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GROUPE TRANSFORMATEUR DE' FREQUENCE ET DE PHASE
MONO-POLYPHASE La présente invention a pour objet un groupe mono-polyp pour transformer la fréquence et la phase du courant d'un rés
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monophasé. Dans ce groupe, l'énergie cet transformée à la foi; mécaniquement et électriquement, et son réglage est effectué le réglage de sa vitesse.
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Sur les dessins annexés, la Fig.1 représente sOhématiQuE ment un exem?le de réalisation d'un tel groupe et la Fig.2 l'E rangement de sa couclande.
Suivent la Fig,l, le groupe de l'invention se COR[Pose dl moteur polyphasé ?d d'un type connu queloonque à pluaieurl pola tés ou à vitelse variable, pouvant fonotionner ln !6n'ratrioe monté méonniqueoent sur l'arbre 'un ohangeur de frdqunoe mot
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triphasé C. Le prilll8ir' ri P2 de oe changeur C est relié au réseau monophasé U à fréquence normale fi, tandis que le sec
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daire 3 a la forme d'un rotor qui tourne à une vitesse varia Ce secondaire comprend un bobinage normal polyphasé A.
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Le cuangeur C comporte également un rotor auxiliaire r type connu portant un bobinage convenable e; ce rotor auxili peut tourner librement dans l'entrefer sur l'arbre du rotor cipal S.
Le bobinage e peut être alimenté en courant continu les bagues 32. l'ar le moyen de circuits couplés en parallèle peut jouer à la fois le rôle d'enroulement d'excitation et d tisseur pour le champ inverse; il peut être bobiné suivant d tres schémas connus, ou comporter également une ou plusieurs cages jouant le rôle d'amortisseur.
Le rotor intermédiaire r tourne synchroniquement avec 1 des champs tournants dans lesquels peut se décomposer le chan alternatif dû au courant monophasé fourni par U. Le rotor pri pal S peut tourner en sens inverse du champ non amorti, ou da
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le mené sens; les deux rotors concentriques r eut ;; tournent a soiten sens inverse l'un de l'autre, soitdans le même sens. apparaît aux bagues Bi du bobinage secondaire A une tension Polyphasée et une fréquence f2 qui dépendent de la vitesse de rotation de cet organe.
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Le moteur 1. que l'on supposera diphasé pour la simllici. de l'exposé, mais qui peut comporter un bobinée triphasé, pa: exemple, est alimenté u'une part par le réseau monopLasé U et d'autre part par la seconde phase libre 1"2 (lu stator du changE de fréquence C que l'on adwettra également diphasé.
Au aéaerra6e, le rotor auxiliaire r du CuenGeur de fré- 4U&nOe C est d'a:ord uUs en vitesse de sorte 4U'il apparaît au stator une tension diphef'1e. Le moteur 1.: peut alors être alime d'une façon oouplète par la ferraeture \le l'interrupteur 1 et u6marrer. I stator du cuanur de fréquence C fournit une par de la puissance électrique nécessaire au moteur, comme il sera exposé plus bas.
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Le moteurs.. peut avoir la t'orme d'un moteur à 001lecteur
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vitesse variable, d'un moteur avec rotor à bagues ou à induit en oourt-ciruit, ayant une ou plusieurs polarités etc...
Un peut aussi utiliser un moteur à une ou plusieurs vite. ses sensiblement constantes ou synchrones, entraînant le chan; de fréquence C à vitesse variable par l'intermédiaire d'un em- brayage magnétique, mécanique ou hydraulique d'un type connu.
L'embrayage magnétique peut comporter un secondaire bobiné, e1 une machine convenable, du type à collecteur ou autre, peut êt insérée dans ce secondaire en vue de récupérer l'Énergie de g. seaent suivant l'un des couplages employés avec les moteurs asynchrones.
On peut encore prévoir un moteur en cascade avec un secor moteur, les deux moteurs pouvant être à une ou deux polarités, ce qui permet d'obtenir facilement plusieurs vitesses ae fonc- tionnement correspondant aux couplages suivants : moteur prin- cipal seul à chaque polarité, deux moteurs en cascade à chaque polarité, moteur en cascade seule chaque polarité. Ces oouplag peuvent être alimentés directement ou par l'intermédiaire d'un transformateur aux bornes du changeur de fréquence C.
On peut aussi, sans sortir du cadre de l'invention, prévc un moteur asynchrone associé soit avec une machine à col.ecteu d'un type connu qui assure une variation de vitesse continue o par crans sans perte d'énergie dans des résistances de glisser soit avec une commutatrice, de façon à former un groupe Kraeme ou encore un moteur à double rotor en cascade interne ou par a couplement, constitué en réalité de deux uoteurs ayant chacun ou plusieurs polarités.
Le moteur M pourrait aussi être un moteur monophasé d'un type quelconque dont le stator serait relié seulement au résea monopuasé.
Un peut employer dans tous les cas les combinaisons connu facilitant le passage d'une polarité ù l'autre.
Le fonctionnent du groupe décrit peut être exposé ue la façon suivante. Lorsque les deux rotors r et S tournent dans 1 directions opposées, on cotient, entre les fréquences f1 du ré
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seau U et f2 du secondaire A du changeur C, la relation suivante :
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pi étant la polarité du changeur de fréquence C p2 la polarité utilisée du moteur L (s'il est réalisé à plus polarités).
Quand le rotor S est à l'arrêt, la fréquence f2 est ég à la fréquence fi d'alimentation du stator. Au fur et à mesu que la vitesse monte, la fréquence f2 augmente comme aans un cuangeur d'induction ordinaire.
En faisant abstraction de la puissance transmise au uio
Li par le stator du changeur C, on obtient : Pm - Ps (1 - f1/f2
Ps est la charge du secondaire S et Pm la puissance fournie caniquement par le moteur.
La puissance totale Ps - Pc + Pm, ou Pe est la puissan transformée directement dans la changeur C.
Il est a noter que la tension polyphasée de fréquence le à celle du réseau d'alimentation peut être obtenue aux bo du stator soit directement, soit par l'intermédiaire d'un tr. formateur, si le secondaire du changeur C est ouvert et le r, intermédiaire tourne au synchronisme.
On peut, bien entendu, obtenir momentanément une fréque f2 inférieure à la fréquence primaire fi en entraînant le ro S dans le même sens que le rotor intermédiaire r. jans ce ca. le rotor principal '6 du changeur C fournit la totalité de la c, ge du secondaire et une puissance supplémentaire sur l'arbre est récupérée sur le réseau par le Licteur M.
Comme le représente la Fig.l, les stators des macuines et C portent respectivement des enroulements diphasés d1, d2 Pi,P2, dont les plisses di et P1 sont reliées au réseau U.
La phase P2 du changeur de fréquence est, suivant l'un procédés connus (inductance, capacité, résistance, etc..), u sée pour lu mise en vitesse du rotor auxiliaire r.
Dès que ce rotor auxiliaire est synchronisé, l'enroule P2 est relié à l'enroulement d2 par l'interrupteur i et l'al
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tation du stator du moteur !4 est assurée en diphasé.
Le moteur est alors démarré comme un moteur norma. ayant un rotor à bagues s et un rhéostat extérieur Rh. Ce rhéostat peut aussi être utilisé pour faire varier la vites: de fonctionnement en marcùe.
Dès que le rotor de ce moteur L tourne, il apparai aux bagues B1 de l'enroulement A du rotor S du ohangeur de fréquence C une fréquence f2 différente de celle du réseau j plus petite ou plus grande suivant que ce rotor S tourne dan le même sens ou en sens inverse du rotor auxiliaire r.
La ma oui ne C travaille à la fois par son primaire son secondaire comme transformateur de phase, et son rotor p cipal S travaille en outre en changeur de fréquence.
Lorsque la fréquence f2 est supérieure à f1, le oh geur de fréquence C absorbe au réseau la fraction de puissan qui est transformée par induotion de la fréquence fi à la fr quenoe f2, ainsi que la puissance qui est fournie à l'enroul ment d2 du moteur M au travers de l'interrupteur i.
A titre d'exemple, un changeur de fréquence C à 8 ] et un moteur iL à 3 polarités (ou aeux moteurs en cascade) à vitesses 1500, 750, 500 t/m., permettraient d'obtenir les fro quences suivantes, qui corresponaent aux vitesses de synchroi me en partant d'un réseau 25 à 50 périodes :
0,33, 83,100, 150 périodes.
La fréquence de 50 est obtenue par immobilisation du rotor principal S ou prise directement au stator du changeur C; le* fréquences intermédiaires peuvent être obtenues par l'inserti du rhéostat de glissement Rh. Les fréquences économiques sont
50, 83, 100, 50 périodes.
Le moteur k à 3 polarités peut, par exemple, être réalisé en diphasé au moyen de deux enroulements séparés sur chaque organe: un premier enroulement diphasé pour 4 et 8 pôl ayant 8 bornes suivant un couplage oonnu,et un deuxième enrou ment diphasé de puissance réduite pour 12 pôles à 4 bornea,
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Le rotor du moteur !.. peut être prévu pour le oont rhéostatique à une ou deux polarités seulement, le bobinage trouvant automatiquement en oourt-oirouit à certaines polar suivant l'une des méthodes oonnues.
On peut bobiner les enroulements du changeur C et du moteur M en triphasé ou intercaler entre le stetor du en geur C et le moteur M un transformateur de phases pour util l'un des couplages connus à plusieurs polarités. Dans le oa. bobinage des stators en triphasé, la fréquence fi néoessair- l'alimentation des moteurs triphasés qui sont alimentés par groupe peut être obtenue directement au stator du changeur ( l'enroulement du rotor principal étant ouvert.
La fig.2 indique les moyens permettant de command( le ralentissement et Immobilisation du moteur M en vue de régler la fréquence f2. Sur cette figure, on a supposé que stators de @ et de C sont bobinés en triphasé.
D'abord, le champ tournant statorique de il est inv par l'inverseur I, son rotor s étant fermé sur des résistanc R, ce qui provoque un couple réglable de freinage ; phase d'alimentation qui est reliée au changeur de fréquence par i ensuite interrompue, et pour immobiliser complètement le mot sa tension statori4ue est appliquée à ses bagues b, par l'in médiaire d'un transformateur approprié T et d'une résistance optima, fixe ou réglable.
A cet effet, les bagues b du moteur A sont reliées par l'intermédiaire de résistances réglables R à un interrup tripolaire D à deux positions (ou commutateur) qui, dans la position de droite représentée sur la fig.2, relie entre ell les extrémités de ces résistances; dans sa position de gauch les relie aux bornes du transformateur T dont l'autre enroul ment est connecté au stator d. L'inverseur I permet de crois. les connexions qui relient le stator d du moteur à la ligne d'alimentation du réseau primaire ayant la fréquence primair. f- etla tension U.
Pour freiner le moteur H, on inverse 1. champ tour.
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du stator d au moyen de l'inverseur I et on règle les réais
R du rotor s, l'interrupteur tri polaire D étant à droite. mettant ensuite à gauone, on insère dans le cirouit des ba b en dehors des résistances R convenablement réglées, égal le transformateur T, de sorte que la tension du stator d e appliquée au rotor, et on ouvre l'interrupteur i.
Dans ces conditions, le moteur il est immobilisé, pour augmenter le couple qui le maintient immobile, on peu réduire les résistances R.
Les manoeuvres ci-dessus, qui dépendent de la vit de la tension ou de la fréquence du rotor s, peuvent être e feotuées par des contacteurs, commandés par un arbre à came par exemple ou actionnés par des relais ou par tout autre c positif de oommande.
Si les tensions du rotor s et du stator d sont ég on peut supprimer le transformateur T et se contenter de ré tances R seules, réglables ou ayant une valeur fixe appropr
Le système de réglage récrit, applicable pour n'i porte quel nombre de phases, peut également s'appliquer au changeur de fréquence C : dans ce cas l'énergie électrique passe directement du rotor ,; au stator p, ces .eu. organes . connectés électriquement comme il a été exposé pour le motet
Le groupe décrit peut être alimenté en haute ou er basse tension. La transmission d'énergie est reversible; l'e gie peut passer également du réseau à fréquence f2 au réseat fréquence fi.
Ce transformateur de fréquence et de phase peut êt employé en particulier en traction monophasée pour alimente, fréquence variable des moteurs de traction asynchrones polyphasés d'un type quelconque, à rotor bobiné ou en court-circ ces moteurs attaquant les essieux-moteurs par simple ou doub réduction. La réalisation de ces moteurs peut par exemple êt facilitée par l'emploi de rotors à résistance qui est accrue automatiquement au démarrage, tels que des rotora ù double 0
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présentant une oaraotéristique cOuPlu-vitOsâe favorable.
Le facteur de puissance peut être réglé par l'exo tation à courant continu du rotor intermédiaire r du chang de fréquence, ce qui permet d'utiliser des moteurs de trac à grana entrefer alimentés au besoin à fréquence élevée et d'accroître leur flux au démarrage.
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L'invention se distingue par l'application des 10. ci-dessous :
1- Groupe transformateur de fréquence et ae phase mono-pol. composé d'un moteur polyphasé et d'un changeur de fréquenct double rotor.
2- Le stator du moteur est connecté au stator du changeur @ fréquence.
3- Le moteur peut être un moteur unique à une ou plusieurs polarités ou une caaoade mécanique ou électrique de plusie@ moteurs à une ou plusieurs polarités.
4- Le facteur de puissance de l'ensemble et la tension aux bornes d'utilisation sont codifiées psr le réglage du coure continu d'excitation du rotor intermédiaire du changeur.
5- Un moteur à une seule vitesse peut être employé avec un varit.teur de vitesse d'un type connu.
6- Le variateur de vitesse peut être au type magnétique à r pération d'énergie de glissement .
7- Le stator du moteur d'entraînement est relié au réseau p maire par l'intermédiaire d'un inverseur ; est relié égal aux bagues par l'intermédiaire d'un transformateur éventuel relances rotoriques fixes ou réglables et d'un commutate pouvant couper le circuit et relier les résistances entre e.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.