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"SYSTEMES DE REGULATION ET DE MESURE"
Il existe différentssystèmes de oompoundage, ainsi que de régulation de vitesse ou de mesure de calage angulaire, basés soit sur la variation de courants d'excitation de machines ré- gulatrices, soit sur le déplacement de balais sur des collec- teurs. Ces systèmes présentent l'inconvénient bien connu de faire intervenir les constantes de temps d'enroulements d'exci- tation, ou bien l'inertie des contacts ou d'autres organes mobiles à déplacer, ainsi que le frottement des balais etc...; d'autre part, ils peuvent être influencés fortement par la @ température.
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La présente invention, système P.LETRILLIART et J.BICHET, qui a pour objet d'éliminer prat iquement ces inconvénients, est essentiellement basée sur l'application du décalage angulaire du champ magnétique que l'on obtient d'une façon appropriée dans un changeur de fréquence.
Conformément à l'invention, un changeur de fréquence, cons- titué comme le rotor de commutatrice et comportant un collecteur et des bagues est entraîné en sens inverse du champ produit par la source qui alimente ces bagues. Lorsqu'un tel rotor, compte tenu de sa polarité, est ainsi entraîné rigoureusement à la vitesse de ce champ, mais en sens inverse, le dit champ s'immo- bilise dans le stator, et la machine se comporte sensiblement comme une génératrice à courant continu dont l'excitation est constante; dans le cas d'un déplacement angulaire du champ, la tension aux balais varie comme dans une machine à courant con- tinu dont on décale 'les . balais sur le collecteur; si le champ tourne dans l'espace, il apparait aux dits balais une tension alternative dont la valeur moyenne n'est pas nulle.
On installe donc un tel changeur de fréquence de façon à ce que les variations de la grandeur à régler ou à mesurer provoquent des changements de sa vitesse de rotation, ou du calage angulaire de son champ, ou bien de la fréquence qui lui est fournie, et ces changements font apparaître, entre les balais du collecteur, des'variât ions de la tension continue, qu'on utilise de diverses façons pour effectuer les réglages ou les mesures dé- sirées.
Les dessins annexés représentent schématiquement quelques exemples de réalisation de l'invention.
Sur la fig. 1, on voit le moteur Il à courant continu dont il s'agit de régler ou de stabiliser la vitesse. Il entraine le changeur de fréquence 0 pourvu du collecteur c et des bagues b. Le stator de la machine 0 n'a pas été représenté. Les bagues b sont alimentées par un petit alternateur auxiliaire A entrainé par un moteur N qui peut être à courant cont inu.
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L'enroulement E d'excitation du moteur M est relié en série avec les balais du collecteur c et alimenté par la ligne B à courant continu. Les moteurs M et N sont alimentés par la ligne L comme représenté;
La vitesse du moteur N est choisie ou réglée de telle fa- çon que la fréquence produite par l'alternateur A assure, pour le réglage désiré du moteur M, l'immobilité du champ magnétique qui apparaît dans le stator du changeur de fréquence 0.
Cette immobilité n'est obtenue que pour une certaine vites- se du moteur M, et si pour une cause quelconque cette vitesse tend à varier, il se produit sans retard un décalage angulaire correspondant du champ statorique de la machine 0 qui modifie immédiatement la tension aux balais sur le collecteur c et cette modification corrige dans le sens voulu le courant d'exci- tation qui traverse l'enroulement E du moteur M.
Les polarités du changeur de fréquence 0 et de l'alterna- teur auxiliaire A peuvent être choisies de façon à réaliser des machines économiques; le changeur de fréquence 0 peut être pour- vu d'un enroulement de compensation et au besoin d'enroulement de commutation; son rotor peut être réalisé à un ou à deux enrou- lements et d'autres modifications ou améliorations peuvent être apportées au schéma décrit plus haut qui peut être utilisé pour la stabilisation ou pour le réglage de la vitesse du moteur M.
Suivant la forme de réalisation schématisme sur la fig.2, le changeur de fréquence C peut être monté en survolteur-dévol- teur dans le circuit d'excitation de la génératrice G d'un groupe Léonard GM. Ce circuit qui comporte l'enroulement d'ex- citation E est alimenté en série avec les balais du collecteur c, par le potentiomètre P relié à la ligne L à courant conti- nu.
Le moteur ? du groupe, quipeut avoir une excitation fixe, non représentée, entraîne convenablement le changeur de fréquence 0, analogue à celui de la fig. 1, mais branché de façon à agir
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sur l'excitation de la génératrice G en fonction de la char. ge du moteur M.
Au lieu d'être relié à l'enroulement E, comme représenta le changeur 0 pourrait agir indépendamment sur un enroulement auxiliaire d'excitation.
Dans les schémas des figures 1 et 2, le moteur N peut être un moteur approprié à courant alternatif.
L'invention peut être appliquée non seulement au réglage de machines à courant continu, mais aussi au compoundage de moteurs synchrones ou d'alternateurs, et cela notamment en fonction du décalage angulaire de leurs rotors par rapport au champ tournant. Une telle forme de réalisation est représentée, à titre d'exemple, sur la fig.3.
Le changeur de fréquence 0 est monté en bout d'arbre de la machine synchrone Mi. Ses bagues b sont alimentées par la ligne polyphasée D à laquelle est reliée la dite machine synchrone, tandis que les balais de son collecteur c sont insérés, par l'intermédiaire des bagues m1 dans le circuit d'excitation de la machine M1 alimenté par là ligne L. Le changeur 0 pourrait aussi alimenter directement les bagues m1.
En cas d'un écart angulaire quelconque du rotor de Mi par rapport à son champ tournant, il se produit immédiatement une variation correspondante dans le dit circuit d'excitation pour assurer le compoundage nécessaire, les balais du changeur 0 é- tant convenablement calée.
Ce schéma peut être modifié de diverses façons. En parti- culier, la machine synchrone Mi et le changeur de fréquence C peuvent être combinés en une seule machine à la façon d'un moteur asynchrone auto-compensé; dans le cas d'alternateur, le changeur de fréquence peut être monté en dévolteur dans l'excita- tion (directement ou indirectement) pour remédier aux baisses accidentelles de tension ; peut également le combiner d'une façon appropriée avec des selfs saturables ou d'autres disposi- tifs connus sensibles à la tension.
D'une façon générale,
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le changeur de fréquence peut agir sur l'excitation indirec- tement, par exemple par l'intermédiaire d'une ou plusieurs exoi- tatrices ou par l'intermédiaire de systèmes appropriés d'ampli- ficateurs comportant des tubes à décharge etc.
Dans le cas où le décalage angulaire du rotor d'un chan- geur de fréquence par rapport à son champ statorique doit être utilisé non pas pour oompounder une maohine, mais pour effectuer d'autres commandes ou réglage, tels que par exemple la commande de relais ou le réglage d'une turbine, on peut mesurer ce décala- ge très facilement et avec une grande précision.
Il suffit pour cela par exemple de caler convenablement les balais sur le collecteur dans une position telle qu'à l'ori- gine, la tension entre ces balais soit sensiblement nulle et qu'elle présente des valeurs croissantes en fonction de l'écart angulaire par rapport à cette position. Cette simple disposition peut donc être appliquée en particulier pour mesurer les décalages angulaires d'inducteurs de machines synchrones.
Au lieu de produire des variations de la tension continue du changeur de fréquence par changement de sa vitesse ou de son calage angulaire, on peut également les produire par des écarts de la fréquence à laquelle on alimente ses bagues. Cela permet d'appliquer la présente invention de diverses autres façons.
Les exemples de réalisation donnés ci-dessus sont basés sur l'application d'une machine auxiliaire agencée en changeur de fréquence, calée directement sur l'arbre de la machine principale (qui peut être un moteur à courant continu, un alternateur, un moteur synchrone eto.) et comportant un champ fixe dans l'espace.
Dans le cas particulier du moteur à courant continu d'un groupe WARD-LEONARD, les moyens envisagés précédemment permettent de commander et de stabiliser sa vitesse, mais pas dans des li- mites très étendues et notamment pas jusqu'à l'arrêt complet.
Cette limitation est due à la baisse de la tension maxima que l'on fait apparaître au collecteur de la machine auxiliaire lorsque sa vitesse et sa fréquence diminuent trop -fortement.
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L'objet de la présente invention est également de réali- ser des systèmes de réglage analogues dans lesquels la valeur maxima de cette tension continue reste sensiblement indépen- dante de la vitesse du moteur à régler, ce qui permet de dis- poser toujours d'un courant d'excitation convenable dans l'en- roulement du moteur ou de la génératrice du groupe principal, quelle que soit la vitesse du moteur réglé. D'autre part, l'in- vention permet notamment d'obtenir un réglage en fonction de la course effectuée.
Ces résultats sont obtenus par l'application de deux changeurs de fréquence au lieu d'un seul, ces deux machines auxiliaires étant interconnectées électriquement et présentant des polarités convenables.
L'une de ces machines est accouplée mécaniquement au moteur à régler et l'autre est entrainée par un moteur-pilote de telle façon que leurs vitesses varient en sens inverse en fonction de la vitesse de la machine commandée et suivant une loi appropriée telle qu'il apparaisse toujours une tension con- tinue (fréquence nulle) au collecteur de la seconde machine au- xiliaire. En particulier, lorsque le moteur à régler est à l'ar- rit complet, la dite tension oontinue est encore à fréquence nulle, à condition que le deuxième changeur de fréquence soit alors entrainé par le moteur-pilote à la vitesse de synchronie- me par rapport à une fréquence de référence.
On peut imposer aux variations de cette tension oonti- nue une loi appropriée quelconque et l'utiliser pour divers réglages, oompoundages ou mesures.
Une réalisation pratique de l'invention peut être par exemple conforme à la fig. 4 des dessins annexés. Sur oette fi- gure on voit le groupe comportant la génératrice G et le mo- teur M à courant continu dont il s'agit de régler la vitesse, de 0 à 750 t/m. par exemple, par variation de la tension.
Au bout d'arbre du moteur M est aooouplée la première maohine auxiliaire constituée par le changeur de fréquenoe Ai
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qui comporte par exemple p - 4 pôles et dont les bagues a' qont alimentées en triphasé par la source S à une fréquence constante f, égale à 50 pér./seo. par exemple. La fréquence f doit être de préférence sensiblement supérieure à la fréquen- ce f1 qui correspondrait au synchronisme de la machine A1 à sa vitesse maxima, c'est à dire à 750 t/m. Dans l'exemple choi- si, étant donné que la machine A1 est à 4 pôles, cette fréquence de synchronisme fuserait de 25 pér./seo. à 750 t/m., de sorte que la condition ci-dessus est bien réalisée.
Aux balais a qui sont montés sur le collecteur de la machine A1' on recueille la fréquence f' qui diminue à mesure que la vitesse de M augmente : quand le moteur M est à l'arrêt, f'= 50 per./sec. et quand il tourne à 750 t/m., f' = 25 pér./sec, le glissement de la machine A1 étant de 50%.
Cette fréquence variable f' est transmise aux bagues auxiliaire c' de la deuxième machine C qui est également un changeur de fréquence ou une commutatrice à 2p' pôles, et qui est entrainée par un moteur N qu'on appellera moteur-pilote. Pour une certaine vitesse N2 du moteur-pilote, la fréquence recueillie par les ba- lais o (qui sont montés sur le collecteur de la machine C) devient nulle, c'est à dire que ces balais recueillent une tension oonti- nue.
On peut démontrer que cette vitesse N2 est déterminée par la formule : p'N2 + pN1 = 60 f. ou p' est le nombre de paires'de pôles de la machine C, p le nombre de paires de p8es de la machine A1' NI. le nombre de tours/m. du moteur M et f la fréquence de la souroé S.'
En admettant que p'= p - 2 par exemple, on obtient pour Ni - 0 (moteur M à l'arrêt ) N2 = 1500 t/m; pour N1 = 375 t/m.
(moteur M à 50% de vitesse) N2 1125 t/m.; pour Ni - 750 t/m.
(moteur M à pleine vitesse ) N2 = 750 t/m.
On voit que dans ce cas particulier, N1 + N2 - NS' où NS est la vitesse de synchronisme des changeurs de fréquence pour la fréquenoe d'alimentation f.
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La tension continue qui apparait entre les balais .9. lorsque les vitesses N1 et N2 des machines M et N sont conformes à la formule ci-dessus; peut'être utilisée pour alimenter par exemple l'enroulement E3 de la génératrice G qui ooopère d'une façon appropriée quelconque aveo les enroulements E1 et Eg Si la vitesse du moteur M tend à s'écarter de celle pour laquelle la fréquenoe aux balais .9. est nulle , le champ dans la machine C tourne d'un certain angle dans un sens ou dans l'autre, la tension continue aux balais c varie, et le courant I reçu par le moteur M varie également de façon à rétablir la vitesse oor- recte.
Contrairement à la forme de réalisation représentée fig.2, le mode de réglage qui vient d'être décrit oonserve sa plei- ne efficacité aux vitesses les plus faibles et nome à l'arrêt complet du moteur M. En effet, on a vu plus haut qu'il suffit de faire tourner le moteur-pilote N à la vitesse synchrone de la machine C, c'est à dire, dans l'exemple considéré, à 1500 t/m., pour que le moteur M soit immobilisé :il peut alors apparaître aux bornes de l'enroulement E3 une tension continue appropriée qui assure cette immobilisation.
Pour obtenir avec certitude l'arrêt de la machine M, il suffit donc d'imposer au deuxième changeur de fréquenoe C la vitesse de synchronisme par rapport à la fréquence f.A cet effets on peut par exemple utiliser un moteur-pilote N du type asynchrone à bagues, alimenté à la fréquenoe f et agencé pour que sa vitesse synchrone soit la même que celle de la machine C pour cette fréquence; il suffit alors d'injecter dans oe moteur à la manière bien connue du courant continu pour le synchroniser; la fig. 4 représente schématique ment un tel circuit-de synchro- nisation P1 à courant continu.
On peut également donner au moteur-pilote N la forme d'un moteur shunt à double jeu de balais de polarité convenable, et il suffit de croiser deux phases entre le rotor et le stator d'un tel moteur pour obtenir le synohronisme.
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Les fig. 5 et 6 représentent schématiquement ce mode de synchronisation. Sur la fig. 5 on voit le schéma d'un moteur
EMI9.1
connu de ce genre. S est la source d t alimenta tion, 111 Jl .Q. et JI! , n' o' les deux jeux de balaie, s3 les enroulements stato- riques.
Lorsque la vitesse d'un tel moteur est approximative- ment égale à celle du synchronisme, le champ produit par le ro- tor tend à s'immobiliser dans l'espace, et pour le fixer défi- nitivement, on établit les connexions suivant la fig.6, en croi- sant les connexions de deux phases statoriques, par exemple de s2 et s3' et en reliant entre elles les autres extrémités des trois phases, comme représenté, oe qui a pour effet de faire cir- culer dans le stator un courant continu; le moteur N fonctionne comme un moteur synchrone et la machine auxiliaire C est égale- ment- entraînée à sa vitesse de synchronisme par rapport à la fréquence f' provenant de la machine A..
On pourrait encore utiliser comme moteur-pilote une machine genre oommutatrioe comportant 2 p' pôles qui fonction- nerait normalement en moteur à courant continu, et à laquelle on imposerait la vitesse de synchronisme en appliquant la fréquence f à ses bagues, suivant la fig.7. Il serait d'ailleurs loisible d'employer tout autre dispositif assurant le synchronisme de la machine C.
Il est à noter que ces modes de commande d'arrêt du moteur principal M par la mise au synchronisme de la machine 0 sont indépendants de la fréquence de la source S et de ses va- riations possibles, lorsque le moteur-pilote N est alimenté par la même source que les bagues de la machine A1.
Ce dispositif pourra être utilisé pour le réglage des machines d'extraction, laminoirs, moteurs de levage, machines d'imprimerie, papeterie etc. En particulier, lorsque le moteur M entraine des machines d'extraction, des appareils de levage etc.. dont la course doit être réglée avec précision, le système représenté sur la fig. 4 (ou ses variantes) peut être adapté
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pour que le moteur M effectué un nombre déterminé de tours avant de s'arrêter. Dans ce cas, le moteur-pilote N doit effectuer un nombre déterminé de tours par rapport à son champ tournant d'a- limentation, car la vitesse Ni du moteur )[ est proportionnelle au glissement de la machine N.
N1 - p' NS2 gn, NS2 étant la vitesse de synchronisme du moteur N; gn le glissement'de ce moteur.
Un tel résultat peut être obtenu, dans le cas de comman- de à distance, par un asservissement approprié contenant un dis- positif sensible au glissement de N et agencé pour fermer le cir- cuit de synchronisation après un certain nombre de périodes du courant rotorique. Ce dispositif peut, par exemple, consister sui- vant la fig. 8 en un moteur synchrone E'recevant la fréquence de glissement gn et qui ferme le circuit de synchronisation après avoir effectué un certain nombre de tours.
On peut encore utiliser suivant la fig.9 un moteur F dont le stator sera alimenté par la fréquence f, le rotor par la fréquence f' (ou inversement) et qui fermera également au bout d'un certain nombre de tours un dispositif ou circuit de synchro- nisation.
L'invention permet également d'obtenir un résultat analo- gue à celui de "l'arbre électrique" en oourant alternatif et pour- rait être utilisée pour le réglage du calage angulaire d'un systè- me quelconque. Par exemple, à l'arrêt, on modifiera le courant passant dans l'enroulement En de la fig. 4 : tension appliquée au moteur M variera et ce moteur aura tendance à tourner. Il y aura alors modification de l'écart angulaire entre le champ et les balais sur la machine C (tournant au synchronisme) d'où modifi- cation du courant parcourant E3 et immobilisation du moteur il pour un calage angulaire différent de ce qu'il était primitive- ment .
Il pourra se trouver des cas où pour assurer une bonne stabilité, un certain statisme devra être introduit dans le systè- me. Ce statisme pourra être créé de plusieurs façons différentes que l'on pourra utiliser séparément ou simultanément.
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On pourra par exemple plaoer sur le stator de la ma- chine 0 un enroulement fermé sur des résistances réglables ou parcouru par un courant déterminé ; le champ orée par cet en- roulement aura, en outre, pour effet d'amortir efficacement les oscillations du système et d'imposer une position origine au champ général de la machine C. On pourrait également, moyennant une disposition convenable de cet enroulement, le connecter aux balais du collecteur c directement ou par l'intermédiaire de résistances.
Le statisme pourrait encore être obtenu par un compoun- dage convenable du moteur-pilote N, par exemple en agissant sur sa fréquence d'alimentation, ou sur les organes qui commandent sa vitesse ; onpourrait égaleront agir sur la fréquence f de la source S.
Dans certains cas, il peut être utile de régler ou oom- pounder la tension fournie aux bagues a' du changeur de fréquence A1 en fonction du courant qui traversera le moteur M à régler. A cet effet on peut appliquer tous dispositifs appropriés tels que relais, réactances, transformateurs, transducteurs, régulateurs d'induction, etc..
D'autre part, pour parer aux cas de marche anormale pou- vant amener le décrochage du système de régulation décrit plus haut, on peut appliquer des dispositifs mécaniques ou électriques destinés à éviter le passage du courant alternatif dans les enrou- lements d'excitation de la génératrice G du moteur M.
Quelles que soient les applications de l'invention, on comprend que les réglages ou les mesures qu'elle permet de réaliser s'effectuent très rapidement et avec-,des moyens simples, efficaces et robustes, contrairement aux systèmes connus dont les inconvé- nients ont été signalés dans le préambule.
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"REGULATION AND MEASUREMENT SYSTEMS"
There are various compounding systems, as well as speed regulation or angular adjustment measurement, based either on the variation of excitation currents of regulating machines, or on the movement of brushes on collectors. These systems have the well-known drawback of involving the time constants of the excitation windings, or else the inertia of the contacts or of other moving parts to be moved, as well as the friction of the brushes, etc. ; on the other hand, they can be strongly influenced by the temperature.
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The present invention, P.LETRILLIART and J. BICHET system, which aims to practically eliminate these drawbacks, is essentially based on the application of the angular shift of the magnetic field which is obtained in an appropriate manner in a frequency changer.
According to the invention, a frequency changer, formed like the commutator rotor and comprising a collector and rings, is driven in the opposite direction to the field produced by the source which supplies these rings. When such a rotor, taking into account its polarity, is thus driven rigorously at the speed of this field, but in the opposite direction, the said field becomes immobilized in the stator, and the machine behaves more or less like a generator. direct current with constant excitation; in the case of an angular displacement of the field, the voltage at the brushes varies, as in a direct current machine of which they are shifted. brushes on the collector; if the field rotates in space, it appears to said brushes an alternating voltage whose mean value is not zero.
Such a frequency changer is therefore installed so that the variations in the quantity to be adjusted or measured cause changes in its speed of rotation, or in the angular setting of its field, or in the frequency supplied to it, and these changes cause variations in the DC voltage between the brushes of the commutator, which are used in various ways to effect the desired adjustments or measurements.
The accompanying drawings schematically show some examples of embodiment of the invention.
In fig. 1, we see the DC motor II, the speed of which is to be regulated or stabilized. It drives the frequency changer 0 provided with the collector c and the rings b. The stator of machine 0 has not been shown. The rings b are supplied by a small auxiliary alternator A driven by a motor N which can be direct current.
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The motor M excitation winding E is connected in series with the brushes of the collector c and supplied by the direct current line B. The motors M and N are supplied by the line L as shown;
The speed of the motor N is chosen or adjusted in such a way that the frequency produced by the alternator A ensures, for the desired adjustment of the motor M, the immobility of the magnetic field which appears in the stator of the frequency changer 0.
This immobility is only obtained for a certain speed of the motor M, and if for some reason this speed tends to vary, there is without delay a corresponding angular shift of the stator field of the machine 0 which immediately modifies the voltage. to the brushes on the collector c and this modification corrects in the desired direction the excitation current which passes through the winding E of the motor M.
The polarities of the frequency changer 0 and of the auxiliary alternator A can be chosen so as to produce economical machines; the frequency changer 0 can be provided with a compensating winding and if necessary with a switching winding; its rotor can be made with one or two windings and other modifications or improvements can be made to the scheme described above which can be used for stabilization or for adjusting the speed of the M motor.
According to the embodiment shown schematically in FIG. 2, the frequency changer C can be mounted as a step-up-step-down device in the excitation circuit of the generator G of a Léonard GM group. This circuit, which includes the excitation winding E, is supplied in series with the brushes of the collector c, by the potentiometer P connected to the direct current line L.
Engine ? of the group, which can have a fixed excitation, not shown, suitably drives the frequency changer 0, similar to that of fig. 1, but plugged in to act
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on the excitation of the generator G as a function of the tank. engine age M.
Instead of being connected to the winding E, as represented by the changer 0, could act independently on an auxiliary excitation winding.
In the diagrams of Figures 1 and 2, the motor N may be a suitable AC motor.
The invention can be applied not only to the adjustment of direct current machines, but also to the compounding of synchronous motors or alternators, and this in particular as a function of the angular offset of their rotors with respect to the rotating field. Such an embodiment is shown, by way of example, in FIG. 3.
The frequency changer 0 is mounted at the end of the shaft of the synchronous machine Mi. Its bushings b are supplied by the polyphase line D to which the said synchronous machine is connected, while the brushes of its collector c are inserted, by the 'intermediary of the rings m1 in the excitation circuit of the machine M1 supplied by the line L. The changer 0 could also directly supply the rings m1.
In the event of any angular deviation of the rotor of Mi with respect to its rotating field, a corresponding variation immediately occurs in said excitation circuit to ensure the necessary compounding, the brushes of the changer 0 being suitably wedged.
This pattern can be modified in various ways. In particular, the synchronous machine Mi and the frequency changer C can be combined into a single machine in the manner of a self-compensating asynchronous motor; in the case of an alternator, the frequency changer can be mounted as a step-down device in the excitation (directly or indirectly) to remedy accidental drops in voltage; can also suitably combine it with saturable chokes or other known voltage sensitive devices.
Generally speaking,
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the frequency changer can act on the excitation indirectly, for example by means of one or more ex-tractors or by means of appropriate amplifier systems comprising discharge tubes, etc.
In the case where the angular offset of the rotor of a frequency changer with respect to its stator field must be used not to compound a machine, but to perform other controls or adjustments, such as for example the control of relay or the setting of a turbine, this offset can be measured very easily and with great precision.
For this, it suffices, for example, to properly wedge the brushes on the collector in a position such that, at the original, the voltage between these brushes is substantially zero and that it presents increasing values as a function of the angular difference. in relation to this position. This simple arrangement can therefore be applied in particular to measure the angular offsets of inductors of synchronous machines.
Instead of producing variations in the direct voltage of the frequency changer by changing its speed or its angular setting, they can also be produced by variations in the frequency at which its rings are supplied. This enables the present invention to be applied in various other ways.
The embodiments given above are based on the application of an auxiliary machine arranged as a frequency changer, wedged directly on the shaft of the main machine (which can be a direct current motor, an alternator, a motor synchronous eto.) and comprising a fixed field in space.
In the particular case of the DC motor of a WARD-LEONARD group, the means envisaged above make it possible to control and stabilize its speed, but not within very wide limits and in particular not until it comes to a complete stop.
This limitation is due to the drop in the maximum voltage which is made to appear at the collector of the auxiliary machine when its speed and frequency decrease too strongly.
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The object of the present invention is also to provide similar adjustment systems in which the maximum value of this direct voltage remains substantially independent of the speed of the motor to be adjusted, which makes it possible to always have available a suitable excitation current in the winding of the motor or the generator of the main group, whatever the set motor speed. On the other hand, the invention makes it possible in particular to obtain an adjustment as a function of the stroke performed.
These results are obtained by applying two frequency changers instead of one, these two auxiliary machines being electrically interconnected and having suitable polarities.
One of these machines is mechanically coupled to the motor to be adjusted and the other is driven by a pilot motor so that their speeds vary in the opposite direction as a function of the speed of the controlled machine and according to an appropriate law such as 'There is always a continuous voltage (zero frequency) at the collector of the second auxiliary machine. In particular, when the motor to be adjusted is at full stop, said continuous voltage is still at zero frequency, provided that the second frequency changer is then driven by the pilot motor at the synchronous speed. with respect to a reference frequency.
Any appropriate law can be imposed on the variations of this continuous voltage and used for various adjustments, compoundages or measurements.
A practical embodiment of the invention may for example be in accordance with FIG. 4 of the accompanying drawings. This figure shows the group comprising the generator G and the DC motor M, the speed of which is to be regulated, from 0 to 750 rpm. for example, by varying the voltage.
At the end of the shaft of the motor M is aoooupled the first auxiliary maohine constituted by the frequency changer Ai
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which comprises for example p - 4 poles and whose rings a 'q are supplied in three-phase by the source S at a constant frequency f, equal to 50 per. / seo. for example. The frequency f should preferably be appreciably greater than the frequency f1 which would correspond to the synchronism of the machine A1 at its maximum speed, that is to say at 750 rpm. In the example chosen, since machine A1 is 4-pole, this synchronism frequency would be 25 per / seo. at 750 rpm, so that the above condition is fulfilled.
With the brushes a which are mounted on the collector of the machine A1 'we collect the frequency f' which decreases as the speed of M increases: when the motor M is stopped, f '= 50 per./sec. and when it turns at 750 rpm, f '= 25 per. / sec, the slip of the machine A1 being 50%.
This variable frequency f 'is transmitted to the auxiliary rings c' of the second machine C which is also a frequency changer or a 2p 'pole commutator, and which is driven by a motor N which will be called a pilot motor. For a certain speed N2 of the pilot motor, the frequency collected by the balances o (which are mounted on the collector of the machine C) becomes zero, that is to say that these brushes collect a continuous voltage.
We can demonstrate that this speed N2 is determined by the formula: p'N2 + pN1 = 60 f. where p 'is the number of pole pairs of machine C, p the number of pole pairs of machine A1' NI. the number of turns / m. of the motor M and f the frequency of the souroe S. '
Assuming that p '= p - 2 for example, we obtain for Ni - 0 (motor M stopped) N2 = 1500 rpm; for N1 = 375 t / m.
(M engine at 50% speed) N2 1125 rpm .; for Ni - 750 t / m.
(M engine at full speed) N2 = 750 rpm.
It is seen that in this particular case, N1 + N2 - NS 'where NS is the speed of synchronism of the frequency changers for the supply frequency f.
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The continuous voltage that appears between the brushes. 9. when the speeds N1 and N2 of the machines M and N conform to the above formula; can be used for example to supply the winding E3 of the generator G which cooperates in any suitable way with the windings E1 and Eg If the speed of the motor M tends to deviate from that for which the frequency at the brushes. 9. is zero, the field in the machine C rotates by a certain angle in one direction or the other, the DC voltage at the brushes c varies, and the current I received by the motor M also varies so as to restore the speed oor - recte.
Unlike the embodiment shown in fig. 2, the adjustment mode which has just been described retains its full efficiency at the lowest speeds and calls for a complete stop of the engine M. Indeed, we have seen more high that it suffices to turn the pilot motor N at the synchronous speed of the machine C, that is to say, in the example considered, at 1500 rpm., so that the motor M is immobilized: it A suitable direct voltage can then appear at the terminals of the winding E3 which ensures this immobilization.
To obtain with certainty the stopping of the machine M, it is therefore sufficient to impose on the second frequency changer C the speed of synchronism with respect to the frequency fA This effects, for example, it is possible to use a pilot motor N of the asynchronous type with rings, fed at the frequency f and arranged so that its synchronous speed is the same as that of the machine C for this frequency; it is then sufficient to inject direct current into the motor in the well-known manner in order to synchronize it; fig. 4 schematically represents such a DC synchronization circuit P1.
It is also possible to give the pilot motor N the form of a shunt motor with a double set of brushes of suitable polarity, and it suffices to cross two phases between the rotor and the stator of such a motor to obtain the synohronism.
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Figs. 5 and 6 schematically represent this mode of synchronization. In fig. 5 we see the diagram of an engine
EMI9.1
known like this. S is the power source, 111 Jl .Q. and JI! , n 'o' the two sets of brushes, s3 the stator windings.
When the speed of such a motor is approximately equal to that of synchronism, the field produced by the rotor tends to be immobilized in space, and to fix it definitively, the connections are established according to the fig. 6, by crossing the connections of two stator phases, for example of s2 and s3 'and by connecting between them the other ends of the three phases, as represented, oe which has the effect of circulating in the stator direct current; the motor N operates as a synchronous motor and the auxiliary machine C is also driven at its speed of synchronism with respect to the frequency f 'coming from the machine A.
It would also be possible to use as a pilot motor an oommutatrioe type machine comprising 2 poles which would normally function as a direct current motor, and on which the speed of synchronism would be imposed by applying the frequency f to its rings, according to FIG. 7. It would moreover be possible to use any other device ensuring the synchronism of the machine C.
It should be noted that these control modes for stopping the main motor M by setting the machine 0 to synchronism are independent of the frequency of the source S and of its possible variations, when the pilot motor N is supplied with power. by the same source as the bushings of the machine A1.
This device can be used for the adjustment of extraction machines, rolling mills, lifting motors, printing machines, stationery etc. In particular, when the motor M drives extraction machines, lifting devices, etc., the stroke of which must be precisely regulated, the system shown in fig. 4 (or its variants) can be adapted
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so that the engine M performs a determined number of revolutions before stopping. In this case, the pilot motor N must perform a determined number of revolutions with respect to its rotating supply field, because the speed Ni of the motor) [is proportional to the slip of the machine N.
N1 - p 'NS2 gn, NS2 being the motor synchronism speed N; gn the slip of this motor.
Such a result can be obtained, in the case of remote control, by a suitable servo-control containing a device sensitive to the slip of N and arranged to close the synchronization circuit after a certain number of periods of the rotor current. . This device may, for example, consist of the following FIG. 8 into a synchronous motor E 'receiving the slip frequency gn and which closes the synchronization circuit after having performed a certain number of revolutions.
One can also use according to fig. 9 a motor F whose stator will be supplied by the frequency f, the rotor by the frequency f '(or vice versa) and which will also close a device or circuit after a certain number of revolutions. synchronization.
The invention also achieves a result analogous to that of the "electric shaft" with an alternating current and could be used for the adjustment of the angular setting of any system. For example, when stopped, the current flowing through the winding En of FIG. 4: voltage applied to motor M will vary and this motor will tend to rotate. There will then be a modification of the angular difference between the field and the brushes on the machine C (rotating in synchronism) hence modification of the current flowing through E3 and immobilization of the motor il for an angular setting different from what it is. was originally.
There may be cases where, to ensure good stability, a certain droop must be introduced into the system. This droop can be created in several different ways that can be used separately or simultaneously.
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For example, it is possible to place on the stator of the machine 0 a winding closed on adjustable resistors or through which a determined current flows; the field edged by this winding will, moreover, have the effect of effectively damping the oscillations of the system and of imposing an origin position on the general field of the machine C. We could also, with a suitable arrangement of this winding, connect it to the brushes of the collector c directly or through resistors.
The droop could also be obtained by a suitable compunding of the pilot motor N, for example by acting on its supply frequency, or on the components which control its speed; we could also act on the frequency f of the source S.
In certain cases, it may be useful to adjust or boost the voltage supplied to the rings a 'of the frequency changer A1 according to the current which will flow through the motor M to be adjusted. To this end, any suitable devices can be applied such as relays, reactors, transformers, transducers, induction regulators, etc.
On the other hand, to deal with cases of abnormal operation which could lead to the stalling of the regulation system described above, mechanical or electrical devices intended to prevent the passage of alternating current in the excitation windings can be applied. of generator G of engine M.
Whatever the applications of the invention, it will be understood that the adjustments or the measurements which it allows to be carried out are carried out very quickly and with simple, effective and robust means, unlike known systems whose drawbacks were pointed out in the preamble.