Brevet FR2037164A1 — publié le 19701231

L'invention concerne un circuit pour l'excitation de l'enroulement de la roue polaire d'une génératrice synchrone entraînée à vitesse variable, destinée plus spécialement aux convertisseurs pour l'alimentation de moteurs asynchrones réglables. Un moteur asynchrone d'assez grande puissance, qui entratne, par exemple, une pompe d'alimentation d'une chaudière, nécessite, pour le réglage de la vitesse ou du couple, une alimentation à tension et fréquence variables, qui est fournie par une génératriee synchrone entratnée à vitesse variable, pour autant que des raisons économiques font renoncer à un convertisseur de fréquence statique. Un autre moteur asynchrone , par exemple, entraîne la génératrice synchrone, et la vitesse de celle-ci est réglée au moyen d'une transmission intermédiaire, par exemple une transmission hydraulique. L'excitation de la génératrice synchrone peut être effectuée de façon connue par une excit-atrice couplée avec la génératrice synchrone Dans cette disposition, il est aussi généralement connu de prévoir pour ltexcitation, des machines ayant un enroulement inducteur fixe et un enroulement triphasé, tournant, cet enroulement triphasé alimentant, par l'intermédiaire de redresseurs entratnds également en rotation, l'enroulement de la roue polaire de la génératrice synchrone. On connait, d'autre part, d'une manière générale des excitatrices asynchrones . La puissance à fournir par l'excitatrice est une fonction du couple nécessaire au moteur asynchrone à alimenter, qui, par exemple, entraîne une pompe d'alimentation de chaudière. Si le couple depend de la vitesse la tension à fournir par la géneratrice synchrone au moteur asynchrone croît avec la fréquence. Cela nécessite un courant d'excitation croissant avec-la fréquence nécessaire. Si l'excitatrice est étudiée pour avoir une telle caractéristique, il existe, pour les valeurs les plus basses de la plage de réglage de vitesse, la nécessité que le courant d'excitation soit suffisant.En supposant, par exemple, pour la valeur minimale de la plage de réglage de vitesse, 10 7 de la vitesse du point le plus Qievé du réglage, et en admettant que dans le cas le plus favo- rable, la moitie du courant d'excitation nominal suffise ou doit avoir, pour la valeur maximale de la plage de réglage de vitesse, un courant d'excitation égal à cinq fois. le courant nominal, mis à la disposition de la génératrice synchrone. De ce fait, la machine d'excitation est, d'une façon habituelle fortement surdimensionnée, ce qui entraîne un renchérissement considerable de l'installation. L'invention se propose de remédier à cet inconvénient. Pour l'excitation de l'enroulement de la roue polaire d'une génératriee synchrone du genre décrit, on propose, suivant l'invention, de disposer sur le méme arbre que la génératrice synchrone une machine asynchrone dont les courants rotoriques sont transmis à l'enroulement de la roue polaire par des redresseurs entraînés en rotation, et de faire assurer per la machine asynchrone, seulement au moyen du choix du nombre de piles de cette machine, sans réglage de la tension primaire, l'excitation nécessaire à la génératrice synchrone dans -toute plage de réglage de vitesse. Cette disposition suivant l'invention fait qu'il n'est plus nécessaire de régler le courant d'excitation de la génératrice synchrone en -fonction de la fréquence de la tension à fournir : la tension induite dans le rotor de la machine asynchrone, qui est utilisée comme tension d'excitation, et qui est proportionnelle au courant d'excitation, dépend linéairement de la vitesse du rotor. Suivant le nombre de piles de la machine asynchrone choisi, la courbe caractéristique de la tension induite est plus ou moins inclinée A l'état stationnaire de la machine asynchrone alimentée par le stator, une certaine tension est induite par le champ tournant.Si le rotor, suivant l'arrangement prévu par l'invention, est disposé sur le meme arbre que la géné- ratrice synchrone et tourne en sens inverse du champ tournant, la tension induite croit avec la vitesse. Si l'on choisit, suivant l'invention, un nombre de piles donnant l'inclinaison voulue de la ligne caractéristique, il sera induit, dans le rotor de la machine asynchrone, la tension correspondant à la vitesse pour une fréquence donnée nécessaire à la génératrice synchrone. Comme un courant déterminé, proportionnel a la tension Induite, est transmis par les redresseurs à la génératrice synchrone, le courant d'excitation nécessaire pour la vitesse considérée se fixera de lui-même du fait de la vitesse de la n- chine. Lorsque le moteur asynchrone alimenté par la génératrice synchrone, doit vaincre un grands couple de décollage, ce qui est le plus souvent le cas, la génératrice synchrone ne peut pas fournir une tension suffisamment élevée pour le démarrage. Le moteur asynchrone exige pour le démarrage un courant réactif élevé, de sorte que la tension de la génératrice baisse fortement, c'est-à-dire que la génératrice synchrone ne peut pas faire démarrer le moteur asynchrone. Ainsi itest nécessaire, que la génératrice synchrone fournisse une tension plus élevée jusqu'à ce que le processus de démarrage soit terminé. C'est pourquoi, suivant une autrecaractéristique de-l'invention, on propose de prévoir un commutateur appliquant, pour le processus de démarrage, à l'enroulement d'excitation de la machine asynchrone (excitant la génératrice synchrone), une tension plus élevée que pendant la marche normale. Comme on ne peut pas faire directement une insertion dans l'excitation de la génératrice synchrone, on obtient l'augmentation nécessaire de la tension de la génératrice en augmentant I'excitation de l'excitatrice En marche de @ervica, on doit @@v@ni@ à la tension d'@@@itation @uffi@ent@ pour la march@ normale.A @@tt@ fin, suivant un@ auf@@ @@@@téritione de l'in @@tion on prévoit un r@lai@ @@@@ une bobin@ a@itionn@ll@ @n @@i@, qui @@ alimenté par la ten ien ar@@@i@ par la @énérat@i@@ @@@@@en, @@ui a@tienn le @ommutateur aorè@ le émarra@@ Le courant pa@ ant par la bot@@@@ @@@@ur tionn@l au rapport de la ten@iou @@ la géuéralti@@ à la @@é@u@nce. D'autre part, le rapport de la tension nominale de la génératris@ à la frécuence nomi- nale est une m@@ur@ de @lu@ nominal lans @@ moteur a@@nchren@ alim@nté par la génératrice @ynchrone. Si le t@lais est réglé sur l@ rapport de la @ension nominale de la génératri@@ à la Fréquence nominale, la relai@ actionne le com mutateur pour autant que le courant dans la bobine correspond i ce rapport @@ qu'ainsi le cas de marche de service se présente.Alors, la machine asyn chrone @@citatricé recoit seulement TFQ=-citation nominal, Pt le fonctionnement normal est établi. Le relai@ peut aussi être utilisé pour le cas où, nendant la ma@che, le mo teur asynchrone alimenté par la génératrice synchrone glf@@@ fortement. Alor@ la teneion de la génératrice tombe, et le rapport nominal n'est plu@ donné au relais, ce qui fait passer le commutateur sur une tension d'excitation plus élevée. grace à cette tensior plu@ él@vé@, la génératrice synchrone peut à nouveau faire marcher le moteur asynchrone Un @@emple d'exécution de l'invention va être décrit en se référant aun figures schématiques ci-jointes. La Fig. 1 montre le principe du circuit d'excitation suivant l'invention. Le moteur asynchrone 4 entraîne le dispositif 5, par exemple une pompe d'alimenta- tion de chaudière. il faut que ce moteur 4 fournisse un couple oui soit fonc tion de la vitesse conformément à la courbe caractéristique du di-positif 5. Cela est réalisé en alimentant le moteur asynchrone 4 par une tension variable, de fréquence variable, produite par une génératrice synchrone 3. Celle-ci ; de son côté, @tt entraînée par In moteur asynchrone 1 alimenté par le réseau, par l'intermédiaire d'une transmission 2, par exemple une transmission hydrau- lieue, pour fier la vitesse d'après la fréquence voulue. L'én@rgie d'@@citation de la génératric@ gynchrone 3 @@@ produite, suivant l'invention, par une machine acynchrone 3 montée sur le même arbre 9. La ma chin@ arynchrone 8 r@liée au réseau du côté primai@e alimente par @es courants retori ues, en passant l'intermédiaire des redresseurs 6 entraînés en rotation, l'enroulement de la roue polaire d@ la génératriel @@nchrone 3. La Fig. 2 montre la consommation de courant diexcitation I@ de la génératrice synchrone 3 en fonction de la frénuence nécessaire, pour le cas d'un couple du moteur asynchrone 4 dépendant de la vitesse suivant une droite qui monte avec la fréquence. Sur la Fig. 3, on a représenté un faisceau de courbes caractéristieues @où le paramètre est 1 nombre de pales P) cui représentent la tension induite Ue dans le fotor d'une machine asynchrone mise sous tension @spécialement, suivant l'invention, de la machine asynchrone 8), en fonetion du nombre de tours n du rotor entraîné. Pour le nombre de tour 0, une certaine valeur de la tension est induite. La rotation du rot or en sens contraire du champ tournant du stator (valeurs positives du nombre de tours), fait monter la tension induite dans le rotor li nrairement avec le nombre de tours, et la courbe représentative prend l'allure indicuée par la Fig. 2, nui montre le courant d'excitation nécessaire I en e fonction de la fréquence ou du nombre de tours. Commet suivant l'invention, le rotor de la machine asynchrone 8 est entrat- né par l'arbre commun 9 avec le nombre de tours désiré n de la génératrice synchrone 3 > il est induit dans la machine asynchrone une tension correspondante U dont la caractéristioue représentée sur la Fig. 3 monte avec le nombre de e tours. Cette tension est proportionnelle au courant d'excitation Ie, qui est transmis du rotor 7 de la machine asynchrone 8 > par les redresseurs 6, à l'enroulement de la roue polaire du générateur synchrone 3. Ainsi, un réglage du courant d'e.citation est superflu, car on transmet de la machine asynchrone 8 à la génératrice synchrone 3, un courant d'excitation linéairement proportionnel à la vitesse fi-ée par la transmission 2. Puisque la pente de la caractéristi@ue de la tension induite dans le rotor 7 de la machine asynchrone 8, dépend du nombre de pâles de la machine asynchrone 8, on peut, suivant l'invention, uniquement par le choix du nombre de pales correspondant à la caractéristique du courant d'excitation nécessaire, obtenir de manière store l'excitation exigée par la génératrice synchrone 3. Pour le démarrage, la pleine tension du transformateur Il est appliquée à l'enroulement statorique de la machine asynchrone 8, par le commutateur 10, de sorte que la génératrice synchrone 3 est excitée plus fortement que dans le cas d'utilisation normale, et, par conséquent, donne une tension plus élevée. Lorsque les conditions d'utilisation normales sont atteintes, le commutateur 10 est actionné par un relais (non représenté) qui est branché, avec une bobine additonnelle en série, sur la tension aux bornes de la génératrice synchrone 3. Ainsi, l'enroulement statorique de la machine asynchrone 8 est soumis à la tension partielle du transçormateur 11, prévue pour le fonctionnement normal. L'invention présente l'avantage, on plus de la disparition du réglage du courant d'excitation de la génératrice synchrone à nombre de tours variable, d'éviter le grand surdimensionnement de l'excitatrice. L'ensemble de l'installation peut alors être exécuté à un prîr bien plus favorable. Revendications 1.- Circuit d'excitation de l'enroulement de la roue polaire d'une génératrice synchrone entraînée à vitesse variable, en particulier dans les convertisseurs pour l'alimentation de moteurs asynchrones réglables, caractérisé en ce l'on dispose sur le meme arbre que la génératrice synchrone une machine asynchrone dont les courants rotoriques sont transmis à l'enroulement de la roue polaire par l'intermédiaire de redresseurs entraînés aussi en rotation, et en ce que l'excitation nécessaire à la génératrice synchrone dans toute la plage de réglage de vitesse est assurée par la machine asynchrone seulement au -moyen du choix du nombre de piles de cette machine, sans réglage de la tension primaire. 2.- Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit un conrutateur pour appliquer à l'enroulement d'excitation de la machine asynchrone, pendant le démarrage, une tension plus élevée qu'en fonctionnement normal. 3.- Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un relais monté en série avec une bobine est alimenté par la tension produite par Ia génératrice synchrone, et actionne le commutateur après le démarrage.