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Il est connu que la valeur admise pour l'angle de dé- .placement du rotor en charge joue un rôle prépondérant dans le choix de la puissance des machines dont un arbre électrique se compose. Pour des angles extrêmement petits (angle limite zéro), les machines doivent être surdimensionnées à un point tel que le rapport entre le couple à transmettre et la limite d'échauffement des machines ne puisse pas atteindre une valeur économiquement admissible. En outre, des considérations de construction relatives aux machines à marche en synchronisme par dispositif électrique exigent, pour les machines dont l'arbre électrique se compose, des dimensions d'encombrement limitées. On cherche donc à compen- ser l'angle de déplacement, par des moyens mécaniques ou électri- ques.
Les solutions mécaniques présentent l'inconvénient que le stator doit être monté comme un pendule, de façon à pouvoir faire tourner celui-ci autour de son axe en fonction de la valeur
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instantanée de l'angle de déplacement. A cause des inerties im- pliquées, la constante de temps de réglage prend de grandes va- leurs qui limitent un rattrapage de l'angle dans de fortes pro- portions. Les dispositifs électriques de compensation de l'angle de déplacement présentent, au contraire,1'avantage de permettre l'utilisation de machines normales qui offrent donc moins de chances de défectuosité.
La compensation électrique.de l'angle de déplace- ment est obtenue par application, aux deux stators de l'arbre électrique, de tensions décalées de la valeur de l'angle élec- trique de déplacement (compensation de l'angle de déplacement par composantes de tension tangentielles). Un montage électrique de ce genre présente des moyens de réglage très intéressants dans toute la gamme des charges jusqu'à la marche à vide du moteur de l'arbre électrique, mais cette solution fait appel à un nombre élevé d'éléments de commutation.
Suivant l'invention, le même but est atteint par des moyens plus simples, en se basant sur le fait que la rigidité à la torsion ou rigidité angulaire des arbres électriques dépend du carré de la tension appliquée. La rigidité angulaire e est donnée par le rapport entre l'accroissement du moment de torsion et la variation consécutive de l'angle de déplacement. La pré- sente invention est caractérisée en ce que l'angle de déplacement apparaissant entre la génératrice et le moteur de l'arbre élec- trique est maintenu à une valeur constante, par le fait que la rigidité angulaire de l'arbre électrique est adaptée, par varia- tion des tensions de stator, à la charge de l'arbre. Dans sa forme la plus simple, l'invention utilise à cet effet une self réglable. Les dessins annexés représentent une forme d'exécution de l'invention.
La génératrice et le moteur de l'arbre électrique sont reliés au réseau par une résistance réglable dont la valeur peut être influencée par des moyens électriques ou mécani- ques. Dans le cas d'une rotation opposée au champ tournant, on applique à la génératrice de l'arbre électrique un moment MdG
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et on prélève au moteur de l'arbre électrique un moment MdM.
Ce moment se compose d'un couple initial pratiquement constant MdV et d'un couple utile Md. L'invention prévoit d'utiliser comme couple initial pour l'arbre électrique, le couple à vide de la machine-outil accouplée.
Quand le moteur tourne à vide (Md=o), le couple initial MdV décale l'arbre électrique de l'angle de déplacement a qui, par diminution de la tension, est aussi élevé que l'angle de déplacement provoqué par la charge utile la plus élevée possible, quand la tension de service maximum st appliquée. Cette dernière tension est en général la tension du réseau.
L'arbre électrique répond aussi aux conditions simples suivantes :
EMI3.1
Les tensions nécessaires pour obtenir ce moment de torsion sur l'arbre électrique sont données approximativement par l'équation suivante :
EMI3.2
Pour amener la tension Umax à'la valeur U, l'impédance doit être telle qu'elle provoque la chute de tension (Umax U). Il est inadmissible du point de vue économique d'obtenir cette chute de tension à l'aide d'une résistance ohmique. Il faut donc faire appel à une impédance sous la forme de selfs ou d'un amplificateur magnétique, dont la valeur est réglée par le courant continu de commande, Si on utilise un amplificateur magnétique de ce genre avec contreréaction, la puissance de commande requise peut être extrêmement faible.
Un montage pratique est représenté à la figure 2. Un arbre électrique normal est connecté au réseau en série avec les enrou-
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lements principaux de l'amplificateur magnétique. Afin de pouvoir varier au maximum la valeur de la self, chaque enroulement principal, monté en autotransformateur, est mis en parallèle avec un condensateur. Ce condensateur sert en outre à donner à la courbe de courant de l'amplificateur magnétique une forme se rapprochant de la forme sinusoïdale. L'augmentation de la tension aux bornes du condensateur parallèle due au montage en auto-transformateur, permet de choisir la capacité la plus favorable pour la constante U2 d) C. Un courant continu est appliqué à l'enroulement de commande par les bornes J et K; ce courant continu influence nettement l'impédance de l'enroulement principal.
Le dispositif d'obtention, par impédance variable, d'un angle de déplacement constant peut être rendu automatique, par mesure constante de la valeur de l'angle de déplacement et réglage automatique de l'impédance de manière à maintenir cet angle à la valeur prescrite. Le réglage de l'impédance variable peut aussi être commandé, non pas par la valeur de l'angle de déplacement même, mais par une grandeur physique qui dépend seule et de façon non équivoque de'la valeur de cet angle.
REVENDICATIONS
1.- Arbre électrique avec compensation de l'angle de déplacement, caractérisé en ce que l'angle de déplacement apparaissant entre la génératrice et le moteur de l'arbre électrique est maintenu à une valeur constante déterminée, en adaptant la rigidité angulaire de l'arbre électrique à la charge lui appliquée par variation des tensions de stator à l'aide d'une résistance réglable.
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It is known that the value allowed for the angle of displacement of the rotor under load plays a preponderant role in the choice of the power of the machines of which an electric shaft is composed. For extremely small angles (zero limit angle), the machines must be oversized to such an extent that the ratio between the torque to be transmitted and the temperature rise limit of the machines cannot reach an economically acceptable value. In addition, construction considerations relating to machines running in synchronism by electric device require, for machines of which the electric shaft is composed, limited overall dimensions. We therefore seek to compensate for the angle of displacement, by mechanical or electrical means.
Mechanical solutions have the drawback that the stator must be mounted like a pendulum, so as to be able to rotate the latter around its axis as a function of the value.
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instantaneous angle of displacement. Due to the inertias involved, the control time constant takes on large values which limit a catching up of the angle in large proportions. On the contrary, electrical devices for compensating the angle of movement have the advantage of allowing the use of normal machines which therefore offer less chances of failure.
Electrical compensation of the displacement angle is obtained by applying voltages offset by the value of the electrical displacement angle to the two stators of the electrical shaft (compensation of the displacement angle by tangential tension components). An electrical assembly of this type has very advantageous means of adjustment in the whole range of loads up to the idling of the motor of the electric shaft, but this solution calls for a large number of switching elements.
According to the invention, the same object is achieved by simpler means, based on the fact that the torsional rigidity or angular rigidity of the electric shafts depends on the square of the applied voltage. The angular stiffness e is given by the ratio between the increase in the torsional moment and the consequent variation of the displacement angle. The present invention is characterized in that the angle of displacement appearing between the generator and the motor of the electric shaft is maintained at a constant value, by the fact that the angular rigidity of the electric shaft is adapted. , by variation of the stator voltages, at the load of the shaft. In its simplest form, the invention uses an adjustable choke for this purpose. The accompanying drawings show one embodiment of the invention.
The generator and the motor of the electric shaft are connected to the network by an adjustable resistor, the value of which can be influenced by electric or mechanical means. In the case of a rotation opposite to the rotating field, a moment MdG is applied to the generator of the electric shaft
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and a moment MdM is taken from the motor of the electric shaft.
This moment is made up of a practically constant initial torque MdV and a useful torque Md. The invention provides for using as initial torque for the electric shaft, the no-load torque of the coupled machine tool.
When the motor is idling (Md = o), the initial torque MdV shifts the electric shaft by the displacement angle a which, by decreasing the voltage, is as high as the displacement angle caused by the payload as high as possible, when the maximum operating voltage is applied. This last voltage is generally the network voltage.
The electric shaft also meets the following simple conditions:
EMI3.1
The voltages necessary to obtain this torque on the electric shaft are given approximately by the following equation:
EMI3.2
To bring the voltage Umax to the value U, the impedance must be such as to cause the voltage drop (Umax U). It is economically unacceptable to obtain this voltage drop using an ohmic resistance. It is therefore necessary to use an impedance in the form of inductors or a magnetic amplifier, the value of which is regulated by the direct control current. be extremely weak.
A practical assembly is shown in figure 2. A normal electric shaft is connected to the network in series with the windings.
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main elements of the magnetic amplifier. In order to be able to vary the value of the choke as much as possible, each main winding, mounted as an autotransformer, is placed in parallel with a capacitor. This capacitor is also used to give the current curve of the magnetic amplifier a shape approaching the sinusoidal shape. The increase in the voltage across the parallel capacitor due to the auto-transformer assembly makes it possible to choose the most favorable capacitance for the constant U2 d) C. A direct current is applied to the control winding through the J terminals and K; this direct current clearly influences the impedance of the main winding.
The device for obtaining, by variable impedance, a constant displacement angle can be made automatic, by constant measurement of the value of the displacement angle and automatic adjustment of the impedance so as to maintain this angle at the value prescribed. The adjustment of the variable impedance can also be controlled, not by the value of the angle of displacement itself, but by a physical quantity which alone and unequivocally depends on the value of this angle.
CLAIMS
1.- Electric shaft with compensation of the displacement angle, characterized in that the displacement angle appearing between the generator and the motor of the electric shaft is maintained at a determined constant value, by adapting the angular rigidity of the electric shaft to the load applied to it by varying the stator voltages using an adjustable resistor.