Servo-dispositif de commande de la vitesse d'un moteur asynchrone polyphasé i; bagues et utilisation de ce servo-dispositif La présente, invention a pour premier objet un servo-dispositif de commande de la vitesse d'un moteur asynchrone polyphasé à bagues, destiné à être alimenté par une source de courant alternatif polyphasé, le moteur comprenant deux parties, stator et rotor, présentant chacune des enroulements, les enroulements de l'une desdites parties du moteur étant connectés, en étoile avec un point neutre com mun et reliés à ladite source.
Ce servo-dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur polyphasé comportant, pour chaque phase, un enroulement primaire à travers lequel passe le cou rant de la phase correspondante de ladite partie du moteur relié à la source et un enroulement secon daire, un convertisseur de fréquence entraîné indé pendamment du, moteur et connecté en série entre les enroulements secondaires du transformateur et les enroulements de l'autre partie du moteur, des moyens - d'entraînement du convertisseur de fré quence, et une bobine d'inductance comportant, pour chaque phase,
un enroulement connecté à ladite source et au convertisseur de fréquence, cette bobine d'inductance étant agencée de manière à prélever de ladite source un courant qui s'ajoute à celui fourni par le transformateur et qui est envoyé à travers le convertisseur de fréquence dans les enroulements de ladite autre partie du moteur.
Un tel servo-dispo- sitif fournit une grande amplification de puissance du fait que la puissance nécessaire à l'entraînement du convertisseur de fréquence est limitée à de faibles pertes par frottement et ventilation. Dans ce serve- dispositif, le verrouillage du moteur et du conver tisseur est maintenu à toutes les vitesses supérieures ou inférieures à la vitesse naturelle synchrone du moteur, qui correspond à la fréquence de la source de courant alternatif polyphasé.
Le convertisseur de fréquence, entraîné indépen- damment, étant connecté en série entre les enroule ments secondaires du transformateur et les enroule ments de la partie du moteur qui n'est pas reliée à la source, par exemple du rotor, le moteur élec- trique est obligé de tourner de concert avec le con vertisseur de fréquence, lorsque le serve-dispositif est alimenté par la source de courant alternatif polyphasé.
L'invention a pour second objet une utilisation de ce servo-dispositif dans une machine à fabriquer le papier comprenant deux tels servo-dispositifs.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du servo-dispositif, objet de l'invention, et illustre également, à titre d'exem ple, une utilisation de la seconde forme d'exécution dans une machine à fabriquer le papier.
La fig. 1 est un schéma de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est un schéma d'une machine à fabri quer le papier comprenant la seconde forme d7exé- cution.
Dans la description qui suit, les mêmes chiffres sont utilisés pour indiquer des parties. identiques. Dans les deux formes d'exécution, des enroule ments de stator 1 d'un moteur asynchrone polyphasé à bagues sont reliés à une source de courant poly phasé 2. Les. enroulements de phase du stator sont connectés en étoile avec un point neutre commun et le courant pour un convertisseur de fréquence 4 est fourni par un transformateur polyphasé 12 à partir du courant des enroulements 1.
Le convertis seur de fréquence 4 comprend un induit bobiné 5, avec un collecteur 6 et des bagues 3, tournant d'ans, un stator 7 en fer feuilleté. Des balais, polyphasés 8 sur le collecteur 6 du convertisseur de fréquence 4 sont reliés à des bagues 9 du moteur qui comprend un rotor bobiné 10.
Le convertisseur de fréquence 4 est entraîné en rotation indépendamment par des moyens non représentés sur la fig. 1 et la fréquence du courant aux balais 8 du collecteur, c'est-à-dire la fréquence du courant fourni aux enroulements de rotor du moteur, est la différence entre la fréquence du courant fourni au convertisseur par la source de courant alternatif, par l'intermédiaire des, enrou lements de stator 1,
et la vitesse de rotation du convertisseur, si l'induit du convertisseur tourne en sens inverse du champ tournant produit par ce courant. Par conséquent, la vitesse du moteur dépend de la vitesse du convertisseur. A cette fréquence, le courant du rotor du moteur ne peut demeurer opposé au courant du stator que si la vitesse de rotation du rotor est égale à celle du convertisseur. Toute déviation des positions relatives provoque un puis sant couple de rappel dans le moteur.
Ainsi donc, une fois que le convertisseur et le rotor ont été synchronisés, par un moyen indiqué plus loin, le moteur continuera à suivre le convertisseur. La puissance nécessaire pour entraîner le convertisseur est faible et indépendante de la charge du moteur. Le facteur de puissance du moteur est sensiblement égal à l'unité, pour une grande étendue de charge. Cela est dû au fait que le rapport de transformation du transformateur est rendu égal au rapport du nom bre de spires des enroulements du moteur. Les ampères-tours du rotor sont donc égaux aux ampè res tours du stator.
La somme des vecteurs repré sentant ces ampères-tours doit être égale au vecteur des ampères-tours magnétisants déphasé, relativement faible. Il s'ensuit qu'à toutes les charges, excepté aux charges très faibles, le courant du moteur est pratiquement en phase avec la tension. Aux fortes charges, on peut obtenir un facteur de puissance maximum lorsque le moteur présente une f. é. m. à rotor bloqué légèrement supérieure à la force contre-électromotrice du stator.
Us enroulements primaires 13 du transforma teur 12 sont reliés en série avec les enroulements de stator du moteur et des prises médianes des enroulements secondaires 14 du transformateur sont reliées aux bagues 3 du convertisseur de fréquence 4. Avec cette disposition, on voit que le facteur de puissance peut être aisément ajusté en modifiant le rapport de transformation.
La caractéristique couple glissement du rotor d'un moteur dont le rotor est alimenté avec le cou rant provenant d'un convertisseur connecté en série seulement avec un transformateur tel que le trans formateur 12 est raide pour les fortes charges, mais assez plate aux faibles charges. Cette caractéristique peut être améliorée en fournissant un. courant supplé mentaire aux bagues. 3 du convertisseur de fréquence 4 et, par conséquent, au rotor 10 du moteur, à l'aide d'une bobine d'inductance polyphasée 15.
Cette bobine 15 soutire un courant sensiblement constant du circuit d'alimentation des enroulements de stator 1 et le transmet aux extrémités 16 des enroulements 14 du transformateur 12. Il en résulte un courant d'excitation supplémentaire injecté dans le rotor 10, par l'intermédiaire du convertisseur de fréquence 4. Le stator du moteur reçoit ainsi un courant en avance sur la tension qui compense le courant en retard sur la tension soutiré par la bobine d'inductance 15, de sorte que le facteur de puissance du moteur demeure approximativement égal à l'unité pour tou tes les charges..
De plus, la caractéristique couple/ glissement du rotor devient plus uniforme sur toute l'étendue de fonctionnement du moteur. Des résis tances 17 sont raccordées entre les bagues 3 du con- verti@sseur de fréquence 4 et servent à amortir les variations de phase du courant qui pourraient résul ter d'une modification subite de la charge du moteur.
Le moteur peut être d'une construction normale à bagues et le convertisseur de fréquence peut éga lement être d'une construction connue et comporter, par exemple., un induit avec collecteur et bagues, tournant dans un stator en fer feuilleté sans enroule ments, servant uniquement de circuit magnétique de retour du flux engendré par les courants dans l'induit. Dans une autre construction de convertisseur de fréquence, un, anneau de fer bobiné est encastré dans l'induit et remplace le stator de la construction men tionnée ci-dessus.
La seconde forme d'exécution est utilisée pour assurer l'entraînement des sections d'une machine à fabriquer le papier. Elle pourrait aussi être utilisée dans d'autres machines multi-sectionnelles où la relation entre les vitesses des différentes sections doit être réglable dans un large domaine, puis main tenue avec une grande précision. Une machine à deux moteurs est représentée à la fig. 2.
Chaque moteur 10, et 10a est accouplé, par l'intermédiaire de trains d'engrenages 21 et 21a, respectivement, à des sections 22 et 22a d'une machine à fabriquer le papier. La fig. 2 n'indique le schéma complet des circuits que pour un seul moteur, mais il est évi dent que le circuit de l'autre moteur est identique à celui du premier moteur. Les enroulements de rotor et dé stator de chaque moteur sont reliés com- me décrit précédemment et représenté à la fig. 1.
Chaque convertisseur de fréquence 4 est accouplé par un variateur de vitesse 23 à un arbre d'entrai- nement principal 24, entraîné lui-même par un moteur électrique 25 alimenté par un alternateur principal 26 constituant la source dé courant alter natif polyphasé 2. Avec cette disposition, le conver tisseur de fréquence 4 de chaque moteur peut tour ner à une vitesse déterminée qui dépend de la vitesse exigée pour chaque moteur.
La vitesse de l'ensemble de la machine à fabriquer le papier peut être com mandée en faisant simplement varier la fréquence et la tension de la source principale 2, sans affecter la relation déterminée entre les vitesses des diffé- rents moteurs entraînant les sections de la machine.
Chaque moteur démarre individuellement et fonctionne en moteur à induction normal jusqu'à ce que sa vitesse soit sensiblement celle à laquelle il doit fonctionner, après quoi il fonctionne comme un moteur à bagues commandé par le convertisseur de fréquence relié à son rotor. Pour faciliter le démarrage, chaque moteur est relié à un alternateur polyphasé auxiliaire 27 fournissant du courant à basse fréquence et à faible tension, mais variables, de manière que lorsque le moteur prend de la vitesse, la fréquence et la tension puissent être augmentées afin d'accélérer le moteur.
Le courant provenant de l'alternateur auxiliaire 27 est fourni directement aux enroulements: de stator 1 par un interrupteur 28. Lorsque le moteur fonctionne en moteur à induc tion normal, le courant induit dans son rotor est court-circuité par un interrupteur 29 connecté entre les bagues 3 du convertisseur de fréquence 4, tandis que la source principale de courant 2 alimentant les enroulements de stator 1 est déclenchée par un inter rupteur 30.
Un dispositif de synchronisation 31 commande l'accélération du moteur fonctionnant en moteur à induction normal, puis sa commutation de l'alterna teur auxiliaire 27 à la source principale 2. Ce dispo sitif de synchronisation 31 comprend un petit selsyn 32 dont le stator 33 est relié aux bornes de l'alter nateur auxiliaire 27 et dont le rotor 34 est relié aux enroulements secondaires 35 d'un transformateur triphasé 36, dont les enroulements primaires 37 (un seul étant représenté) sont reliés en série avec les bagues.
3 du convertisseur de fréquence 4. Durant le démarrage du moteur comme moteur à induction normal, la source de courant principale 2 est déclen chée par l'ouverture de l'interrupteur 30 et le cou rant induit dans le rotor du moteur est transmis par le convertisseur de fréquence 4 et le transformateur 36 au selsyn 32.
Le selsyn tourne ainsi à une vitesse qui correspond à la différence entre la fréquence de la source de courant auxiliaire alimentant les: enrou lements de stator et la fréquence du courant circu lant dans les bagues 3 du convertisseur 4, qui sont court-circuitées par l'interrupteur 29 fermé. En tour nant, le selsyn entraîne par un réducteur de vitesse à engrenages 38 un régulateur 39 qui commande la vitesse et, par conséquent, la puissance fournie par l'alternateur 27.
Ainsi donc, lorsque la vitesse du moteur augmente, la différence des deux fréquences en question diminue ce qui est ressenti par le selsyn qui commande le fonctionnement de l'alternateur auxiliaire 27. En conséquence, lorsque les fréquences sont devenues identiques, le selsyn cesse de tourner, de sorte que le courant fourni par l'alternateur 27 demeure constant.
Un bras 40 fixé à l'arbre du selsyn 32 sert à fermer un contact 41, chaque fois que le moteur et le convertisseur sont en relation de phase correcte. Le contact 41 est relié à un relais de transfert 42, qui n'a toutefois pas le temps d'agir et de se main tenir fermé tant que l'erreur de vitesse du rotor du moteur par rapport à la vitesse déterminée du con vertisseur de fréquence n'est pas suffisamment faible.
Lorsque cela est le cas, le relais de transfert 42 fonc tionne, ce qui provoque l'ouverture des interrupteurs 28 et 29, déclenchant ainsi l'alternateur auxiliaire 27 et supprimant le court-circuitage des bagues 3 du convertisseur 4, puis ferme l'interrupteur 30, de sorte que les enroulements de stator 1 du moteur sont reliés à la source principale 2 de courant alternatif polyphasé. Dans ces eünditions, le moteur fonctionne comme décrit ci-dessus.
Le moteur à bagues pourrait comporter un, rotor dont les: enroulements sont alimentés par la source de courant alternatif polyphasé et des enroulements de stator reliés aux balais du collecteur du conver tisseur, le moteur étant mis en marche et commandé comme décrit ci-dessus.