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" machine à courant alternatif compensée "
On connaît plusieurs machines à courant alternatif, en particulier, de soi-disant moteurs en dé rivât ion mono ou polyphasés, qui dans le but de la com- pensation des phases sont encore pourvus d'un enroale- ment de commutation et on en connaît notamment qui, en se basant sur Heyland, comportent un enroulement de commutation se troavant dans la partie secondaire de la machine et qui est alimenté, soit par l'enroulement d'excitation exempt de commutateur et disposé dans la partie primaire, ou par 1 'enroulement secondaire d'un transformateur branché sur le réseau.
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On connaît également des machines de l'espèce, dans lesquelles l'enroulement de commutation se trouve dans la par- tie primaire et fourni lui-même l'excitation. Dans les ma- chines de l'espèce mentionnée en premier lieu, la vitesse relative entre le champ tournant et l'enroulement de commu- tation est très faible, de sorte que la commutationre pré- sente pas de difficultés notables. Il n'en est pas de même dans les machinesde la seconde espèce ci-dessus mentionnée auquelles la présente invention se rapporte et dans lesquel- les le champ tournant se déplace par rapport à l'enroulement de commutation avec toute sa vitesse.
Etant donné que le flux efficace ne peut - comme il est préférable pour cons- tituer l'enroulement de commutation - être choisi à volonté, parce qu'il est déjà donné d'avance par d'autres considéra- tions, il se fait que dans de tels cas il est très difficile d'établir entre deux balais de collecteur une tension aussi faible que celle employée pour l'excitation de la machine et de plus, de maintenir la tension entre deux lamelles de commutation, dans les limites pour lesquelles la machine fonctionne sans étincelles.
On a déjà proposé différents moyens pour arriver à la solution de ce problème.
Dans le but d'éviter les difficultés ci-dessus rappellées la présente invention amène une autre solution qui consiste en ce que l'on choisie comme enroulement de commutation un en- roulement ouvert, qui comme tel, peut être exécuté dans la forme d'un enroulement en anneau ou en tambour. La solution apportée par l'invention présente de notables avantages, par .' rapports à d'autres, parmi lesquelles on peut rappeler en particulier le moyen d'une grande réduction dans la gradation Cette dernière se résoud en un minimum de tension que l'on obtient avec une dépense de cuivre relativement grande.
Par rapport à ce moyen, l'invention permet, pour une même perte, d'exécuter l'enroulement de collecteur avec un poids de cui- vre beaucoup moindre ou bien, de réduire les pertes de l'en- roulement de collecteur à une fraction, avec une dépense de
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cuivre égale. La valeur de la f.e.m. de commutateur dispo- nible, peut-être variée à volonté par le choix correspondant du nombre de spires. Dans l'enroulement en tambour, une plus ample variation est possible par la réduction de la gradation.
La fig. 1. montre un exemple d'exécution selon l'inven- tion et représente le shéma d'une machine bipolaire avec en- roulement ouvert. L'enroulement y est dessiné comme enroule- ment en anneau, mais il est évident que, comme déjà mention- né ci-dessus, il peut être également exécuté comme enroule- ment en tambour, une plus ample variation de la f.e.m. dis- ponible pouvant alors, comme déjà rappelé, être obtenue en réduisant la graduation a indique l'enroulement de commuta- tion, 0 son point de composition et c l'enroulement secon- @ daire ouvert de machine, à laquelle sont relies d'une part, les trois balais B1, b2, b3, décalés de 120 frottant sur le collecteur et, d'autre part, le rhéostat de démarrage e..
Si l'on veut mieux utiliser l'induit, deux possibilités se pré- sentent à cet effet; Ou bien, on choisie soit des balais plus large, qui recouvrent un plus grand nombre de lamelles en réalisant encore l'avantage que, eu égard à la grandeur et à la, largeur des balais, la longueur du collecteur et conséquemment la longueur totale de la machine sont diminuées ou bien, on augmente le nombre de phases des balais sur le commutateur, comme le montre la fig. 2.
L'usage de l'enroulement ouvert, dans le but d'obtenir une diminution de la tension aux lamelles (indépendamment de la tension de commutation pouvant se produire) est ce- pendant lié à une condition, qui résulte du rapport entre la tension à l'élément d'enroulement et la tension des lamel- les. Si E est la tension aux bornes résultantes, 0 l'angle de phase invariable du système, e la tension à l'angle de phase (ou tension à l'élément d'enroulement), on a, pour un couplage composé ouvert, la relation E = 2e. sin 2.
Etant donné, que dans le présent cas, e est la tension à l'élément d'enroulement et E la tension aux lamelles, il en résulte, que l'on n'obtient une tension aux lamelles, que lorsque l'on
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utilise un enroulement avec plus de six éléments d' enroulement!
Car dans l'exécution à six phases, la tension aux lamelles se rait encore toujours égale à la tension d'éléments De cette considération suivant laquelle le nombre d'éléments d'enrou- lement est choisi aussi élevé que possible, pour diminuer la tension aux lamelles, résulte encore selon l'invention d'idée de réaliser un enroulement ouvert, que l'on pourrait plutôt désigner sous le nom de "cage ouverte".
Comme le montre à titre d'exemple la forme d'exécution de la fig. 3, l'enroulement est exécuté avec une barre S pour chaque élé- ment, qui est reliée d'une part à une lamelle L du collec- teur K et d'autre part à un anneau de court-circuitage commun à toutes les barres. Une coupe de rainures selon cette for- me d'exécution est montrée, à titre d'exemple par la fig. 4.
Dans cette figure, S indique de nouveau la barre de l'en- roulement de commutation, tandis que les deux autres con- ducteurs disposés dans la rainure appartiennent à l'enrou- lement primaire de la machine. La barre S ne se trouve pas au fond de la rainure, mais bien, dans la partie supérieure de la rainure. Afin de pouvoir la disposer autant que pos- sible vers le haut, elle est de préférence constituée de telle façon, qu'elle réalise en outre la fermeture de la rainure. Par cette disposition de la barre dans la partie supérieure de la rainure, la tension de commutation, si importante pour la commutation, est réduite à un minimum.
L'enroulement de commutation peut également être exécuté de telle façon, que le nombre de lamelles du commutateur soit double ou multiple de celui des rainures du rotor. Une exé- cution de ce genre est représentée, dans la fig. 5. Les con- ducteurs de l'enroulement de commutateur sont disposés pour la moitié dans la partie supérieure de la rainure et, pour l'autre moitié dans la partie supérieure de la dent. Par l'augmentation des barres S, comme déjà rappelé, on diminue la tension entre deux lamelles de collecteur, ce qui importe pour obtenir un fonctionnement de la machine exempt d'étin- celles. Dans les cas de dissymétries, qui peuvent se présenter dans l'emploi de nombres différents d'éléments d'enroulement
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et de balais, l'enroulement peut être pourvu de façon con- nue de connexions d'égalisation.
L'exécution extrêmement simple de l'enroulement de commutateur donne la garantie d'une sécurité parfaite de fonctionnement et présente la possibilité de diminuer de beaucoup la tension des lamelles. Des réparations éventu- elles à l'enroulement de commutateur peuvent être exécutées sans peine, parce que 'toutes les parties sont accessibles et que chaque barre est aisément échangeable.' -
L'augmentation de la sécurité de fonctionnement de machine, composée, est d'une importance toute particulière, lorsqu'il s'agit de la commande de très grandes puissances.
Alors que jusqu'à présent il y avait bien des motifs qui s'opposaient à pourvoir des machines de plusieurs centai- nes ou de milliers de kilowatts, d'un enroulement de com- pensation intérieur, l'invention indique la voie dans la- quelle de telles machines peuvent être exécutées simple- ment et avec la sécurité de fonctionnement voulue. C'est précisément pour des machines de grande puissance que l'exécution de l'enroulement de compenâation indiqué est particulièrement appropriée, parce que dans ce cas la ten- sion induite dans une seule barre est suffisament grande, pour fournir une tension de compensation suffisamment grande au commutateur.
REVENDICATIONS.
1. Machine compensée pour courant alternatif mono- ou polyphasé comportant un enroulement de commutation des- tiné à produire l'excitation, caractérisée par ce que l'en- roulement de commutateur est exécuté comme enroulement
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ouvert sans lamelles mt:es. (-titÍ\1..cle.
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"compensated alternating current machine"
Several alternating current machines are known, in particular so-called mono or polyphase derivation motors, which for the purpose of phase compensation are still provided with a switching coil and are known. in particular which, based on Heyland, comprise a switching winding which is troavant in the secondary part of the machine and which is supplied either by the excitation winding free of switch and arranged in the primary part, or by 1 ' secondary winding of a transformer connected to the network.
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Machines of this kind are also known, in which the switching winding is located in the primary part and itself provides the excitation. In machines of the first-mentioned kind, the relative speed between the rotating field and the switching winding is very low, so that switching presents no appreciable difficulties. It is not the same in the machines of the second species mentioned above to which the present invention relates and in which the rotating field moves with respect to the switching winding with all its speed.
Since the effective flux cannot - as it is preferable for constituting the switching winding - be chosen at will, because it is already given in advance by other considerations, it happens that in such cases it is very difficult to establish between two collector brushes a voltage as low as that used for the excitation of the machine and, moreover, to maintain the voltage between two switching blades, within the limits for which the machine works without sparks.
Various means have already been proposed to arrive at the solution of this problem.
In order to avoid the difficulties recalled above, the present invention provides another solution which consists in choosing as the switching winding an open winding, which as such can be executed in the form of a ring or drum winding. The solution provided by the invention has significant advantages, for. relations to others, among which we may recall in particular the means of a great reduction in the gradation. The latter is resolved into a minimum voltage which is obtained with a relatively great expenditure of copper.
Compared to this means, the invention makes it possible, for the same loss, to carry out the collector winding with a much lower weight of copper or else to reduce the losses of the collector winding to a minimum. fraction, with an expenditure of
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copper equal. The value of the f.e.m. switch available, can be varied at will by the corresponding choice of the number of turns. In drum winding, further variation is possible by reducing the gradation.
Fig. 1. shows an example of execution according to the invention and represents the diagram of a bipolar machine with open winding. The winding is drawn there as a ring winding, but it is obvious that, as already mentioned above, it can also be executed as a drum winding, a further variation of the f.e.m. available which can then, as already recalled, be obtained by reducing the graduation a indicates the switching winding, 0 its composition point and c the open secondary winding of the machine, to which are connected on the one hand, the three brushes B1, b2, b3, offset by 120 rubbing on the collector and, on the other hand, the starting rheostat e ..
If we want to make better use of the armature, there are two possibilities for this; Or, one chooses either wider brushes, which cover a greater number of blades while still realizing the advantage that, having regard to the size and width of the brushes, the length of the collector and consequently the total length of the machine are reduced or the number of phases of the brushes on the switch is increased, as shown in fig. 2.
The use of the open winding, in order to obtain a decrease in the voltage at the lamellae (regardless of the switching voltage that may occur) is however linked to a condition, which results from the ratio between the voltage to the winding element and the tension of the strips. If E is the voltage at the resulting terminals, 0 the invariable phase angle of the system, e is the voltage at the phase angle (or voltage at the winding element), we have, for an open compound coupling, the relation E = 2e. sin 2.
Since in the present case e is the tension at the winding element and E the tension at the lamellae, it follows that a tension is obtained at the lamellae only when
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uses a winding with more than six winding elements!
Because in the six-phase execution, the tension at the lamellae would still always be equal to the tension of the elements From this consideration according to which the number of winding elements is chosen as high as possible, in order to decrease the tension lamellae, according to the invention also results from the idea of producing an open winding, which one could rather designate under the name of "open cage".
As shown by way of example the embodiment of FIG. 3, the winding is carried out with a bar S for each element, which is connected on the one hand to a strip L of the collector K and on the other hand to a short-circuiting ring common to all the bars. . A section of grooves according to this embodiment is shown, by way of example in FIG. 4.
In this figure, S again indicates the bar of the switching winding, while the other two conductors arranged in the groove belong to the primary winding of the machine. The S bar is not at the bottom of the groove, but in the upper part of the groove. In order to be able to position it as much as possible upwards, it is preferably formed in such a way that it also closes the groove. By this arrangement of the bar in the upper part of the groove, the switching voltage, so important for switching, is reduced to a minimum.
The switching winding can also be executed in such a way that the number of switch blades is double or multiple of that of the rotor grooves. An embodiment of this kind is shown in FIG. 5. The conductors of the switch winding are arranged half in the upper part of the groove and the other half in the upper part of the tooth. By increasing the bars S, as already mentioned, the tension between two collector lamellae is reduced, which is important for obtaining operation of the machine without sparks. In the case of asymmetries, which may occur when using different numbers of winding elements
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and brushes, the winding may be provided in a known manner with equalization connections.
The extremely simple execution of the switch winding guarantees perfect operational reliability and offers the possibility of greatly reducing the tension of the lamellae. Repairs to the switch winding can be easily made, because 'all parts are accessible and each bar is easily exchangeable.' -
The increase in the operational safety of the compound machine is of particular importance when it comes to controlling very large powers.
While until now there were many reasons against providing machines of several hundred or thousand kilowatts with an internal compensating winding, the invention points the way in the- which such machines can be operated simply and with the desired operational reliability. It is precisely for high power machines that the execution of the indicated compensating winding is particularly suitable, because in this case the tension induced in a single bar is sufficiently large, to provide a sufficiently compensating tension. great at the switch.
CLAIMS.
1. Compensated machine for single- or polyphase alternating current comprising a switching winding intended to produce the excitation, characterized in that the switch winding is executed as a winding
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open without slats mt: es. (-titÍ \ 1..cle.