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.........,....-----.-.¯-."----¯¯¯¯¯----.------------.¯--.-.---------------.¯¯¯--.--.¯----.¯.,¯¯-.¯ ¯ MACHINE ELECTRIQUE A COLLECTEUR, A CARACTERISTIQUE SHUNT & A VITESSE REGLABLE.
La présente invention a pour objet un mode de réalisation d'une machine à collecteur à caractéristique shunt et à vitesse réglable permettent d'adapter cette machine à un fonctionnement à puissance constante ou à un fonc- tionnement caractérisé par le fait que le couple diminue lorsque la vitesse aug- mente.
Elle s'applique plus particulièrement aux machines à collecteur à variation de vitesse par décalage des balais analogues à celle qui a fait l'ob-
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jet du brevet français No 438.090 du 17/11/11, de la Société Allumant Svenaka
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Elektriska Aktiebolaget.
Ces machines comportant sur la même armature tournante un en- roulement primaire analogue à l'enroulement primaire d'un moteur d'induction ordinaire et un enroulement fermé, relié à un comnutateur, analogue à l'enrou- lement d'induit d'une machine à courant continu.
Le stator comporte un enroulement secondaire polyphasé à phases indépendantes.
Chaque phase possède, par exemple, une entrée et uno sortie. Les entrées des différentes phases sont réunies respectivement aux différentes li- gnes d'un système de balais polyphasés reposant sur le commutateur et supporté par une même couronne mobile, tandis que les sorties des mêmes phases sont réu- nies à un système de balais polyphasés, identique au précédent, reposant sur le même commutateur, mais porté par une autre courormc mobile.
Le commutateur, l'enroulement qui lui est relié et les différentes lignes de bêlais, jouent le rôle du circuit secondaire d'un changeur de fréquence et introduisent dans le circuit secondaire du moteur d' induction, constitué par l'enroulement statorique, des forces électromotrices ayant la fréquence du glisse- ment. On peut faire varier la grandeur de ces forces électromotrices en modifient 1' écartement des balais, il en résulte pour la machine, une variation de vitesse, proportionnelleà cettegrandeur.
Si on néglige la dispersion ainsi que les composantes du courant secondaire pouvant servir à l'amélioration du facteur de puissance, on peut dire que le couple est sensiblement proportionnel eu courant secondaire qui traverse le commutateur.
Le dimensionnement d'une telle machine, tout au moins en ce qui corcerne la partie fondamentale constituée par le circuit secondaire et son com- mutateur, est donc le dimensionnement d'une machine à couple constant.
Si on veut l'utiliser pour des applications à puissance constante, l'enroulement secondaire et le commutateur seront surchargée aux plus basses vi- tesses ou seront mal utilisés aux vitesses élevées.
Pour remédier à cet inconvénient et conformément à la présente in- vention, on constitue chaque phase du circuit secondaire par plusieurs enroule- ments distincts dont le couplage peut être modifié en vue de faire varier le nombre de spires résultant.
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La Fig.l représente une telle machine dont les enroulements se- condaires Si, S2 et S3 sont connectés en série pour le fonctionnement aux plus basses vitesses et la Fig.2 représente la même machine, les enroulements se- condaires étant connectés en parallèle pour le fonctionnement aux vitesses les plus élevées.
On se rend immédiatement compte que, si la force électromotrice correspondent à l'écartement maximun des balais al - b1,a2 - b2, a3 - b3 donne lieu à une variation de vitesse de n@ par rapport à la vitesse synchrone lorsque les enroulements secondaires sont connectés en série, la même force électromotrice donnera lieu à une variation de vitesse de 2 n %, c' est-à-dire, double de la précédente lorsque les enroulements secondaires seront connectés en parallèle.
D'autre part, le même courant secondaire correspondra dans le pre- mier cas, avec enroulements connectés en série, à un couple double du coupla qu'on aurait si les enroulements étaient connectés en parallèle comme dans le second cas.
Si on choisit les nombres de spires des différents enroulements de telle manière que n corresponde au tiers de la vitesse synchrone, soit n % = 33,3 %, on obtiendra avec le premier couplage un réglage de vitesse de 0,666 à 1,333 , exprimé en fonction de la vitesse synchrone, c'est-à-dire, dans la rap- port de 1 à 2. Avec le second couplage on pourrait obtenir, théoriquement, un réglage de vitesse de 0,333 à 1,666, mais pour la marche à puissance constants cn utilisera seulement ce couplage pour les vitesses comprises antre 1,333 à 1,666.
Le réglage de vitesse total utilisé dans ces conditions sera donc dans le rapport de 1, à 2,5.
Le courent et la puissance au collecteur seront les mêmes à la vitesse 0,666 avec le premier couplage et à la vitesse 1,333 pour le deuxième couplage*
On vérifiera aisément que la puissance maximum au commutateur serait augmentée théoriquement de 50 % si on voulait réaliser les marnes puis- sances pour les marnes vitesses avec le procédé habituel comportent un seul couplage au stator.
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Le dispositif faisant l'objet de l'invention présente encore un entre avantage : il permet de prendre pour les mêmes vitesses un nombre de pôles plus élevé et par conséquent d'augmenter le maximum de puissance réalisable avec cette gamme de vitesses*
Il est évident qu'on peut faire varier le nombre n en conservent plus ou moins les avantages du système. On peut aussi faire sur le circuit se- condaire plusieurs couplages différents permettant d'utiliser au mieux la capa- cité du collecteur.
Il faudra, dans ce cas, dimensionner convenablement les sections de cuivre du circuitsecondaire.
On pourra également, dans le même esprit, assurer le réglage à l'aide d'un transformateur à rapport de transformation variable ou d'un régu- lât sur d'induction.
Les dispositions faisant l'objet de l'Invention qui ont été apposées en vue de leur applicationà un moteur devant fonctionner à puissance constante sout également applicables lorsque la puissance varie en fonction de la vitasso suivant une loi quelconque, mais tout particulièrement lorsque le coupla dimi- nue quand la vitesse augmente et leur intérêt est d'autant plus marqué que la décroissance relative du coupla est plus rapide.
L'invention s'applique, naturellement, à toutes les formes de réali- sation de la machine à collecteur ayant fait l'objet du br3vet No 438.090 men- tionné plus haut; elle s'applique également aux groupes à collecteur qui lui sont, équivalents, ces groupes pouvant être constitués par l'accouplement mécani- que et électrique d'un moteur d'induction avec un changeur de fréquence; dans ce cas, la force électromotrice du changeur de fréquence, qui peut, elle aussi être réglée par décalage de balais, est introduite de la même manière dans le circuit secondaire du moteur d'induction.
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........., .... ----- .-. ¯ -. "---- ¯¯¯¯¯ ----.---------- -. ¯ --.-.---------------. ¯¯¯ --.--. ¯ ----. ¯., ¯¯-.¯ ¯ MACHINE ELECTRIC COLLECTOR, SHUNT CHARACTERISTIC & ADJUSTABLE SPEED.
The object of the present invention is an embodiment of a machine with a collector with a shunt characteristic and an adjustable speed which makes it possible to adapt this machine to an operation at constant power or to an operation characterized by the fact that the torque decreases when the speed increases.
It applies more particularly to machines with a commutator with variable speed by shifting the brushes, similar to that which has been the object of the invention.
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jet of French patent No 438.090 of 11/17/11, from the Allumant Svenaka Company
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Elektriska Aktiebolaget.
These machines comprising on the same rotating armature a primary winding similar to the primary winding of an ordinary induction motor and a closed winding, connected to a comnutateur, analogous to the armature winding of a direct current machine.
The stator has a polyphase secondary winding with independent phases.
Each phase has, for example, an input and an output. The inputs of the different phases are united respectively to the different lines of a polyphase brush system based on the switch and supported by a single movable ring gear, while the outputs of the same phases are linked to a polyphase brush system, identical to the previous one, based on the same switch, but carried by another mobile courormc.
The commutator, the winding which is connected to it and the various belais lines, play the role of the secondary circuit of a frequency changer and introduce forces into the secondary circuit of the induction motor, formed by the stator winding. electromotors having the frequency of the slip. The magnitude of these electromotive forces can be varied by modifying the spacing of the brushes, resulting in a variation in speed for the machine, proportional to this magnitude.
If we neglect the dispersion as well as the components of the secondary current which can serve to improve the power factor, we can say that the torque is substantially proportional to the secondary current which passes through the switch.
The sizing of such a machine, at least as regards the fundamental part constituted by the secondary circuit and its switch, is therefore the sizing of a constant torque machine.
If it is to be used for constant power applications, the secondary winding and the switch will be overloaded at lower speeds or be misused at high speeds.
To remedy this drawback and in accordance with the present invention, each phase of the secondary circuit is formed by several distinct windings, the coupling of which can be modified in order to vary the resulting number of turns.
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Fig. 1 shows such a machine in which the secondary windings Si, S2 and S3 are connected in series for operation at the lowest speeds and Fig. 2 shows the same machine, the secondary windings being connected in parallel for operation at the highest speeds.
We immediately realize that, if the electromotive force correspond to the maximum spacing of the brushes al - b1, a2 - b2, a3 - b3 gives rise to a speed variation of n @ with respect to the synchronous speed when the secondary windings are connected in series, the same electromotive force will give rise to a speed variation of 2 n%, i.e., double the previous one when the secondary windings are connected in parallel.
On the other hand, the same secondary current will correspond in the first case, with windings connected in series, to a torque double of the coupla that would have if the windings were connected in parallel as in the second case.
If we choose the number of turns of the different windings in such a way that n corresponds to one third of the synchronous speed, i.e. n% = 33.3%, we will obtain with the first coupling a speed setting of 0.666 to 1.333, expressed as a function of synchronous speed, that is to say, in the ratio of 1 to 2. With the second coupling one could theoretically obtain a speed setting of 0.333 to 1.666, but for running at constant power cn will only use this coupling for speeds between 1.333 and 1.666.
The total speed setting used under these conditions will therefore be in the ratio of 1 to 2.5.
The current and the power at the collector will be the same at speed 0.666 with the first coupling and at speed 1.333 for the second coupling *
It will easily be verified that the maximum power at the commutator would be theoretically increased by 50% if we wanted to achieve the power levels for the speed marls with the usual method comprising a single coupling to the stator.
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The device which is the subject of the invention also has one advantage: it makes it possible to take a higher number of poles for the same speeds and consequently to increase the maximum power achievable with this range of speeds *
It is obvious that the number n can be varied, more or less preserving the advantages of the system. Several different couplings can also be made on the secondary circuit to make the best use of the capacity of the collector.
In this case, the copper sections of the secondary circuit must be suitably sized.
In the same spirit, it will also be possible to ensure the adjustment using a transformer with a variable transformation ratio or an induction regulator.
The provisions forming the subject of the invention which have been affixed with a view to their application to an engine having to operate at constant power also apply when the power varies according to the vitasso according to any law, but especially when the coupla dimi - naked when the speed increases and their interest is all the more marked as the relative decrease of the coupla is faster.
The invention applies, of course, to all embodiments of the collector machine which has been the subject of Patent No. 438.090 mentioned above; it also applies to collector groups which are equivalent to it, these groups possibly being formed by the mechanical and electrical coupling of an induction motor with a frequency changer; in this case, the electromotive force of the frequency changer, which can also be adjusted by brush offset, is introduced in the same way into the secondary circuit of the induction motor.