dessous de laquelle le couple est moteur.
Pour améliorer le facteur de puissance et réduire le courant pendant le freinage, on modifie le rapport du transfor- mateur de rotor au moyen de prises supplémentaires b1, b2, b3 (fig. 1). Les prises normales ai, a2, a3 sont utilisées pour la marche en moteur.
Le fonctionnement de la machine au freinage résulte de l'existence simultanée d'un couple moteur et d'un couple de frei- nage. La fig. 5 représente le couple moteur A, le couple de frei- nage D et la courbe résultante B pour une position des organes de réglage.
La vitesse à vide NO correspond à l'égalité des couples moteur et résistant.
Le courant total absorbé It est représenté sur les fig.
6 et 7.
La fig. 6 correspond à la marche à vide et la fig. 7 à la marche en charge. Le courant total It est la résultante d'une part du courant absorbé par la machine fonctionnant en moteur asynchrone Im et d'autre part du courant fourni au réseau par la marche en génératrice à collecteur Ig.
Dans le cas de la fig. 6, la machine absorbe de la puissance au réseau tandis qu'elle en restitue dans le cas de la fig. 7.
Le fonctionnement en régime amorcé est éliminé par la présence des inductances . en dérivation sur le primaire (fig.1) qui constituent un véritable court-circuit pour la tension d'auto- excitation à basse fréquence.
Un second dispositif consiste à remplacer les induc- tances de shuntage s par des résistances variables et à prévoir
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des inductances auxiliaires connectées en parallèle'avec le stator de la machine pour éliminer le fonctionnement en régime amorcé qui peut apparaître à certaines vitesses.
La fig. 8 représente le schéma de ce dispositif :
Les résistances en série sont désignées par r et les résistances en dérivation par r1 Les phases du stator sont shun- tées par des inductances s1.
Les caractéristiques obtenues sont semblables à celles du dispositif décrit précédemment.
Quel que soit le schéma employé, il est possible de ré- duire le nombre des prises des inductances ou des résistances en passant par des valeurs déséquilibrées.
Dans certains cas, deux valeurs des résistances r doi- vent 9tre prévues.
Ces dispositifs peuvent 9tre employés sur le secondai- re de la machine dans le cas de rotors triphasés.
La seconde partie de la présente invention a pour objet un couplage analogue aux précédents permettant d'augmenter le couple d'accélération dans le cas de marche en moteur au- dessous du synchronisme pendant le décalage des balais.
Il consiste à former un point neutre au primaire de la machine soit entre le stator et le primaire du transformateur de rotor, soit sur des prises auxiliaires prévues sur l'enroulement primaire du transformateur. La fig. 9 du dessin représente le schéma de ce dernier couplage :
S est le stator du moteur;
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T i le primaire du tra1:SfOr<etu, les résistances formant point neutre et c les contacteurs permettant de les insérer.
Les caractéristiques normales couple-vitesse sont re- présentées sur la fig. 10 :
BO, Bi, B2 ... représentent les couples moteurs pour
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différents décalages drs balais : =< 0' 1, <--< 2 ...
D est la courbe du couple résistant, supposé à titre d'exemple variable avoc la vitesse.
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La fig. 11 représente le nouveau couple moteur N résul- tant de la présence des résistances r2 formant point neutre.
On voit que le couple d'accélération HM produit par le
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décalage des baa.is da en 1 ( fig . 10) est considérablement accru en H1 M1 (fig. 11) par le nouveau couple résultant de la modification de couplage.
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Lu pojnt noutro 001'[1 onaplomont f'orjnw' pondant 10 ddca- lage des balais et les résistances seront ajustées à la valeur convenable.
Tous ces dispositifs peuvent être adaptés au cas des machines à stator couplé en triangle.
Le moteur série à calage fixe des balais ne permet d'obtenir qu'une seule caractéristique couple-vitesse. Il exige pour le réglage de la vitesse à couple constant une alimentation à tension variable par transformateur ou régulateur d'induction.
Pour le freinage suivant l'un des schémas décrits ci- dessus, la modification soit des valeurs des organes de réglage, soit de la tension d'alimentation permet également le passage d'une caractéristique à la suivante.
Mais ces systèmes de réglage ne permettent pas le fonc- tionnement à une vitesse sensiblement supérieure à la vitesse de synchronisme, ce qui peut être un grave inconvénient pour cer- taines applications, notamment pour la commande des appareils de levage où il est intéressant d'avoir à la descente une vitesse égale ou supérieure à la vitesse de montée.
On remédie à cet inconvénient en combinant les schémas de fonctionnement du moteur série en génératrice shunt à vitesse réglable, décrits ci-dessus, avec la commande par décalage des balais. Cela s'applique naturellement aux cas de réglage des moteurs série par décalage des balais.
Pour inverser le sens de rotation et freiner, il suffit d'inverser le sens du champ tournant et de connecter les résis- tances r en série et les inductances s en dérivation comme repré- senté sur la fig. 1. Les valeurs des résistances r et des induc- tances s sont fixes.
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A chaque position des balais correspond une/caractéris- tique différente : Dans la zone de marche en génératrice les courbes correspondent à une vitesse à vide égale ou inférieure à la vitesse de synchro- nisme.
Dans la zone de marche en moteur, la vitesse à vide devient supé- rieure à la vitesse de synchronisme.
La figure 12 représente schématique- ment, dans le cas d'une chine à deux p8les, la zone de décala- ge des balais dans la marche en moteur, la ligne neutre IN étant l'origine du décalage.
La fig. 13 représente la zone de décalage pendant le freinage en sens inverse.
La fig. 14 représente les caractéristiques du couple en fonction de la vitesse pour les zones BB1 et B1B2 de décalage des balais. Dans la zone BB1, il y a coexistence dans la machine d'un couple moteur asynchrone et d'un couple de freinage en génératri- ce à collecteur, de sorte que la vitesse à vide ne peut être su- périeure à la vitesse de synchronisme.
Dans la zone B1 B2, la machine fonctionne d'une part en moteur à collecteur et drautre part en génératrice asynchrone, la vitesse à vide dépasse la vitesse de synchronisme.
Il y a récupération d'énergie par le réseau pendant la marche en charge. Ce système s'applique également au dispositif de la fig. 8.
On pourrait combiner le réglage prévu ci-dessus avec le décalage électrique des balais obtenu, soit par permutation circulaire des phases, soit par un transformateur à changement de couplage au primaire : étoile triangle, triangle-étoile, zigzag ..., soit par une combinaison des deux procédés.
La fig. 15 représente, à titre d'exemple, le couplage zigzag du primaire du transformateur de rotor réalisant par rap- port au couplage normal un décalage électrique des balais de 30 et une modification du rapport de transformation de 15 %.
Le couplage zigzag serait utilisé de préférence cour
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la marche en moteur at le couplage normal pour le frenage, ce qui assurerait automatiquement dans le sens convenable la modifi- cation du rapport de transformation prévu précédemment.
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"COUPLING MODES ALLOWING TO TRANSFORM SERIES MOTORS WITH MANIFOLD INTO GENERATORS FOR ADJUSTABLE VACUUM SPEED BRAKING AND TO INCREASE THE ACCELERATION TORQUE IN THE EVENT OF
MOTOR OPERATION ADJUSTABLE BY OFFSET OF THE BRUSHES "the braking of series commutator motors is necessary in many applications, in particular for controlling lifting devices. In this case, in particular, shunt characteristics are required for lowering loads. limiting the speed regardless of the torque applied.
On the other hand., In operation with a remote control motor, it is advantageous to obtain a large acceleration torque.
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ration while the brushes are being released so that the speed quickly reaches the new desired value.
The first part of the present invention (LETRILLIART system) relates to various couplings making it possible to easily transform the series motor into a shunt generator with adjustable speed and rotating in the opposite direction with fixed brushes timing, whatever the number of secondary phases.
The simplest device consists in inserting resistors in series in the primary of the motor between the stator and the transformer and to constitute a neutral point at the primary of the machine by means of adjustable inductors.
Figure 1 of the attached drawing shows the diagram of this coupling:
S is the stator of the motor;
R the rotor;
T1 the primary of the transformer;
T2 the secondary.
Resistors placed in series are designated by r and shunt inductors by s.
Figs. 2 and 3 show the position of the brushes offset by the angle [alpha] with respect to the neutral line represented by the vertical axis and the relative directions of rotation of the rotor and of the rotating field respectively for running as a motor and braking.
To reverse the rotation without and brake, it suffices to reverse the direction of the rotating field and to connect the resistors r in series and the inductors s in shunt as shown in fig. 1. The rotor R turns in both cases in the direction of the field, which results in faultless switching.
It is advantageous to improve the appearance of the characteristics to employ inductors with saturated magnetic cores for the voltage applied at start-up. fig. 4 represents the characteristics of the torque as a function of the speed for the two fixed-pitch rotation directions of the blades.
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B is the characteristic in the case of running with a motor;
B0, B1, B2, etc ..., the characteristics in the case of braking.
Each position of the adjustment system corresponds to a different characteristic. The first curves each give a no-load speed below which the torque is the driving force.
To improve the power factor and reduce the current during braking, the ratio of the rotor transformer is changed by means of additional taps b1, b2, b3 (fig. 1). The normal sockets ai, a2, a3 are used for motor operation.
The operation of the machine during braking results from the simultaneous existence of a motor torque and a braking torque. Fig. 5 represents the engine torque A, the braking torque D and the resulting curve B for a position of the adjustment members.
The NO free speed corresponds to the equality of the motor and resistive torques.
The total absorbed current It is shown in figs.
6 and 7.
Fig. 6 corresponds to idling and fig. 7 to walking in charge. The total current It is the result of, on the one hand, the current absorbed by the machine operating as an asynchronous motor Im and, on the other hand, of the current supplied to the network by operation as a collector generator Ig.
In the case of fig. 6, the machine absorbs power from the network while it restores power in the case of FIG. 7.
Operation in primed mode is eliminated by the presence of the inductors. bypass on the primary (fig.1) which constitute a real short-circuit for the low-frequency self-excitation voltage.
A second device consists in replacing the shunt inductances s by variable resistors and in providing
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auxiliary inductors connected in parallel with the stator of the machine to eliminate the operation in primed condition which may occur at certain speeds.
Fig. 8 represents the diagram of this device:
Series resistors are designated by r and shunt resistors by r1 The phases of the stator are shunted by inductors s1.
The characteristics obtained are similar to those of the device described above.
Whatever the scheme used, it is possible to reduce the number of taps of the inductors or resistors by passing through unbalanced values.
In some cases, two values of the resistors r must be provided.
These devices can be used on the second of the machine in the case of three-phase rotors.
The second part of the present invention relates to a coupling analogous to the previous ones making it possible to increase the acceleration torque in the case of running with a motor below synchronism during the offset of the brushes.
It consists in forming a neutral point at the primary of the machine either between the stator and the primary of the rotor transformer, or on auxiliary taps provided on the primary winding of the transformer. Fig. 9 of the drawing represents the diagram of this last coupling:
S is the stator of the motor;
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T i the primary of tra1: SfOr & ltetu, the resistors forming a neutral point and c the contactors allowing them to be inserted.
The normal torque-speed characteristics are shown in fig. 10:
BO, Bi, B2 ... represent the motor torques for
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different brush offsets: = <0 '1, <- <2 ...
D is the resistance torque curve, assumed as an example to be variable with the speed.
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Fig. 11 represents the new motor torque N resulting from the presence of resistors r2 forming a neutral point.
It can be seen that the acceleration torque HM produced by the
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offset of baa.is da in 1 (fig. 10) is considerably increased in H1 M1 (fig. 11) by the new torque resulting from the modification of coupling.
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Lu pojnt noutro 001 '[1 onaplomont f'orjnw' with 10 brush offset and the resistances will be adjusted to the appropriate value.
All these devices can be adapted to the case of machines with stator coupled in delta.
The series fixed brush motor achieves only one torque-speed characteristic. For the constant torque speed adjustment, it requires a variable voltage power supply via a transformer or an induction regulator.
For braking according to one of the diagrams described above, the modification either of the values of the regulating members or of the supply voltage also allows the passage from one characteristic to the next.
However, these adjustment systems do not allow operation at a speed appreciably greater than the speed of synchronism, which can be a serious drawback for certain applications, in particular for the control of lifting devices where it is advantageous to have the descent speed equal to or greater than the ascent speed.
This drawback is remedied by combining the operating diagrams of the series motor as an adjustable speed shunt generator, described above, with the control by offset of the brushes. This naturally applies to cases where series motors are adjusted by brush offset.
To reverse the direction of rotation and brake, it suffices to reverse the direction of the rotating field and connect the resistors r in series and the inductors s in shunt as shown in fig. 1. The values of resistances r and inductances s are fixed.
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Each position of the brushes corresponds to a different / characteristic: In the generator operating zone, the curves correspond to a no-load speed equal to or less than the synchro- nism speed.
In the motor run zone, the no-load speed becomes greater than the synchronism speed.
FIG. 12 diagrammatically represents, in the case of a two-pole chine, the zone of offset of the brushes in the operation as a motor, the neutral line IN being the origin of the offset.
Fig. 13 shows the offset zone during reverse braking.
Fig. 14 represents the characteristics of the torque as a function of the speed for the zones BB1 and B1B2 of offset of the brushes. In zone BB1, there is coexistence in the machine of an asynchronous motor torque and a braking torque in collector generator, so that the no-load speed cannot be greater than the synchronous speed. .
In zone B1 B2, the machine operates on the one hand as a collector motor and on the other hand as an asynchronous generator, the no-load speed exceeds the synchronous speed.
There is energy recovery by the network during charging operation. This system also applies to the device of FIG. 8.
The adjustment provided for above could be combined with the electrical offset of the brushes obtained, either by circular permutation of the phases, or by a transformer with change of coupling to the primary: star delta, delta-star, zigzag ..., or by a combination of the two processes.
Fig. 15 shows, by way of example, the zigzag coupling of the primary of the rotor transformer achieving compared to the normal coupling an electrical offset of the brushes of 30 and a modification of the transformation ratio of 15%.
The zigzag coupling would preferably be used in the yard
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running with the motor was the normal coupling for the frenage, which would automatically ensure in the appropriate direction the modification of the transformation ratio envisaged previously.