FR1459221A - Dispositif variateur de fréquence et de tension pour le contrôle du démarrage et du ralentissement des moteurs asynchrones - Google Patents

Description

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Dispositif variateur de fréquence et de tension pour le contrôle du démarrage et du ralentissement des moteurs asynchrones. L'augmentation constante de la complexité des machines et de leurs vitesses de fonctionnement impose de plus en plus fréquemment la nécessité de les démarrer de façon très progressive et même de réaliser des démarrages au cours desquels les accélérations peuvent être constamment contrôlées. C'est notamment le cas lorsque lesdites machines sont équipées de plusieurs moteurs dont les charges indépendantes ont des inerties différentes. De plus, il existe des machines pour lesquelles un contrôle analogue est utile au cours des ralentissements comme au cours des démarrages pour assurer une régularité de leur production au cours de ces périodes transitoires qui concernent souvent, surtout dans les commandes sectionnelles, des quantités non négligeables des produits en aeuvre.

Ce cas se présente dans de nombreuses machines-outils comportant des commandes section- nelles avec moteurs indépendants et plus spécialement dans celles qui sont utilisées en tréfilerie pour l'élaboration des fils et pour les travaux accessoires de câblerie (notamment guipage, tres- sage, toronnage).

On connaît les solutions électriques ou mécani- ques à vitesse variable qui permettent de satisfaire à ces conditions mais qui obligent à équiper les machines de moteurs spéciaux ou de variateurs et qui, dans le cas de commandes à fréquence variable, nécessitent l'emploi de groupes convertisseurs à fonctionnement permanent.

Le variateur de fréquence proposé avec son appareillage trouve sa raison d'être dans la nécessité de réaliser des démarrages et des ralentissements contrôlés pour des machines qui, pour des raisons techniques ou économiques sont équipées avec des moteurs asynchrones à rotor en court-circuit alimentés directement par le réseau. On sait que les moteurs d'usage général utilisés dans ce cas ont des caractéristiques de démarrage qui les ren- dent peu aptes à ce genre de contrôle et que d'autre part ils ne comportent en eux-mêmes aucun moyen efficace de contrôle des ralentissements.

La présente invention permet de réaliser aisément ces démarrages et ces ralentissements contrôlés. Elle concerne un dispositif variateur de fréquence et de tension constitué par une génératrice asynchrone dont le stator ou inducteur et le rotor, ou induit, sont à bobinages polyphasés, et dont le rotor est équipé de bagues collectrices et accouplé avec un dispositif de freinage, l'inducteur de la génératrice étant alimenté par le réseau, et son induit pouvant être connecté sur une résistance de démarrage ou sur le ou les moteurs à contrôler, pour en assurer l'alimentation durant le temps de contrôle, en remplacement du réseau, tandis que des moyens sont prévus pour faire varier le couple résistant du dispositif de freinage, d'une valeur nulle à une valeur correspondant sensiblement au couple nominal de la génératrice et inversement, suivant qu'il s'agit de la phase de démarrage ou de ralentissement du ou des moteurs contrôlés.

Lorsque l'induit de la génératrice est connecté sur la résistance de démarrage, son inducteur étant alimenté par le réseau, elle démarre comme un moteur à vide et atteint une vitesse voisine du synchronisme. Le glissement étant alors presque nul, la tension et la fréquence du courant induit sont faibles et conviennent au démarrage des moteurs à contrôler. Il suffit donc de connecter l'induit sur le ou sur les moteurs à contrôler.

Par augmentation du couple résistant du dispositif de freinage, il est possible d'amener le glissement de la génératrice au voisinage de 1, de telle sorte que la tension et la fréquence du courant induit atteignent alors une valeur voisine de celle du réseau, afin que le ou les moteurs contrôlés

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puissent être déconnectés de l'induit.de la géné- trice et connectés au réseau.

L'opération inverse est effectuée pour le ralentissement contrôlé des moteurs.

Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention, le dispositif de freinage est constitué par un frein à courant de Foucault dont l'inducteur est alimenté en courant continu à partir du réseau, par l'intermédiaire d'un redresseur et d'un organe de réglage permettant de faire varier l'excitation de l'inducteur.

Ainsi la faible puissance nécessaire à l'excitation du frein permet de régler facilement, à tout instant, le couple de freinage appliqué à la génératrice pour réaliser le glissement convenable de cette dernière.

La commande de l'organe de réglage peut être réalisée manuellement ou automatiquement, à partir d'un dispositif à programme ou d'un équipement de régulation.

Indépendamment des organes classiques nécessaires à la protection et à la liaison au réseau l'appareillage comporte un commutateur généralement constitué par une armoire de contacteurs qui permet de connecter une résistance de valeur appropriée aux bornes du secondaire de la génératrice et de connecter les moteurs à contrôler soit sur le secondaire de la génératrice soit directement sur le réseau.

Cet équipement n'a à intervenir qu'au cours des périodes transitoires; les machines étant normalement soit à l'arrêt soit alimentées directement par le réseau.

Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, ce dispositif est rendu mobile et de ce fait, il peut assurer le service d'un certain nombre de machines, nombre d'autant plus im- portant que les arrêts de ces dernières sont moins fréquents.

De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé dont l'unique figure représente une forme d'exécution de ce dispositif variateur de fréquence et de tension.

Dans ce dessin 1 représente le stator ou mauc- teur de la génératrice, 2 le rotor ou induit, 3 le collecteur à bague. L'arbre de cette génératrice entraîne l'induit 4 du frein à courant de Foucault dont l'inducteur 5-est alimenté en courant continu par le redresseur 6 alimenté lui-même par le réseau 11.

La faible puissance nécessaire à l'excitation du frein permet de régler facilement, à tout instant, le couple de freinage appliqué à la génératrice pour réaliser le glissement convenable; à cet effet un organe de réglage 7 est inséré entre le frein à courant de FoucauIt et le redresseur 6, il peut être commandé soit manuellement soit automatiquement.

Indépendamment des organes nécessaires à la protection et à la liaison au réseau, le dispositif comporte un commutateur 8 constitué par une armoire de contacteur permettant de connecter une résistance 9 de valeur déterminée, aux bornes du secondaire de la génératrice pour assurer le démarrage de cette dernière, et de connecter les moteurs 10 soit sur le secondaire de la génératrice lorsqu'elle a démarré, soit sur le réseau lorsque ces moteurs 10 ont -atteint leur vitesse nominale.

Les conditions de fonctionnement qui peuvent être adaptées à un grand nombre de cas particuliers sont, en principe les suivantes dans le cas du démarrage L'excitation du frein électrique étant annulée, la génératrice a son primaire couplé sur le réseau et son secondaire connecté à la résistance 9. Elle démarre comme un moteur à vide et atteint une vitesse voisine de la vitesse de synchronisme. On dispose alors au collecteur 3 de la faible tension secondaire et de la faible fréquence correspondant au glissement.

Au moyen du commutateur 8, cette tension est appliquée aux moteurs 10 tandis que la résistance 9 est déconnectée.

En agissant sur l'organe de réglage 7, l'inducteur 5 du frein électrique est excité de façon à augmenter progressivement, comme il convient, le glissement de la génératrice pour le porter à une valeur voisine de 1, correspondant au maximum de freinage et à une vitesse très faible de son rotor 2. La fréquence secondaire est alors voisine de celle du réseau et la tension, qui a elle- même augmenté proportionnellement à la fréquence, atteint la valeur nominale de la génératrice qui correspond à la tension d'alimentation des moteurs 10.

Au moyen du commutateur 8 les moteurs 10 sont alors déconnectés de la génératrice et couplés directement au réseau. L'opération de démarrage contrôlé est ainsi terminée et le variateur de fréquence demeure disponible pour une opération ultérieure.

Le contrôle du ralentissement s'obtient en in- versant les opérations.

L'inducteur 5 du frein électrique étant excité au maximum le primaire de la génératrice est couplé au réseau. La fréquence et la tension aux bornes du secondaire de la génératrice étant très voisines de celles du réseau, les moteurs 10 sont commutés du réseau sur les bagues collectrices 3 de la génératrice. L'excitation de l'inducteur 5 du frein électrique étant diminuée progressivement par l'organe de réglage 7, il se produit une diminution progressive de la tension et de la fréquence d'alimentation des moteurs 10 qui restent solidaires de cette alimentation jusqu'à l'arrêt réalisé lorsque le frein est complètement désexcité.

Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution, de ce dispositif variateur de fréquence et de tension, qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif;

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elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation, c'est ainsi que, notamment le rotor de la génératrice peut être utilisé comme inducteur et son stator comme induit.

Claims (1)

1. RÉSUMÉ 1 Dispositif variateur de fréquence et de tension pour le contrôle du démarrage et du ralentissement des moteurs asynchrones caractérisé en ce qu'il est constitué par une génératrice asynchrone dont le stator, ou inducteur, et le rotor, ou induit, sont à bobinages polyphasés, et dont le rotor équipé de bagues collectrices est accouplé avec un dispositif de freinage, l'inducteur de la génératrice étant alimenté par le réseau et son induit pouvant être connecté sur une résistance de démarrage ou sur le ou les moteurs à contrôler, pour en assurer l'alimentation durant le temps de contrôle, en remplacement du réseau tandis que des moyens sont prévus pour faire varier le couple résistant du dispositif de Trei- nage, d'une valeur nulle à une valeur correspondant sensiblement au couple nominal de la génératrice et inversement, suivant qu'il s'agit de la phase de démarrage ou de ralentissement du ou des moteurs contrôlés. 2 Dispositif variateur de fréquence et de ten- sion peur le contrôle du démarrage et du ralentissement des moteurs asynchrones, tel que spécifié en 1 , caractérisé en outre, par les points suivants pris ensemble ou séparément a. Le dispositif de freinage est constitué par un frein à courant de Foucault dont l'inducteur est alimenté en courant continu à partir du réseau, par l'intermédiaire d'un redresseur et d'un organe de réglage permettant de faire varier l'excitation de l'inducteur; b. La commande de l'organe de réglage peut être réalisée manuellement ou automatiquement, à partir d'un dispositif à programme ou d'un équipement de régulation; c. Ce dispositif est rendu mobile, et de ce fait il peut assurer le service d'un certain nombre de machines, nombre d'autant plus important que les arrêts de ces dernières sont moins fréquents. 3 A titre de produit industriel nouveau tout dispositif variateur de fréquence et de tension, tel que spécifié en 1 ou en 2 , ou comportant application totale ou partielle de semblables dispositions.