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CC1.';I,MrmE PË'BCT10:fE8 POUR MOTEURS D' Iu!>t1C'l'ïotl #' -
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La présente invention concerne des moteurs d'induc- tion asynchrones ou non synchrones utilisés pour l'entraîne- ment de centrifugeuses telles que celles qu'on utilise pour le raffinage du sucre, et de produits chimiques et pour des charges analogues à grande inertie.
Pour éviter une perte de puissance excessive au coure de l'accélération des centrifugeuses et pour assurer la récupération de puissance- maximale pendant le freinage, on fait habituellement tourner le moteur d'entraînement de cen- trifugeuse à des vitesses presque synchrones successives, par exemple aux vitesses de 375, 750 et 1000 tours par minu- te. Dans ce but, on peut munir le moteur d'un enroulement pour les deux premières vitesses et d'un second enroulement pour la troisième vitesse.
En outre, il est nécessaire de faire tourner la à une vitesse t centrifugeuse/beaucoup plus basse, par exemple à environ 50 tours par minute pour expulser le produit après accomplis- sement du centrifugeage. Auparavant, on réalisait cela par l'envoi d'un courant à basse fréquence séparé à un enroule- ment choisi du oteur. L'alimentation spéciale était fournie par un convertisseur de fréquence dont le prix est élevé. Le convertisseur de fréquence' peut desservir jusqu'à six ou huit moteurs mais c'est un équipement cher s'il n'est utilisé que pour une centrifugeuse et,'dans tous les cas, une défaillance du convertisseur peut rendre inopérante toutes les centrigu- geuses associées.
La caractéristique principale de la présente inven- tion consiste dans l'élimination du convertisseur de fréquence
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et dans l'emploi, à sa place et sans stabilisation, de diapo.. sitifs régulateurs dans au moins deux phases alimentant un
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enroulement choisi du moteur d'une tranpm0810,n grande iner- tie. Ces dispositifs réduisent la tension et la puissance four- nies 4 l'enroulement de moteur choisi, réduisent le couple moteur d'entraînement de la centrifugeuse et assurent ainsi la commande de la vitesse et du taux de l'accélération de ce
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moteur.
Les dispositifs préférés sont des ractQe8 satura- bleu possédant un enroulement de travail relié au circuit de moteur et des enroulements de commande reliés entre eux en un circuit associé. Quand le courant envoyé à l'enroulement d*
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commande est un maximum, l'enroulement de travail1 offre une réactance basse au courant de moteur et, quand le courant de
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commande diminue, la réactance augmente jusqu'à. ce que, avec . un courant de commande minimal, la réactasae abaisse 1 coup rant de moteur pour empêcher 1' accélération.
Le moteur est, de préférence, du type "à cage #d'é"-*' cureuil" plutôt que du type à bague.
Les dispositifs, tels que des réaotanoea saturables sont commandés par un circuit te.Q4o""générate1.U'..co.!!\pa1;eur... '. amplificateur Le tacho- générateur <aatraXn6 par le moteur d'entraînement de la centrifugeuse produit une tension de sortie qui est une fonction de la vitesse du moteur. Cette tension est comparée à une tension de référence dans le cir-
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cuit de comparateur et la différence est amplifiée pur l'a - ' plificateur et utilisé pour alimenter en courant le ènrou- lamenta de commande des réactances eaturables.
Ainsi quand la vitesse de la centrifugeuse est très basse,- la tension de sortie du taeho-générateur est voisine de zéro et uns'zou rant de sortie d'amplificateur voisine du maximum alimente lea enroulements de commande ' des réotc8B saturables, en aba18 sent aipsi la téactaace d'enroulement de travail à une va* leur négligeable et en perm<<1tf '!aaa.rxa Au mutant
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d'entraînement de la centrifugeuse. Cette accélération du moteur augmente la tension de sortie du tacho-générateur, abaisse la tension de sortie-de l'amplificateur, augmente la valeur de la réactance sa'turable et réduit la puissance du moteur jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'accélération au-delà de la vitesse choisie, par exemple 50 tours par minute, à laquelle la tension de sortie de l'amplificateur est au mini- mum voulu.
Cette utilisation d'un ensemble de tacha-générateur, comparateur, amplificateur, réactance saturable, a déjà été employée dans la technique de commande électronique, et a été exposée dans la technique de'puissance électrique, mais on ne l'apas, on général, considérée comme satisfaisante pour les entraînemenla de moteurs d'indution industriels normaux pour deux raisons. Premièrement, pour les entraînements industriels les constantes de tempe du sytème sont nécessairement telles qu'elles produisent une instabilité dans la commande de vites- se. Deuxièmement, le moteur d'induction industriel subirait de très grandes pertes s'il était soumis à un tel fonction- nement à des vitesses bien plus basses que la vitesse syn- chrone normale.
La présente invention bénéficie du fait que la charge à grande inertie, présente de façon inhérente dans lés centrifugeuses et lés autres dispositifs, élimine ces inconvénients, premièrement par l'accroissement de la constante de temps de la partie mécanique du système de aorte que l'instabilité de la vitesse ne se présente pas, et deuxiè- mement par l'utilisation de la condition d'un taux de pertes du moteur relativement bas quand le moteur tourne à des vites- ses constantes au-dessous de sa vitesse synchrone.
de dernier facteur s'applique parce que les moteurs industriels normaux produisent touces leurs pertes pendant leur fonctionnement à vitesse constante soue' des "conditions de pleine charge!! et
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très peu pendant l'accélération, Les moteurs de centrifugeuse produisent toutes leurs pertes au cours de l'accélération et du freinage et très peu au cours d'un fonctionnement à une vitesse constante quelconque (car la puissance nécessaire pour faire tourner une centrifugeuse est normalement trèo faible).
a présente invention permet 14 obtention d'autres avantagea tels que les suivants t 1) On peut utiliser, pour réaliser un moteur de cen- trifugeuse avec une fréquence donnée d'alimentation,la rotation à une vitesse sensiblement différente des viesses synchro- nes, par exemple on peut réaliser un moteur alimente par du courant de 50 Hz pour tourner de façon constante à 1200 tours-.
par minute au lieu de 1500 tours par minute*
2) Pour l'alimentation de la masse cuite dans une centrifugeuse, c'est un avantage de faire tourner le moteur à une vitesse contrôlée, par exemple 250 tours par minute, On peut obtenir cela aisément avec la présente invention (indé- pendamment de la possibilité de tourner à. une vitesse d'expulA sion de, par exemple 50 tours par minutes) par un ajustement minime du circuit de commande.
3) Pour l'accélération de la vitesse du moteur et pour le faire passer rapidement par les vitesses successives, on utilise habituellement un dispositif de commande de prix très élevé. Ce passage rapide peut être réalisé à bien meil- leur marqué à l'aide du tacho-générateur, puisque la tension obtenue à partir de celui-ci est une fonction de la vitesse et peut être, par conséquent, employée pour la commande d'un: appareil de commande peu coûteux pour faire passer rapide- ment le moteur aux vitesses désirées.
4) Un autre avantage de cette invention est que l'am*- plificateur peut être commandé pour alimenter en courant .les réactances saturables de façon à commander la forme de la courbe
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du couple de vitesse pour donner une courbe de vitesse en fonction du temps qui soit linéaire ou autre.
Comme on l' a déj explique, l'invention est applica- ble aux entraînements à grande inertie et l'exemple particu- lier représenté est celui d'une centrifugeuse. Toutefois, l'invention est également utilisable pour des moteurs d'indue- tion industriels pourvu qu'ils aient une dharge à grande iner- tie, par exemple si un volant d'une masse suffisante est fixé de façon permanente au moteur pour rendre sa constante de temps suffisamment différente de celle de l'appareil de comman- de afin d'éviter l'instabilité.
Quoique l'utilisation d'un volant implique une certaine augmentation des pertes du mo- teur, l'obtention des avantages indiqués ci.-dessus veut la peine d'Utiliser ce volant.
On peut utiliser, au lieu de résctances saturables, des redresseurs au silicium commandés comme dispositifs de commande ou de régulation. Ceux-ci demandent des réglages dans le circuit de comparateur et d'amplificateur pour con- vertir la tension de sortie du tacha-générateur en un dépla- cement de phase proportionnel du signal de commande envoyée aux ! éléments de déclenchement du redresseur au silicium commandé au lieu du signal d'amplitude de courant envoyé aux enroule- ments de commande des réactances saturables.
On décrira maintenant l'invention plus en détails grâce à un exemple, en référence au dessin annexé dans lequel * la figure 1 représente schématiquement l'invention appliquée à la commande d'un moteur d'induction ; et- la figure 2 représente le même dispositif de com- mande mais plus en détails.
:La réalisation représentée utilise des réactances saturables comme dispositif de commande, mais, comme déjà indiqué, elles peuvent être remplacées, avec des modifications
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appropriées du circuit associé, par des redresseurs au sili- cium commandés...' -
En référence à la première figure, on a représente un moteur d'induction 10 avec charge à inertie du type *cage
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d'écureuil", mais on n'a représenté que l'enroulement choiai qui eat utilisé dans la commande de l'invention.,-Pour plus de clarté, on n'a pas représenté les autres enroulements du moteur.
Les enroulements de travail 11, 12 et 13 de trois. réactances saturables sont respectivementreliés en série à chacune des trois lignes 14, 15 et 16 par lesquelles un courant
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d'alimentation alternatif triphasé est erivayé 1 l'enroulement choisi 17 du moteur 10, cet enroulement ôtant représenté mont' en étoile.
Naturellement, des montages en trigngle ou autres sont possibles pour l'enroulement,
Un accouplement mécanique 18 n'étend du moteur 10 au tacho-fénérateur 19 et la sortie électrique de cette pièce de l'installation alimente, au moyen d'un redresseur 20, un.. côté d'un comparateur 21 qui possède une tension de référence
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V, La tension de sortie du comparateur 21, eat envoyée à- un amplificateur 22 et le signal de celui-ci est appliqué à un ou plusieurs enroulements de commande 23 pour les enroule-
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monta 11, 12 et 13 des réactances saturables.
On comprendra que la tension produite pa 1* tachez générateur 19 fournie au comparateur 21 est diret$mett,fonc- tion de la vitesse du tacho-générateur 19 et, par suite* de la vitesse du moteur 10. Eh conséquence, quand la Vitesse dé- sirée du moteur 10 et du tacha-générateur 19 est atteinte, la
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tension de sortie de ce dernier, quand on la compare*" dans le circuit de comparateur. avec la tension de référence V choisie.. abaisse la tension de sortie de l'amplificateur a -un .ih1. en réalisant ainsi un maximum de la valeur de réâdtè8 des enroulements 11, 12 et 13, de aorte que le courant envoyé pâr
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les lignes d'alimentation 14, 15 et 16 au moteur 10 ne peut augmenter.
D'autre part, si la vitess de la centrifugeuse est plus basse que celle demandée, alors la tension de sortie du tacho-générateur est basse et par suite, un courant d'ampli- ficateur élevé est appliqué aux enroulements de commande 23 des réactances aaturables en abaissant ainsi les valeurs des réactances dans chacune des lignes d'alimentation de travail 14, 15 et 16 et en rendant possible l'augmentation de la vites- se du moteur 10.
En référence à la représentation plus détaillée du dispositif représenté à la deuxième figure, on a, autant que . possible, employé les mêmes chiffres de référence que our la première figure. L'alimentation de puissance de travail est désignée par 24 et les alimentations de commande auxiliaires sont désignées par 25.
La tension de sortie du tacho-générateur 19, accou- plé mécaniquement par 18 au moteur 10 d'induction avec charge à inertie, est appliquée à un redrasseur 20 et une tension proportionnelle à la vitesse du moteur apparaît antre les ex- trémités une petite résistance de charge 26 branchée entre les bornes du redresseur.
A partir de la source 25 d'alimentation de commande en courant alternatif, un transformateur 27 débite une tension de référence prédéterminée sur un redresseur 28 qui est aussi relié en dérivation sur la résistance de charge 26. Ainsi, le circuit fermé, composé du transformteur 27 et du redresseur 28, constitue un comparateur 21 et fournit une tension de réfé- rence VR pour la tension VT du tacho-générateur et, si on suppose que la première est plus grande, un courant Ic proportionnel à la différence des deux tensions circule dans le circuit entre les redresseurs 20 et 28, Le courant Ic ne peut circulier que dans le sens représenté.
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Un enroulement de commande W1 d'un amplificateur magnétique 22 du type à auto-excitation, est compris dans le circuit entre les redresseurs 20 et 28 afin d'être traversé par le courant Ic.Ce courant est considérablement amplifié par des moyens d'amplification magnétique connus et apparaît dans les enroulements de sortie W3 de l'amplificateur 22 sous forme d'un courant Im. L'amplificateur possède un enroulement W2 qui reçoit une petite polarisation d'une alimentation 25 pour rendre possibles des réglages assurant la Bailleur* am- plification.
Les enroulements de travail triphasés 11, 12 et 13 des réactances saturables sont reliés, dans les lignes de puissance 14, 15 et 16, au moteur 10 d'induction avec charge à inertie, et les enroulements 23 de saturation ou de commandé à courant continu sont reliés en série (.comme représenta) ou en parallèle entre les bornes de sortie de 1'amplificateur 22 afin de porter le courant Im.
Le choix de l'amplificateur magnétique 22 et les réactances saturables est déterminé par la nécessité d'un couplage sûr. L'interdiction d'une accélération prématurée au-delà des vitesses d'expulsion et d'alimentation pour une centrifugeuse et l'utilisation d'un signal sûr pour amorcer ' l'expulsion et l'alimentation sont considérées comme des ver- rouillages importants.
Quand les réactances saturables reçoivent la valeur maximale de Im' le moteur d'induction 10 tournait un couple maximum. Ainsi, tout défaut ou réduction de Im abaisse le couple moteur. Comme il n'est pas possible d'augmenter 1 la au- delà de sa valeur maximale,aucune condition de défaillance qui, dans le dispositif , réduit Im n'est inquiétante et cette, partie du dispositif, devient en défaut dans le sens de la. sécurité. Ainsi, une défaillance de l'amplificateur 22 .aboies -.
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ra le niveau de saturation des enroulements 23 et le couple moteur diminuera de sorte qu'un enclenchement de ces parties du circuit n'est pas nécessaire.
Une condition analogue s'applique à l'alimentation de référence 25. C'est cette alimentation qui fournit la puissance pour l'enroulement W1 de l'amplificateur 22 et dans l'éventualité d'une défaillance d'un élément de référence quel- conque (le transformateur 27 et le redresseur 28), Ic et Im s'abaisseront et diminueront le couple moteur.
Ce n'est pas le cas toutefois pour la tension du tacho-générateur, car le dispositif dépend de la valeur d'ao- croissement de cette tension pour diminuer le courant dans les enroulements W1 de commande de l'amplificateur et pour diminuer ainsi la puissance du moteurquand la vitesse de commande est approchée. Un relais R1 est donc monté en série avec le circuit de comparateur pour s'enclencher en cas de défaillance du ta- chû-générateur et de ses constituants associés.
Dans l'éven- tualité d'une telle défaillance seule la tension VR de réfé- rence est appliquée au circuit en série composé du relais R1 de la résistance 26 et de l'enroulement W1 et le courant cir- cular.t dans cette condition est suffisant pour exciter R1 et provoquer le signal d'enclenchement nécessaire pour ouvrir deux contacts C1 normalement fermés dans un circuit d'enclen- chement 29. Comme la vitesse de centrifugation, au cours du fonctionnement normal ne doit pas tomber au-dessous de la vitesse minimale d'expulsion d'environ 40 tours par minute, la condition "d'application de puissance" quand le moteur de travail est à l'arrêt est considérée comme une condition de défaut dans le but d'enclenchement.
La défaillance de l'enroulement de relais R1 lui- même détermine un circuit ouvert dans l'alimentation de l'enroulement W1 et réduit à la fois Ic et Im à zéro.
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Un relais R2 d'enclenchement en série semblable est monté dans l'alimentation de polarisation pour l'enroulement W2 de .l'amplificateur magnétique .Toute défaillance* de cette alimentation donne un signal d'en enchement pour fermer deux contacts C2 normalement ouverts d'un autre circuit 30 d'en- clenchement
C'est la combinaison des relais R1 et R2 qui évite que la¯ défaillance de tout élément provoque une accélération prématurée au-delà des vitesses de commande d'expulsion et d'alimentation.
Les signaux de libération de la charge sont dérivés d'un relais R3 dans la sortie de 1'amplificateur 22. Quand on freine mécaniquement la centrifugeuse 4 partir d'une vitesse supérieure à celle choisie pour l'expulsion et quand la valve de freinage est sous la commande d'un relais R4 et de contacts,
04 tout le dispositif de servocommande est excité et un cou- rant égal à la valeur minimale de Im circule. Quand la vitesse du moteur pause par la vitesse d'expulsion (prédéterminée avec une prise de courant coulissante du transformateur 27) la valeur de Io et Im augmente rapidement pour .exercer une commande de couple sur le moteur et empêcha une décélération supplémentaire.
C'est cette augmentation de la qui excite le relais R3 et donne le signal pour faire tomber la charge dans le panier. Si le courant Im n'augmente pas pour quelque rai- ; son, la charge demeure dans la zone de sécurité. On utilise donc les caractéristiques inhérentes du circuit pour convertir le signal tachométrique à, diminution lente ,en un signal de courent d'enclenchement à augmentation rapide de plus.grande puissanee.
Un enclenchement semblable se présente pour permet- tre l'alimentation quand, après le déchargement, le moteur accélère jusqu'à la vitesse d'alimentation préétablies mais
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'se produit par la diminution de la valeur Im.
REVENDICATIONS
1.- Commande pour un moteur d'induction électrique (10) asynchrone polyphasé avec charge à grande inertie, carac- térisée par l'utilisation de dispositifs régulateurs dans au moins deux des phases (14, 1.5 et16) alimentant un enroulement choisi (17) du moteur.