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La présente invention procure un-moyen de compensation de 1' angle de déplacement d'arbres électriques permettant de réduire cet angle à une très faible valeur ou à une valeur nulle, dans les limites du fonctionnement en charge stable de l'instal- lation.
On entend par arbre électrique, un montage de machines électriques permettant, dans des limites de charge déterminées, la marche en synerronisme de deux ou de plusieurs .moteurs, sans ace -.piègent mécanique entre ceux-ci.
Durant le fonctionnement en orgge, un angle de déplacement ou de décalage déterminé s'é= tall entre la. génératrice et le moteur de l'arbre électrique, essaement entre l'extrémité motrice et l'extrémité en-
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traînée d'un arbre mécanique, pour de nombreux genres de transmissions, par exemple les' diverses transmissions de machines outils, on exige un angle de déplacement tellement réduit que, pour s'y conformer, les machines constituant l'arbre électrique doivent être fortement surdimenstionnées, ou bien on doit disposer de moyens spéciaux pour compenser l'angle de déplacement.
Il a déjà été proposé de compenser l'angle de déplacement à l'aide d'une rotation mécanique du stator dont l'importance est fonction de la charge. Cependant la lenteur de ce moyen et le volume des masses à déplacer rendent'ce moyen de compensation rarement applicable et inutilisable dans le cas de variations de charge rapides. L'utilisation en série des moteurs est rendue plus difficile par le montage rotatif du stator.
Un sait 'autre part Que., dans le'cas particulier d'un a.rbre électrique grâce auquel le secondaire de chaque moteur asynchrone est alimenté par l'intermédiaire d'un commutateur de fréquence, qu'en déplaçant les balais du commutateur de fréquence, il est.possible d'obtenir une marche synchrone des différents moteurs asynchrones avec un même angle de déplacement. Ce genre de compensation entraîne cependant des frais élevés et présente, en outre, le défaut que les masses à déplacer ne peuvent l'être qu'avec une lenteur exagérée.
L'étude de la répartition des courants dans l'arbre électrique par circuit équivalent montre qu'au point de vue de la répartition des courants il est indifférent que les rotors des deux machines de l'arbre électrique fassent un angle électrique entre eux ou que cet angle se présente entre les vecteurs des tensions primaires. La présente invention est¯basée sur cette constatation.
Il est prévu suivant 1-'invention de compenser l'angle de déplacement des arbres électriques en appliquant des composantes de ténsions additionnelles fonctions de la charge aux circuits primaires, ces composantes faisant un angle de préférence de 90 avec les vecteurs de la tension réseau prévue
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et étant appliquées de telle façon que la modification encourue par le rotor sous l'effet de la charge soit compensée par une rotation des tensions primaires, au point de réduire l'angle de déplacement à une valeur très faible ou nulle dans les limites du fonctionnement en charge stable de l'installation.
L'invention prévoit en outre de prendre les tensions additionnelles à un transformateur alimenté en courant primaire du réseau par l'inter médiaire de dispositifs de réglage, par exemple des transducteurs Les tensions' additionnelles sont rendues dépendantes de la charge en envoyant les courants de rotor présents durant la charge ou la différence vectorielle des courants primaires de la machine de l'arbre électrique par l'intermédiaire d'un transformateur et de redresseurs au transducteur, où ce courant joue le rôle de courant de commande.
Il est utile de prévoir la rotation des vecteurs des tensions primaires des deux machines, de l'arbre électrique.
L'invention se caractérise en ce que les enroulements secondaires du transformateur sont mis en opposition, une extrémité d'enrou-, lement étant reliée au moteur de l'arbre électrique, l'autre extrémité à la génératrice de l'arbre électrique, et la prise intermédiaire est choisie de façon que la différence vectorielle entre les ampères-tours des deux parties d'enroulement soit minimum pour une position de charge déterminée des machines de l'arbre électrique.- @
Une forme d'exécution de l'invention est décrite ciaprès avec référence aux figuras 1 à 3 des dessins annexés. La figure 1 représente le dispositif de montage pour la compensation de l'angle de déplacement d'un arbre électrique.
Le moteur de commande porte la référence Al, la charge porte la, référence B2 et W1 et W2 désignent les machines de l'arbre électrique. Les tensions additionnelles nécessaires à la compensation de l'angle de déplacement proviennent du transformateur auxiliaire monté
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@ en opposition, et dont le primaire est relié aux tensions de réseau déphasées de 90 . Il s'ensuit que, dans le secondaire du transformateur auxiliaire, des tensions apparaissent qui, à pleine charge, sont déphasées d'environ 90 . Le réglage des tensions additionnelles se fait à l'aide des résistances varia- bles du transducteur série qui font dépendre les tensions pri- maires du trans formateur auxiliaire de la charge.
La commande du transducteur dépend des courants de rotor présents durant la charge. Le'transformateur de courant connecté dans le circuit des rotors applique, au redresseur de commande alimenté en tri- phasé, une tension proportionnelle à l'angle de déplacement.
La tension continue de commande ainsi obtenue est appliquée aux enroulements de commande du transducteur triphasé. La valeur des résistances en courant.alternatif du transducteur varie en fonction de l'importance du courant continu de commande qui la traverse. Il va de soi qu'il est aussi possible d'utiliser des dispositifs de réglage électroniques. On peut obtenir ainsi des constantes de temps de réglage très réduites, mais ce procédé entraîne une fragilité mécanique plus grande et une durée de vie plus courte. Pour empêcher les auto-oscillations dans l'arbre électrique, on prévoit un dispositif d'amortissement sous forme d'un circuit RC entre les redresseurs de commande et le trans- ducteur.
Si le raccordement des enroulements primaires au réseau est tel que l'arbre électrique tourne en sens opposé du. champ tournant, il y a compensation de l'ange de déplacement si les tensions primaires sont décalées dans le sens opposé au champ @ tournant pour le. génératrice, dans le sens du champ tournant pour le moteur de l'arbre électrique. Les figures 2 et. 3 montrent le décalage des vecteurs de tension primaire. Les indications données sont valables dans le cas ou les enroulements primaires sont connectés en étoile.
Dans le cas de connexions en triangle,
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les mêmes renseignements sont valables si les vecteursde tenbion sont prévus pour un neutre artificiel. Quand les ten- sions aux bornes des machines de l'arbre électrique deviennent un peu plus grandes que les tensions triphasées du réseau, la rigid.itc à la torsion de l'arbre s'en trouve augmentée. Les vecteurs des tensions additionnelles ne doivent pas être calculés avec une exactitude telle que les tensions aux bornes soient égales aux tensions réseau.
Le montage représenté à la figure 1 ne convient que pour les cas où le sens de transmission est déterminé . Dans le cas d'a.rbres électriques à sens de transmission alternatif, il faut prévoir un dispositif connu supplémentaire qui inverse le sens des tensions additionnelles quand le sens de transmission s'inverse.
REVENDICATIONS
1. montage pour la compensation de l'angle de dépla- cement d'arbres électriques basé sur la rotation momentanée des tensions primaires de la'génératrice et du'moteur d'un arbre électrique, caractérisé en ce que des composantes de tension addi- tionnelles fonctions de la charge et faisant un angle de préfé- rence de 90 avec les vecteurs de la tension réseau prévue, sont appliquées aux circuits primaires de telle façon que la modification de la position relative des rotors provoquée par la charge soit compensée par une rotation des enroulements primaires des machines de l'arbre électrique.
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The present invention provides a means of compensating for the angle of displacement of electric shafts making it possible to reduce this angle to a very small value or to a zero value, within the limits of the stable load operation of the installation.
The term “electric shaft” is understood to mean an assembly of electric machines allowing, within determined load limits, the operation in synerronism of two or more .motors, without ace -.piègent mechanical between them.
During operation in orgge, a determined displacement or offset angle is between the. generator and the electric shaft motor, essaement between the driving end and the end in-
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drag of a mechanical shaft, for many kinds of transmissions, for example the various transmissions of machine tools, an angle of displacement is required so small that, in order to comply with it, the machines constituting the electric shaft must be strongly oversized, or special means must be available to compensate for the displacement angle.
It has already been proposed to compensate for the displacement angle using a mechanical rotation of the stator, the size of which depends on the load. However, the slowness of this means and the volume of the masses to be moved make this means of compensation rarely applicable and unusable in the case of rapid load variations. The serial use of the motors is made more difficult by the rotary mounting of the stator.
Someone else knows that, in the particular case of an electric shaft through which the secondary of each asynchronous motor is supplied through a frequency switch, that by moving the brushes of the switch from frequency, it is possible to obtain synchronous operation of the various asynchronous motors with the same displacement angle. However, this type of compensation entails high costs and presents, moreover, the defect that the masses to be moved can only be moved with exaggerated slowness.
The study of the distribution of the currents in the electric shaft by equivalent circuit shows that from the point of view of the distribution of the currents it is immaterial whether the rotors of the two machines of the electric shaft form an electrical angle between them or that this angle occurs between the vectors of the primary voltages. The present invention is based on this finding.
According to the invention, it is planned to compensate for the angle of displacement of the electric shafts by applying additional voltage components which are functions of the load to the primary circuits, these components making an angle of preferably 90 with the vectors of the planned mains voltage.
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and being applied in such a way that the modification incurred by the rotor under the effect of the load is compensated by a rotation of the primary voltages, to the point of reducing the angle of displacement to a very small or zero value within the operating limits in stable charge of the installation.
The invention further provides for taking the additional voltages from a transformer supplied with primary current from the network by means of adjustment devices, for example transducers. The additional voltages are made dependent on the load by sending the rotor currents. present during the load or the vector difference of the primary currents of the machine from the electric shaft through a transformer and rectifiers to the transducer, where this current acts as the control current.
It is useful to provide for the rotation of the vectors of the primary voltages of the two machines, of the electric shaft.
The invention is characterized in that the secondary windings of the transformer are placed in opposition, one end of the winding being connected to the motor of the electric shaft, the other end to the generator of the electric shaft, and the intermediate tap is chosen so that the vector difference between the ampere-turns of the two winding parts is minimum for a determined load position of the machines of the electric shaft.
One embodiment of the invention is described below with reference to Figures 1 to 3 of the accompanying drawings. Figure 1 shows the mounting device for compensation of the displacement angle of an electric shaft.
The control motor bears the reference Al, the load bears the, reference B2 and W1 and W2 designate the machines of the electric shaft. The additional voltages required to compensate for the displacement angle come from the mounted auxiliary transformer
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@ in opposition, and whose primary is connected to the network voltages out of phase by 90. It follows that in the secondary of the auxiliary transformer voltages appear which, at full load, are out of phase by about 90. The additional voltages are adjusted using the variable resistors of the series transducer which make the primary voltages of the auxiliary transformer depend on the load.
The transducer drive is dependent on the rotor currents present during charging. The current transformer connected in the rotor circuit applies a voltage proportional to the displacement angle to the control rectifier supplied in three phases.
The DC control voltage thus obtained is applied to the control windings of the three-phase transducer. The value of the AC resistances of the transducer varies according to the magnitude of the direct control current flowing through it. It goes without saying that it is also possible to use electronic adjustment devices. Very small adjustment time constants can thus be obtained, but this process results in greater mechanical fragility and a shorter service life. To prevent self-oscillations in the electric shaft, a damping device in the form of an RC circuit is provided between the control rectifiers and the transducer.
If the connection of the primary windings to the network is such that the electric shaft turns in the opposite direction of. rotating field, there is compensation of the displacement angel if the primary voltages are shifted in the direction opposite to the rotating field for the. generator, in the direction of the rotating field for the electric shaft motor. Figures 2 and. 3 show the offset of the primary voltage vectors. The indications given are valid if the primary windings are connected in star.
In the case of delta connections,
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the same information is valid if the tenbion vectors are intended for an artificial neutral. When the voltages at the terminals of the machines of the electric shaft become a little greater than the three-phase voltages of the network, the torsional rigidity of the shaft is increased. The vectors of the additional voltages should not be calculated with such accuracy that the terminal voltages are equal to the line voltages.
The assembly shown in Figure 1 is only suitable for cases where the direction of transmission is determined. In the case of electric a.rbres AC transmission direction, it is necessary to provide an additional known device which reverses the direction of the additional voltages when the direction of transmission is reversed.
CLAIMS
1. arrangement for compensation of the angle of displacement of electric shafts based on the momentary rotation of the primary voltages of the generator and the motor of an electric shaft, characterized in that additional voltage components tional functions of the load and preferably making an angle of 90 with the vectors of the expected mains voltage, are applied to the primary circuits in such a way that the modification of the relative position of the rotors caused by the load is compensated by a rotation of the primary windings of the electric shaft machines.