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Il Appareillage électrique automatique à intercaler sur les lignes d'alimentation des moteurs et économisant le courant
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absorbetau cours ào lour xonotiennstaent. Il
On sait qu'il y a décalage en retard entre la tension etl'intensité de courantdans un même circuitélectrique chaque fois que sont introduits dans le circuitdes bobinagesinduc- teurs, des enroulements avec noyaux en fer, en un mot toutes les fois que le circuitprésente de la réactance magnétique.
, En pareil cas la puissance est donnée par la formule : watts = volts x ampères x cos dans le cas d'un circuit monophasé; watts = 1,73 x volts x ampères x cos#, dans le cas d'un circuit triphasé; formule dans laquelle cos# est un nombre toujours inférieur à 1, appeléfacteur de puissance, d'autantplus petitque le décalage est plus grand. Il s'ensuit que, pour obtenir une puissance déterminée dans un circuit inducteur (et,par suite,
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avec décalage entre la tension et l'intensité de courant), il est nécessaire d'absorber une intensité de courant plus élevée que celle qu'il faudrait si le circuit ne possédait pas de self-induction (tension et intensité de courant en phase).
Par exemple, pour obtenir une puissance de 30 Kw, avec un circuitmonophaséayant cos# = 0,6 et sous une t,ension de 500 volts, il faudra:
30 x 1000 = 100 ampères 500 x 0,6 tandis que si le circuit ne possédait pas de self-induction (cos # = 1) il suffirait d'une intensité de:
30 x 1000
500 = 60 ampères
On exprime également ce fait en disant que le circuit nécessite un courant magnétique;
c'est-à-dire qu'on imagine le courant total comme la résultante de deux composantes = une composante active (qui produit la puissance), en phase avec la tension, et une composante magnétisante décalée en retard de 90 par rapport à la tension. l'appel supplémentaire de courant total qui se produi t ainsi circule, pour ai nsi dire, sans nécessité dans les conduc- teurs et dans les machines, provoquant des pertes et un échauf- fement inutiles, etoblige à prévoir 'Plus largement les unes et les autres. Il est, par suite, évident, que l'on a le plus grand intérêt, ou point de vue économie de courantetde matériaux, à maintenir le f acteur de puissance le plus élevé possible (c'est-à-dire le plus voisin possible de l'unité).
Or, parmi les machines qui nécessitent un courant magné- tisant, se trouve précisément le moteur à champ tournant: ceci apparaît évident quand on pense qu'il est constitué par des spiresde fil enroulées'sur desnoyaux de fer etque, de plus, on doit pourvoir non seulement à la magnétisation du fer mais s aussi à celle de l'intervalle d'air existant entre stator et rotor
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puisque l'entrefer ne peut être supprimé. Cependant, comme le courant magnétisant est à peu près constant quand la charge varie, il en résultera que le facteur de puissance, très bas à vide, s'améliorera notablement quand la charge augmentera (il y a alors augmentation de puissance et, pour cela, augmen- tation de courant actif).
Hais, malheureusement, pour de multi- ples raisons, les moteurs fonotionnent très rarement à pleine charge et, par suite, le facteur de puissance d'une installation de moteurs électriques atteint difficilement une valeur satis- faisante.'
L'attention des techniciens s'est, par suite, portée sur l'étude des perfectionnements constructifs propres à améliorer le facteur de puissance des moteurs asynchrones en les compensant automatiquement; ces perfectionnements ont pour principe l'uti- lisation des courants à basse fréquence, qui sont engendrés dans le rotor par le glissement, pour fournir le courant magnétisant nécessaire au moteur et, mieux encore, pour compenser le décalage de phase de la composante magnétisante en prélevant ces courante à basse fréquence avec un déphasage convenable.
On a également cherché à résoudre le problème - variation du flux de façon à suivre les variations de charge en proportion- nant le courant magnétisant au courant actif - (voir moteur asynchrone Pedrezzo) en modifiante suivant la charge, le nombre de spires de chaque enroulement par l'insertion ou la mise hors cir- cuit d'enroulements auxiliaires.
Mais le moteur Pedrazzo est toujours un moteur dont on modifie l'enroulement du stator et doit, comme tel, être construit tout spécialement. le problème à résoudre était, au contraire, celui d'augmenter le facteur de puissance de centaines de milliers de moteurs électriques existants dans le commerce.
La présente irivention a pour but d'obvier aux incon- vénients précités en replaçant tous les appareils existant encore
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dans le commerce et a pour objet un appareillage électrique au força tique à intercaler sur la ligne d'alimentation en vue d'obtenir une économie de courant dans les moteurs électriques montés en triangle et étoile-triangle au cours de leur fonctionnement.
Plus précisément, l'appareillage a pour fonction d'obtenir le passade automatique du coasse en étoile au couplage en triangle) etvice versa, suivant la charge absorbée, c'est-à-dire que, quand le moteur travaille entre la marche à vide et la demi-charge, on aura le couplage en étoile, et qu'on aura le couplage en triangle ouand il travaille entre la demie etla pleine charge, etvice versa, obtenant ainsi l'augmentation du facteur de puissance.
L'unique figure reproduite sur le dessin joint, montre, à titre d'exemple schématique, le circuit électrique de l'appareillage conçu suivant l'invention
D'après la présente invention, l'appareillage est essentiellement constitué par un télérupteur automatique 1, inséré sur la ligne d'alimentation, relié aux enroulements du stator du moteur 2 et aux contacts d'un interrupteur automatique 4. Celui-ci est constitué par trois cylindres 5 disposés verti- calement, équidistants et traversés par un axe 6 dont il± sont solidaires; cet axe se termina à une extrémité par un ressort de rappel réglable 7 et à l'autre extrémité sur l'armature mobile d'un électro-ai mant 8.
L'électro-aimant 8 est relié, par le conducteur 9, à la ligne d'alimentation et, par le conducteur 10, au dispositif élastique .il d'un solénoïde 12 (dont le fonctionne- \lent sera décrit par la suite) inséré dans le circuit d'alimenta- tion principal 13, Deux couples thermo-électriques 14 sont insérés en série sur le circuitélectrique.
Le fonctionnementalieu de la manière suivante: Etant posé que la figure reproduite dans le dessin joint représente le circuit monté .en étoile, quand on enverra le courant le moteur fonctionnera avec le montage en étoile, comme
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l'i ndique le ci rouitreproduitsur le dessin, tant qu'il travaillera entre la marche à vide et la demi-charge. Au-delà de la demi-charge, il y a une augmentation d'intensité de courant qui provoque le déplaça Ment axial du noyau mobile du solénoïde 12, fermant le circuit électrique de l'électro-aimant 8 avec déplacement consécutif de l'interrupteur 4 qui passe du montage en étoile au montage en triangle.
Quand l'intensité de courant descend au-dessous de 50 % l'action du solénoïde 12 cesse, coupant le circuitélectrique de l'électro-aimant 8; aussitôt le ressort 7 ramène en arrière la tige 6 ainsi que les cylindres 5. de façon à rétablir de nouveau le couplage en étoile.
Afin d'éviter des vibrations perturbatrices sur le noyau du solénoïde 12. on a prévu un balancier 15. Le noyau du solénoYde 12 est attiré contre un dispositif constitué par un écrou fixe à vis réglable 17 traversée suivant son axe par un noyau mobile 18 relié au circuit d'alimentation. Ce noyau mobile 18 est poussé par l'action du noyau du soléno'ide 12 jusqu'à sa rencontre avec le ou les contacts élastiques 19.
Ces contacts 19 sont directement reliés au conducteur 10 afin d'éviter le passage du courant à travers le ressort 11 et la perte d'élasticité par échauffement qui en résulterait pour celui-ci. Entre le noyau 18 et le contact 19 est inséré un condensateur fixe 20 ayant pour but de, réduire au minium les extra courants de rupture. le réglage de la vis 17 permet de tarer l'appareilla- ge pour les diverses puissances des moteurs électriques.
Les couples thermo-électriques 14, insérés en série sur le circuitélectrique ont pour fonction propre d'interrompre le courant sur le télérupteur de ligne 1 si des accidents ou des avaries se produisaient sur le circuit ou sur le moteur électrique. Jes couples thermo-électriques sont insérés sur le circuit en étoile afin d'interrompre également le courant- en cas
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d'accident survenant sur le circuit de l'électro-aimant 8.
Il estévident que le solénoïde 12 en circuit, etle solénoïde 12' monte en parallèle etaccouplé au premier pour- ront être avantageusement remplaces par un seul thermostat avec couple thermo-électrique relié à un galvanomètre. le circuit électrique n'étant pas modifié, les organes mécanieues pourront différer de ce qui a été décrit et illustré sans nuire pour autant au principe de l'invention.
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Automatic electrical equipment to be inserted on the motor supply lines and saving current
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absorbed during ato lour xonotiennstaent. he
We know that there is a lag between the voltage and the current intensity in the same electric circuit each time that the inductor windings are introduced into the circuit, windings with iron cores, in short, whenever the circuit presents magnetic reactance.
, In such a case the power is given by the formula: watts = volts x amperes x cos in the case of a single-phase circuit; watts = 1.73 x volts x amperes x cos #, in the case of a three-phase circuit; formula in which cos # is a number always less than 1, called the power factor, the smaller the shift is larger. It follows that, in order to obtain a determined power in an inductor circuit (and, consequently,
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with offset between voltage and current), it is necessary to absorb a higher current intensity than that which would be necessary if the circuit did not have self-induction (voltage and current intensity in phase) .
For example, to obtain a power of 30 Kw, with a single-phase circuit having cos # = 0.6 and under a t, ension of 500 volts, you will need:
30 x 1000 = 100 amps 500 x 0.6 whereas if the circuit did not have a self-induction (cos # = 1) an intensity of:
30 x 1000
500 = 60 amps
This fact is also expressed by saying that the circuit requires a magnetic current;
that is to say that we imagine the total current as the resultant of two components = an active component (which produces the power), in phase with the voltage, and a magnetizing component lagged behind by 90 with respect to the voltage. the additional total current draw which thus occurs circulates, so to speak, unnecessarily in the conductors and in the machines, causing unnecessary losses and overheating, and obliges to provide 'More widely both others. It is, therefore, obvious, that one has the greatest interest, or point of view of economy of current and of materials, to maintain the f actor of power as high as possible (that is to say as close as possible unit).
However, among the machines which require a magnetizing current, there is precisely the motor with a rotating field: this becomes obvious when we think that it is made up of turns of wire wound on iron cores and that, moreover, we must provide not only for the magnetization of the iron but also for that of the air gap existing between stator and rotor
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since the air gap cannot be removed. However, as the magnetizing current is more or less constant when the load varies, it will result that the power factor, very low at no-load, will improve notably when the load increases (there is then an increase in power and, for this, , increase in active current).
But, unfortunately, for a number of reasons, motors very seldom run at full load and therefore the power factor of an electric motor installation hardly reaches a satisfactory value. '
The attention of the technicians was consequently focused on the study of the constructive improvements suitable for improving the power factor of asynchronous motors by compensating them automatically; the principle behind these improvements is the use of low frequency currents, which are generated in the rotor by the slip, to supply the magnetizing current necessary for the motor and, better still, to compensate for the phase shift of the magnetizing component in taking these low frequency currents with a suitable phase shift.
We have also sought to solve the problem - variation of the flux so as to follow the variations of load by proportioning the magnetizing current to the active current - (see asynchronous motor Pedrezzo) by modifying according to the load, the number of turns of each winding by inserting or disconnecting auxiliary windings.
But the Pedrazzo motor is always a motor whose stator winding is modified and must, as such, be specially constructed. the problem to be solved was, on the contrary, that of increasing the power factor of hundreds of thousands of electric motors existing on the market.
The object of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks by replacing all the devices still existing.
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in the trade and relates to an electrical apparatus forcing to be inserted on the supply line in order to obtain a saving of current in the electric motors connected in delta and star-delta during their operation.
More precisely, the function of the switchgear is to obtain the automatic switchover from star crook to delta coupling) and vice versa, depending on the load absorbed, that is to say, when the motor is working between no-load operation and the half load, we will have the star coupling, and that we will have the delta coupling where it works between half and full load, and vice versa, thus obtaining the increase in the power factor.
The single figure reproduced in the attached drawing shows, by way of schematic example, the electrical circuit of the apparatus designed according to the invention.
According to the present invention, the apparatus is essentially constituted by an automatic remote control switch 1, inserted on the supply line, connected to the windings of the stator of the motor 2 and to the contacts of an automatic switch 4. The latter consists of by three cylinders 5 arranged vertically, equidistant and crossed by an axis 6 of which they ± are integral; this axis ended at one end with an adjustable return spring 7 and at the other end on the mobile armature of an electro-coil 8.
The electromagnet 8 is connected, by the conductor 9, to the supply line and, by the conductor 10, to the elastic device .il of a solenoid 12 (whose operation will be described later) inserted into the main supply circuit 13, Two thermoelectric couples 14 are inserted in series on the electric circuit.
The operation takes place in the following way: Since the figure reproduced in the attached drawing represents the star circuit, when the current is sent the motor will work with the star circuit, as
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This is shown on the drawing, as long as it will work between empty and half load. Beyond the half load, there is an increase in current which causes the axial displacement of the movable core of the solenoid 12, closing the electrical circuit of the electromagnet 8 with subsequent displacement of the switch. 4 which changes from star to delta connection.
When the current intensity drops below 50%, the action of solenoid 12 ceases, cutting off the electric circuit of electromagnet 8; immediately the spring 7 brings back the rod 6 as well as the cylinders 5. so as to re-establish the star coupling.
In order to avoid disturbing vibrations on the core of the solenoid 12. a balance is provided 15. The core of the solenoid 12 is attracted against a device consisting of a fixed adjustable screw nut 17 traversed along its axis by a movable core 18 connected to the power supply circuit. This movable core 18 is pushed by the action of the core of the solenoid 12 until it meets the elastic contact or contacts 19.
These contacts 19 are directly connected to the conductor 10 in order to prevent the passage of current through the spring 11 and the loss of elasticity by heating which would result therefrom for the latter. Between the core 18 and the contact 19 is inserted a fixed capacitor 20 with the aim of reducing to a minimum the extra breaking currents. the adjustment of the screw 17 makes it possible to calibrate the apparatus for the various powers of the electric motors.
The thermoelectric couples 14, inserted in series on the electric circuit, have the specific function of interrupting the current on the line impulse switch 1 if accidents or damage occur on the circuit or on the electric motor. The thermoelectric couples are inserted on the star circuit in order to also interrupt the current - in case
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accident occurring on the electromagnet circuit 8.
It is obvious that the solenoid 12 in circuit, and the solenoid 12 'connected in parallel and coupled to the first could be advantageously replaced by a single thermostat with thermoelectric couple connected to a galvanometer. since the electrical circuit is not modified, the mechanical parts may differ from what has been described and illustrated without thereby harming the principle of the invention.