Dispositif pour la mise en marche et en synchronisme réciproque d'au moins deux machines électriques asynchrones. L'invention a pour objet un dispositif pour la mise en marche et en synchronisme réciproque d'au moins deux machines électri ques asynchrones, dont les enroulements pri maires, d'habitude les enroulements de sta tors, sont reliés à la même alimentation de courant électrique polyphasés et dont les enroulements secondaires, d'habitude les en roulements de rotors, sont reliés entre eux, ces machines étant disposées pour agir, l'une en. génératrice et au moins une autre en mo teur, le rotor de cette dernière reproduisant les mouvements du rotor de la génératrice.
Le rotor de la génératrice peut être ac tionné par un moyen mécanique pouvant agir d'une manière continue ou par intermittences. Dans le premier cas, la vitesse de ce moyen peut être constante ou variable, de façon que la génératrice tourne elle-même à une vi tesse constante ou variable.
En pratique, on peut rencontrer normale- ment deux cas de mise en marche de machines reliées de cette façon.
Dans le premier cas, tous les enroulements primaires étant déconnectés et tous les ro tors arrêtés, les machines sont mises en mar che en reliant tout d'abord les enroulements primaires à la source d'alimentation et en ac tionnant mécaniquement la génératrice et les autres machines se mettent en synchronisme avec la génératrice.
Dans le second cas, tous les enroulements primaires étant déconnectés, le rotor de la gé nératrice est mis en marche par le moyen mécanique et les machines sont mises en syn chronisme avec cette génératrice en fermant l'interrupteur sur les enroulements primaires. Alors, le ou les moteurs sont accélérés comme des moteurs asynchrones jusqu'à ce que leurs rotors soient en synchronisme avec celui de la génératrice.
Un tel dispositif peut être utilisé dans beaucoup de cas, où on désire avoir deux ou plusieurs unités rotatives tournant parfaite ment en synchronisme réciproque. On petit. par exemple, l'utiliser en liaison avec un four à ciment, dans le but d'assurer que la quan tité de mélange brut ou de combustible soit apportée constamment au four dans une pro portion fixe par rapport au nombre de tours du four.
L'emploi d'un dispositif de ce genre a pour but de mettre et de maintenir en syn chronisme réciproque les machines électriques, ce qui doit être interprété en ce sens que non seulement elles tournent toutes à la même vitesse, mais qu'en outre leurs enroulements secondaires sont à chaque instant dans les mêmes positions par rapport aux champs ma gnétiques tournant créés par les enroule ments primaires, sauf toutefois penchait l'ac- céléra.tion des moteurs par la seconde mé thode mentionnée ci-dessus. Naturellement, les machines ne tournent pas à la vitesse synchrone correspondant à la fréquence de l'alimentation, puisque les machines sont du type asynchrone ou à induction.
Comme on le comprendra. par ce qui pré cède, il est souvent difficile dans le premier cas de mise en marche mentionné ci-dessus et presque impossible dans le second cas de met tre les machines en synchronisme réciproque et de les y maintenir. et le but principal de la présente invention est (le prévoir un dispo sitif rendant cette opération plus facile.
Le dispositif selon l'invention comporte des moyens pour maintenir faible l'accéléra tion du moteur, de façon qu'il n'atteigne que lentement la vitesse où il est en sviiehronisme avec la. génératrice. On évite ainsi 1:î ten dance qu'ont les moteurs de dépasser la vi tesse de la génératrice pour atteindre la vi tesse normale des machines d'induction mar chant sur l'alimentation princip < i.le. c'est-à- dire une vitesse égale à la. vitesse .Ynchroiie diminuée en proportion du glissement.
Plusieurs mesures peuvent être prises pour maintenir faible l'accélération du mo teur et chacune d'elles peut être utilisée seule ou en liaison avec d'autres. Le moteur peut être pourvu d'un dispositif de freinage, de préférence un frein à courants (le Foucault. On peut aussi insérer des bobines de réactance dans les conducteurs communs d'alimentation des enroulements primaires des machines ou faire l'enroulement des machines avec un nombre de pôles tel que la vitesse synchrone soit sensiblement plus élevée que la vitesse à laquelle les rotors des machines tournent quand ils marchent en synchronisme récipro que connectés électriquement.
On se rendra compte (lue si de tels moyens sont prévus pour maintenir une faible accé lération, un certain effort de démarrage est souvent nécessaire pour mettre les moteurs (#n marche. Cet effort de démarrage peut être créé en plaçant dans les connexions entre les enroulements secondaires des machines une résistance ohmique en étoile en parallèle avec ces connexions.
Dans certains cas. spéciale ment quand des bobines de réactance sont insérées dans les conducteurs d'alimentation des enroulements primaires, comme on l'a indiqué plus haut, on peut prévoir une autre résistance ohmique en étoile connectée en<B>pa-</B> rallèle avec les conducteurs entre les enrou lements secondaires. La résistance principale peut avoir une valeur plutôt élevée et être maintenue en circuit pendant tonte la période de mise en marche: elle peut dans certains cas rester branchée au delà de cette période.
D'autre part. la seconde résistance peut avoir une valeur faible, de quelques ohms seule ment, et n'être branchée que pendant deux ou trois secondes. dans le but de donner Lui effort de démarrage court, soudain et puissant. En fait, chacune de ces résistances peut être dé connectée automatiquement, par exemple au moyen d'un relais à temps.
Le destin annexé représente.<B>il</B> titre d'exemple. une forme d'exécution du dispo sitif selon l'invention.
Dans le dispositif représenté au dessin, les machines qui. en pratique. sont de préfé rence identiques. sont alimentées par un ré seau triphasé 1. ?. 3. relié par l'interrupteur 4 à la source (l'alimentation qui se trouve à droite du dessin. La machine génératrice 5, avec des bagues collectrices 7, et un moteur 6 avec des bagues collectrices 8, sont représentés tous deux avec leurs enroulements primaires branchés directement sur les conducteurs d'alimentation 1, 2, w. Les bagues collectrices 7 et 8 sont reliées directement par les con ducteurs 19, 20, 21.
Comme on l'a déjà dit, on rencontre dans la pratique deux cas normaux de mise en marche des machines. Dans le premier cas, lbs deux enroulements primaires ou, s'il y a plus de deux machines, tous les enroulements primaires sont déconnectés par l'interrupteur 4 et tous les rotors des machines sont arrêtés. Dans ce cas, les machines sont mises en mar che en branchant en premier lieu les enroule ments primaires sur la source d'alimentation par la fermeture de l'interrupteur 4 et en actionnant la génératrice 5 mécaniquement, l'autre machine ou les autres machines de vant se mettre en marche et en synchronisme avec la génératrice.
Dans l'autre cas, tous les enroulements primaires sont déconnectés, l'interrupteur 4 étant ouvert, comme représenté au dessin, mais le rotor de la. machine génératrice 5 est déjà en marche à la vitesse requise, actionné par le moyen mécanique; l'autre machine ou les autres machins 6 doivent être mises en synchronisme avec la génératrice en bran chant les enroulements primaires sur 1a source d'alimentation par la fermeture de l'interrup teur 4. Alors, le moteur ou les moteurs 6 sont accélérés comme des machines asynchrones jusqu'à ce que leurs rotors soient en synchro nisme avec le rotor de la génératrice 5. Il faut aussi penser que la charge du moteur 6 ou des moteurs individuels peut varier et que là où il y a deux ou plusieurs moteurs, ils peuvent être chargés inégalement.
Dans le premier cas mentionné plus haut, les conditions peuvent souvent être largement remplies par l'installation de machines de très grandes dimensions, sans prévoir aucune autre mesure spéciale dans le but d'augmen ter la stabilité des machines et d'augmenter la tendance des machines à se maintenir en synchronisme réciproque une fois qu'elles y sont, quand il y a une marge considérable de puissance disponible. Le dispositif peut, par exemple, être appliqué à un dispositif servant à l'alimentation d'un four rotatif à ciment.
Dans ce cas, le moteur 6 est utilisé pour ac tionner le dispositif d'alimentation en pâte et la génératrice est accouplée mécaniquement avec le moteur du four. La puissance néces saire peut alors ne pas dépasser 0,1 à 0,2 CV. Il peut arriver cependant qu'on ne considère pas un aussi petit moteur comme suffisam ment robuste pour la pratique et qu'un mo teur d'un CV soit regardé comme capable de fournir un excès suffisant de puissance, lors que les machines ne sont pas accouplées les unes aux autres selon la présente invention. Cependant, on a trouvé qu'un moteur déve loppant normalement 5 CV à 750 tours par minute, a une assez grande réserve de puis sance pour maintenir les machines en syn chronisme réciproque.
Dans ce cas, on admet que la vitesse de rotation du moteur du four est de 750 tours par minute au maximum et de 375 tours par minute au minimum. Alors, si les rotors ne prennent pas les posi tions correctes par rapport aux champs tour nants créés par leurs enroulements primaires, la réactance des enroulements des rotors fait que le courant créé dans ces enroulements est presque en phase avec le champ magné tique. Quand les enroulements primaires sont branchés sur la source d'alimentation, il se crée une force obligeant le rotor du moteur 6 ou des moteurs individuels<B>à</B> sortir de la po sition dans laquelle ils se trouvent pour se mettre dans la position où ils sont en phase avec la génératrice 5.
Alors, quand la géné ratrice 5 est mise en marche, les rotors des moteurs 6 sont en phase avec le rotor de la génératrice 5 tous à la fois et cette condition sera maintenue, lorsque les machines pren dront leur vitesse. Si les rotors des moteurs 6 ont une tendance à changer de vitesse, des courants d'équilibrage passeront dans les cir cuits de rotors et, en raison de la réactance considérable de ces circuits, ces courants d'équilibrage seront presque en phase avec les champs tournants magnétiques créés par les enroulements primaires des machines, de sorte qu'une force sera développée et entraînera les rotors pour les mettre en phase.
Il a déjà été indiqué que selon la présente invention, le système est arrangé pour réduire l'accélé ration du ou des moteurs 6. Il est particuliè rement désirable que d'autres mesures sem blables soient prises pour garantir une eoopé- ration satisfaisante entre les machines. quand elles sont mises en marche selon le second procédé mentionné plus haut. Une telle accé lération faible des moteurs signifie qu'ils approcheront lentement de la vitesse à la quelle ils sont en synchronisme avec la gé nératrice 5, ce qui a pour résultat que la tendance du moteur 6 de dépasser la. vitesse requise, pour atteindre la vitesse asynchrone correspondant à la fréquence d'alimentation. est notablement réduite.
Le dispositif représenté comporte divers moyens pour réduire l'accélération des mo teurs et ces moyens peuvent, être employés séparément ou ensemble. Ainsi, le moteur 6 est représenté avec son rotor pourvu d'un frein 14 à courants de Foucault, consistant en un disque de cuivre 15 tournant entre les pôles d'un certain nombre d'aimants perma nents 16 fixes en forme de fer à cheval.
Dans un tel cas, l'effort de freinage est proportion nel au carré de la vitesse de rotation du dis que 1.5, de sorte que le frein exercera une action de freinage puisante et que le moteur 6 se mettra en marche ù une faible vitesse. De plus, le frein 14 augmente la stabilité du moteur et tend à le maintenir en sy nchro- nisme, puisqu'il empêche un mouvement oscillatoire qui, souvent, obligerait les ma chines à sortir du synchronisme réciproque.
De plus, des bobines de réactance 9, 10, 11 sont insérées dans les conducteurs d'ali mentation 1, ?, 3 communs aux enroulements primaires des diverses machines. Pendant la mise en marche, le courant dans les bobines 9, 10, Il sera. relativement grand, de sorte qu'il y aura une chute de tension considéra ble dans les bobines et que la tension aux bornes des enroulements primaires des ma- chines sera considérablement réduite, ce qui fait que les machines démarreront lentement. Dans les conditions ordinaires de marche, ce pendant, le courant dans les bobines 9, 10, Il est si faible que la chute de tension dans ces dernières est insignifiante.
Enfin, les machines sont bobinées pour un nombre de pôles correspondant à une vitesse synchrone qui est sensiblement plus élevée que la limite supérieure de la marge de vi tesse dans laquelle la vitesse des rotors doit varier. Ceci produit une réduction de la force de démarrage, parce que les courants dans le rotor produits par le champ tournant ont une fréquence relativement élevée et que, par suite, l'effet de la réactance dans ce circuit est augmenté par rapport à celui de la résis tance, d'où il résulte que le facteur de puis sance de ces courants est abaissé et la force réduite en proportion.
Dans ce but, les pôles doivent être disposés de façon que, quand le moteur a démarré, la fréquence du courant dans les rotors ne soit pas inférieure à envi ron un tiers de la fréquence du courant d'ali mentation. La, force exercée par les courants induits est alors relativement faible et la tendance proportionnée à cette force et pous sant le moteur à dépasser la vitesse synchrone et à, marcher en moteur à induction, reste légère.
Comme on l'a déjà indiqué, des résistances ohmiques en étoile peuvent être branchées en parallèle avec les connexions 19, 20, 21 entre les bagues collectrices des machines. Le des sin représente une telle résistance 12 disposée pour être branchée et mise hors circuit au moyen d'un interrupteur 13.
Le but de cette résistance est de créer pendant la période de mise en marche des courants dans les cir cuits de rotors, ces courants ayant la même fréquence que l'alimentation et ayant aussi une composante de puissance assez élevée pour qu'un effort d'accélération puisse être créé dans le moteur 6 ou dans chaque mo teur, l'action étant semblable à celle qui se produit quand un moteur ordinaire d'induc tion à bagues collectrices est mis en marche au moyen d'un démarreur à résistances dans le circuit de rotor. Si une telle résistance n'est pas prévue et qu'on essaie de mettre les machines en marche suivant le second pro cédé cité plus haut, un effort variant irrégu lièrement tant en grandeur qu'en direction sera souvent créé et empêchera le démarrage du moteur.
Au moment du démarrage, la fré quence du courant des enroulements primaires est égale à celle de l'alimentation qui est
EMI0005.0001
où- p est le nombre de paires de pôles pour lequel le primaire est bobiné et n, la vitesse synchrone correspondant à la fréquence de l'alimentation en tours par minute.
La fréquence des courants créés dans le rotor de la génératrice sera
EMI0005.0003
où n... est le nombre de tours par minute de l'arbre de la génératrice. Puisque les rotors des moteurs sont reliés directement à celui de la génératrice, la même fréquence apparaît dans les rotors des moteurs, et il est naturel qu'il ne soit généralement pas possible de faire agir un effort d'accélération dans les moteurs en raison de la différence de fré quence entre les courants de rotors et les champs magnétiques créés par les enroule ments de stators.
Cependant, par la présence de la résistance 12 branchée pendant la pé riode de démarrage, des courants de puis sance alternatifs additionnels de même fré quence que l'alimentation passent dans les rotors et, en conséquence, un effort d'accélé ration supplémentaire est créé, de même qu'un effort résultant oscillant, mais, tandis qu'il comprend des impulsions tendant à faire tourner le rotor dans les deux directions, les impulsions agissant dans une direction sont plus grandes que celles qui agissent dans l'autre, de sorte que l'effort résultant oblige le moteur 6 à se mettre en marche comme un moteur à induction.
L'expérience a montré que l'effort ainsi créé par la résistance 12 ne devrait pas être plus grand qu'il n'est nécessaire pour assurer une bonne mise en marche, puisque, d'autre part, il peut y avoir un risque que les moteurs ne dépassent la vitesse désirée et ne rejoi gnent la vitesse normale d'une machine asyn chrone, c'est-à-dire la vitesse synchrone cor respondant à la fréquence d'alimentation di minuée du glissement. Pour la même raison, il est nécessaire que l'effort maintenant les moteurs en synchronisme réciproque soit d'une valeur telle que les moteurs restent en synchronisme, même quand ils sont légère ment chargés.
Ce qui précède fera comprendre que, dans certains cas, la résistance 12 est maintenue en circuit, non seulement pendant la période de mise en marche, mais aussi pendant la marche pour maintenir les machines en syn chronisme réciproque d'une manière stable. La résistance 12 est plutôt grande, par exem ple dans le cas d'un moteur de 5 CV, dont il a été parlé ci-dessus, elle pourrait avoir une valeur de 70 ohms.
Dans certains cas et en particulier quand les bobines de réactance 9, 10, 11 sont em ployées en vue de réduire l'accélération, il a été trouvé avantageux de prévoir une résis tance ohmique supplémentaire en étoile 17, de faible valeur, en parallèle avec les conduc teurs 19, 20, 21. Cette résistance est mise en et hors circuit à l'aide de l'interrupteur 18 et, dans le cas mentionné plus haut, elle peut avoir une valeur d'environ 6 ohms. Le but de la résistance 17 est de donner pendant un court instant une impulsion de démarrage courte, soudaine et puissante.
Mais cette résis tance ne doit être branchée que pendant deux ou trois secondes et peut être mise hors cir cuit automatiquement au moyen d'un relais à temps.
Les dimensions des bobines de réactance 9, 10, 11 sont telles qu'elles empêchent les mo teurs de démarrer avant que la résistance ohmique 17 ait été branchée en fermant l'in terrupteur 18.