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Dynamo, en particulier pour véhicules.
L'invention concerne des dynamos et en particulier des dispositifs de ce genre montés sur des véhicules pour fournir par exemple le courant nécessaire à l'éclairage ou à la charge de batteries.
Lorsqu'on utilise des machines à courant continu à cet effet, on a l'inconvénient que les collecteurs de ces machines sont détériorés par les trépidations produites par le véhicule.
En outre, dès que les machines ont été surchargées, il faut souvent réparer leurs induits.
Suivant l'invention, qui sera décrite ci-dessous, on uti - lise un alternateur asynchrone au lieu d'une machine à courant continu. Cet alternateur est accordé par des condensateurs et des résistances maintiennent son courant constant entre certaines limites de tension.
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Ces résistances sont telles qu'elles dépendent à leur tour de ce courant. Les résistances connues au fer et à l'hydrogène sont par exemple des résistances de ce genre. On obtient ainsi un courant constant, bien que la vitesse de la génératrice, et par conséquent aussi le voltage, varient avec la vitesse de marche du véhicule.
L'invention est basée sur la considération suivante, qui est elle-même basée sur l'équation d'impédance d'une machine asynchrone. Désignons par w la fréquence circulaire descou- rants du stator, le glissement, wr= (1 t s)w la fréquence circulaire du mouvement du rotor. L11# L12# et L21# l22# l'induction tournante propre et l'induction tournante mutuelle du stator (indice 1) et du rotor (indice 2). r1 est la résistance du stator, r2 est la résistance du rotor d'une phase.
Lorsque le nombre de phases du stator est égal à celui du rotor, l'impédance du stator est
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ou .si = #-1. Le terme imaginaire représente l'induction résultante de la génératrice, induction à envisager pour la fré- quence propre produite w 2ÒF et entrant en résonance avec la capacité d'excitation C. Le premier terme par contre repré- sente la résistance efficace de la génératrice. Si le courant de la génératrice est J, la tension absorbée dans cette généra- trice est eG = jz1# Si le circuit de charge est constitué suivant l'invention par la capacité C montée en série avec une résistance effective R, le circuit de charge absorbe la tension EK = J (R - W).
Il résulte de Eg + EK = 0 que si on fait
C dans Eg- EK les termes réels égaux entre eux et les termes imaginaires égaux entre eux, on a,
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2 (L11' - #S +L L,.
Comme le glissement est négatif dans la génératrice, il résulte de 1)
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1 a j r +R == r. uJ2. L,,(t, I..2.1l! (5 ) ' ()2+l.ÙZ L2 (E ) ' " 3 ) Q Ôg lÚ tA L 216 uW.S - 2 z ( 1' \2 t u/. L Il résulte également de 2)
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pas W = C im - 2 ks 2 L22a
On voit donc que r1,R ainsi que W dépendent du glissement. Pour supprimer cet effet, suivant une autre caractéristi- que de l'invention, on fait ks constant ou égal à zéro. On ob tient ce résultat en faisant r= s , ro. c'est-à-dire en insérant dans le rotor une résistance dépendant du glissement s.
L'équation 3) devient alors :
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kt - = u) L,ZA L1d = 1\) 4) - r:2 WZ L ttd Sir2 est en outre petit par rapport à w2L2 ona
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5) 1< 5 = L lM. 1 1L\ = (/ 2.Ll ) =: k,, 3 L L tt6 -t-ta indépendamment de W . L'équation 2a indique alors que dans ce cas la machine asynchrone a une fréquence constante pour . chaque vitesse, c'est-à-dire qu'elle fournit des courants de fréquence constante. Dans ce cas la résistance de charge
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11 -.-r, = 7'k" -.r, s 6
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est également indépendante du glissement ou de la vitesse. Il est vrai qu'on ne peut pas faire directement r2=s. r , mais on peut faire en sorte que la résistance r2 dépende du courant J2 du rotor, en insérant des résistances appropriées, par exemple des résistances au fer et à l'hydrogène dans l'enroulement du rotor.
A partir d'une certaine valeur J2. la valeur de ces ré - sistances varie subitement ou en tout cas en fonction du cou - rant . Comme J2 est d'abord proportionnel au glissement s, à partir d'un certain glissement s' auquel le courant J2, est at - teint, la résistance r2 augmente avec le courant J2 et par con - séquent avec le glissement, pour faire augmenter finalement le courant J2Jusqu'à un maximum J2 max, un peu supérieur à J2.
A ce moment r2 est devenu presque infini,ks est tombé prati- quement à zéro et
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.-====- VL-11 A C est à peu près indépendant du rotor. Dans ce cas limite r2ks"2 A en somme encore une valeur finie, parce que r2 peut ss devenir très gran, On voit donc qu'il est possible de construi- re una génératrice asynchrone à auto-excitation fournissant, entre certaines limites de vitesse, un courant alternatif ayant premièrement une fréquence constante, deuxièmement une intensité constante et troisièmement une tension aux bornes constantes EK =-J1Z1# Si l'on considère que
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.j LU L'ZA . 5 . J - j w L 1tA .
Tt + Js w LZ2a -1 E 1 Jlil qui, lorsque ro# L22# devient
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L z2e Ôi ! 2 + "ai où Z1 est le nombrede spiresdu stator, Z2 le nombre de spires du rotor et r2# le coefficient de dispersion. de l'enroulement
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du rotor, il est facile de voir que J1 est aussi, à partir d'un certain courant J , dans un rapport fixe avec J2 .
Cette considération montre que l'objet de l'invention peut être réalisé. Quelques exemples de réalisation seront expliqués ci-dessous.
Les figures 1 à 7 des dessins annexés représentent schémati que.ment chacune un exemple du nouveau dispositif.
Les figures 8 et 9 sont des schémas d'un dispositif pou - vant être utilisé au lieu des résistances au fer et à l'hydro- gène mentionnées plus haut. La figure 8 représents l'état de repos et la figure 9 un état de travail. Les mêmes piècessont désignées par les marnes signes de référence.
Dans les figures 1 à7 une dynamo asynchrone est représen- tée par son rotor R et son stator S. Le rotor peut être consti - tué par le rotor usuel en cage d'écureuil.
Dans la figure 1, le stator S comporte trois condensateurs K, trois résistances au fer et à l'hydrogène ou résistances analogues W et trois lampes de consommation L.
Dans l'exemple figure 2, le circuit de charge contient en plus des condensateurs K, un transformateur T, un redresseur G, deux résistances W du type mentionné et une batterie B.
Pour utiliser le courant ailleurs que dans la batterie B, on peut le capter sur les bornes 1, 2.
La figure 3 représente un dispositif analogue à celui de la figure 2. La différence réside en ce que la figure 3 n'indi - que pas de transformateurs. Au contraire, des prises sont faites en a, b, c sur les enroulements du stator.
Au lieu des deux résistances W indiquéesdans la figure 3 , il suffit qu'il y en ait une, qui est alors montée de la. façon indiquée en traits interrompus.
Il suffit, comme le montre la figure 4, que les résistances W soient dans le rotor R. Des prises peuvent être faites en a, b.c sur l'enroulement du stator, ces prises étant reliées à
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d'autres points de consommation que les lampes L ou autres appareils, par exemple, de la façon déjà. indiquée dans la, figure
3.
Ce dispositif fournit, à partir d'une certaine vitesse, une tension pratiquement constante ainsi qu'un courant pratiquement constant et une fréquence presque exactement constante. C'est pourquoi il convient non seulement pour l'éclairage des véhicu- les et la charge de batterie, mais encore pour produire une fréquence prescrite pour des dispositifs tourna.nt synchronique - ment ou pour des réseaux alimentés par des dynamos asynchrones.
Le dispositif figure 5 comporte une résistance W du type mentionné, montée dans le circuit du stator et trois résistances égales W dans le circuit du rotor. Malgré les fluctuations de la fréquence la, tension servant à charger la batterie B pout être maintenue constante dans une grande mesure au moyen d'un transformateur T de grande ss.turation.
Le dispositif figure 6 comporte un transformateur T' entre les condensateurs K et les autres parties de la dynamo. La génératrice R, S est triphasée et peut être séparée au moyen d'un interrupteur E, pour qu'on puisse relier aux points 3 ou 4 une autre source de courant telle qu'un réseau alternatif. Ceci est avantageux lorsque le véhicule sur lequel est monté la dyna- mo ne roule pas et que la génératrice R, S est par conséquent aussi arrêtée. Dans ce cas le courant introduit en 3 ou 4 sert a.u lieu du courent produit par le dispositif R, S à charger la, batterie B ou à alimenter d'autres points de consommation bran - chésen 1, 2.
Grâce au transformateur T' le dispositif peut supporter,du fait du véhicule, des efforts plus grands que s'il n'y avait pa.s de transformateur. Le transformateur permet en outre de faire l'onroulement de la, dynamo pour des tcnsions inférieures aux tensions habituelles.
La figure 7 représente aussi l'utilisation d'-un transforma.-
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teur T'. Dans ce cas la dynamo est monophasée. Le stator S com- porte deux enroulements décalés entre eux de 90 degrés électri - ques. Ceci permet de mieux utiliser la dynamo que d'habitude en ce qui concerne l'encombrement et le rendement économique.
Le transformateur a. trois branches. La branche centrale ne porte pas d'enroulement et sa section est 2 fois plus grande que; celle des deux autres branches. La génératrice R, S peut être séparée au moyen de l'interrupteur E, comme dans la figure 6, pour qu'on puisse brancher une autre source de courant en 3 ou en 4.
Le dispositif à résistance W représenté par les figures 8 et 9 comporte, sur un corps en fer A, d.eux enroulements C, C' montés en série et pouvant être reliés au circuit du stator ou au circuit du rotor de la dynamo au moyen de deux bornes g. h.
La. dynamo n'est pas représentée. Un induit D peut tourner autour d'un axe 1 entre les enroulements C, C'. L'induit D porte un seul enroulement en court-circuit d. Un ressort de traction e est fixé à un point f de l'induit.
Dès que le courant de la dynamo traverse les enroulements C, C', il se produit dans l'enroulement d, un courant de court- circuit opposé à, celui de la dynamo. En conséquence, l'induit tourne dans le sens de la flèche et vient occuper par exemple la position indiquée dans la figure 9, ce qui a pour effet d'augmenter l'inductance des enroulements s C , C' . Le ressort e fait équilibre au couple de l'induit.
Cet équilibre est rompu dès que le courant de la dynamo dépasse une certaine. valeur. Da.ns ce ces l'induitD continue à tourner, par exemple au-delà de la position indiquée dans la figure 9, ce qui a également pour effet d'augmenter l'inductance des enroulements C, C'. Le courant de la dynamo baisse donc jusqu'à cette certaine valeur. L'enroulement d tend toujours à se placer perpendiculairement à l'axe du champ des enroulements C, C'. Tant que cette position n'est pas atteinte, le courant de
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la dynamo ne peut pas dépasser sa valeur maxima. Le jeu de l'in- duit agitdonc sur l'inductance des enroulements C, C' , ce qui empêche le courant de la dynamo d' augmenter d'une façon linéai - r e.
Le couple de l'induit diminue au fur et à mesure que le mouvement angulaire de l'enroulement d augmente. L'action du ressort antagoniste e s'adapta à ce phénomène du fait que le bras de levier par lequel le ressort attaque l'induitdiminue également. On voit par la figure 9 que le bras de levier ost ici plus petit que dans la figure 8.
L'axe i autour duquel peut tourner l'induit D qui sert d'organe de réglage ost donc concentrique par rapport à l'in - duit. En conséquence, celui-ci ne cède pa.s aussi facilement à l'action des vibrations de démarrage, de freinage et des trépidations que des organes de réglage montés excentriques.
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Dynamo, in particular for vehicles.
The invention relates to dynamos and in particular to devices of this type mounted on vehicles to supply, for example, the current necessary for lighting or for charging batteries.
When using direct current machines for this purpose, there is the disadvantage that the collectors of these machines are damaged by the vibrations produced by the vehicle.
In addition, as soon as the machines have been overloaded, it is often necessary to repair their armatures.
According to the invention, which will be described below, an asynchronous alternator is used instead of a direct current machine. This alternator is tuned by capacitors and resistors keep its current constant between certain voltage limits.
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These resistances are such that they in turn depend on this current. The known resistances to iron and to hydrogen are, for example, resistances of this type. This gives a constant current, although the speed of the generator, and therefore also the voltage, varies with the speed of the vehicle.
The invention is based on the following consideration, which is itself based on the impedance equation of an asynchronous machine. We denote by w the circular frequency of the stator currents, the slip, wr = (1 t s) w the circular frequency of the movement of the rotor. L11 # L12 # and L21 # l22 # own rotating induction and mutual rotating induction of stator (index 1) and rotor (index 2). r1 is the resistance of the stator, r2 is the resistance of the rotor of one phase.
When the number of phases of the stator is equal to that of the rotor, the stator impedance is
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or. if = # -1. The imaginary term represents the resulting induction of the generator, induction to be considered for the proper frequency produced w 2ÒF and resonating with the excitation capacity C. The first term, on the other hand, represents the effective resistance of the generator. . If the current of the generator is J, the voltage absorbed in this generator is eG = jz1 # If the load circuit is formed according to the invention by the capacitor C connected in series with an effective resistance R, the load circuit absorbs the voltage EK = J (R - W).
It follows from Eg + EK = 0 that if we do
C in Eg- EK the real terms equal to each other and the imaginary terms equal to each other, we have,
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2 (L11 '- #S + L L ,.
As the slip is negative in the generator, it results from 1)
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1 a j r + R == r. uJ2. L ,, (t, I..2.1l! (5) '() 2 + l.ÙZ L2 (E)' "3) Q Ôg lÚ tA L 216 uW.S - 2 z (1 '\ 2 tu / . L It also follows from 2)
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step W = C im - 2 ks 2 L22a
We can therefore see that r1, R and W depend on the slip. To eliminate this effect, according to another characteristic of the invention, ks is made constant or equal to zero. We obtain this result by doing r = s, ro. that is to say by inserting in the rotor a resistance dependent on the slip s.
Equation 3) then becomes:
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kt - = u) L, ZA L1d = 1 \) 4) - r: 2 WZ L ttd Sir2 is furthermore small compared to w2L2 ona
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5) 1 <5 = L 1M. 1 1L \ = (/ 2.Ll) =: k ,, 3 L L tt6 -t-ta independently of W. Equation 2a then indicates that in this case the asynchronous machine has a constant frequency for. each speed, that is, it provides currents of constant frequency. In this case the load resistance
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11 -.- r, = 7'k "-.r, s 6
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is also independent of slip or speed. It is true that we cannot directly do r2 = s. r, but the resistance r2 can be made to depend on the rotor current J2, by inserting suitable resistors, for example iron and hydrogen resistances in the rotor winding.
From a certain value J2. the value of these resistors varies suddenly or in any case depending on the current. Since J2 is first proportional to the slip s, from a certain slip s' at which the current J2 is reached, the resistance r2 increases with the current J2 and consequently with the slip, to increase finally the current J2 Up to a maximum J2 max, a little higher than J2.
At this point r2 has become almost infinite, ks has fallen to almost zero and
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.- ==== - VL-11 A C is more or less independent of the rotor. In this limiting case r2ks "2 A in short still a finite value, because r2 can become very large. We can therefore see that it is possible to build an asynchronous generator with self-excitation providing, between certain speed limits , an alternating current having first a constant frequency, second a constant intensity and third a voltage at the constant terminals EK = -J1Z1 # If we consider that
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.j READ L'ZA. 5. J - j w L 1tA.
Tt + Js w LZ2a -1 E 1 Jlil which, when ro # L22 # becomes
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L z2e Ôi! 2 + "ai where Z1 is the number of turns of the stator, Z2 the number of turns of the rotor and r2 # the coefficient of dispersion. Of the winding
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of the rotor, it is easy to see that J1 is also, from a certain current J, in a fixed relation with J2.
This consideration shows that the object of the invention can be achieved. Some examples of implementation will be explained below.
Figures 1 to 7 of the accompanying drawings show schémati que.ment each an example of the new device.
Figures 8 and 9 are diagrams of a device that can be used in place of the iron and hydrogen resistances mentioned above. FIG. 8 represents the idle state and FIG. 9 a working state. The same pieces are designated by the reference signs marls.
In figures 1 to 7 an asynchronous dynamo is represented by its rotor R and its stator S. The rotor can be constituted by the usual squirrel-cage rotor.
In figure 1, the stator S has three capacitors K, three resistances to iron and to hydrogen or similar resistors W and three consumption lamps L.
In the example figure 2, the charging circuit contains in addition to capacitors K, a transformer T, a rectifier G, two resistors W of the type mentioned and a battery B.
To use the current elsewhere than in battery B, it can be picked up on terminals 1, 2.
FIG. 3 shows a device similar to that of FIG. 2. The difference lies in that FIG. 3 does not indicate any transformers. On the contrary, taps are made at a, b, c on the stator windings.
Instead of the two resistors W indicated in figure 3, it suffices that there is one, which is then mounted from the. shown in broken lines.
It suffices, as shown in Figure 4, that the resistors W are in the rotor R. Taps can be made at a, b.c on the stator winding, these taps being connected to
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other points of consumption than L lamps or other devices, for example, in the way already. indicated in the figure
3.
This device supplies, from a certain speed, a practically constant voltage as well as a practically constant current and an almost exactly constant frequency. This is why it is suitable not only for vehicle lighting and battery charging, but also for producing a prescribed frequency for devices running synchronously or for networks supplied by asynchronous dynamos.
The device in FIG. 5 comprises a resistor W of the type mentioned, mounted in the circuit of the stator and three equal resistors W in the circuit of the rotor. Despite the fluctuations in the frequency Ia, the voltage used to charge the battery B can be kept constant to a great extent by means of a transformer T of great ss.turation.
The device in FIG. 6 comprises a transformer T 'between the capacitors K and the other parts of the dynamo. The generator R, S is three-phase and can be separated by means of a switch E, so that one can connect to points 3 or 4 another current source such as an AC network. This is advantageous when the vehicle on which the dynamo is mounted is not running and the generator R, S is therefore also stopped. In this case, the current introduced at 3 or 4 is used instead of the current produced by the device R, S to charge the battery B or to supply other points of consumption connected to 1, 2.
Thanks to the transformer T 'the device can withstand, because of the vehicle, greater stresses than if there were no transformer. The transformer also makes it possible to wind the dynamo for tcnsions lower than the usual voltages.
Figure 7 also shows the use of a transforma.-
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tor T '. In this case the dynamo is single phase. The stator S comprises two windings offset from each other by 90 electrical degrees. This allows better use of the dynamo than usual in terms of size and economic efficiency.
The transformer a. three branches. The central branch does not carry a winding and its section is 2 times greater than; that of the other two branches. The generator R, S can be separated by means of the switch E, as in figure 6, so that another current source can be connected in 3 or 4.
The resistance device W shown in Figures 8 and 9 comprises, on an iron body A, two windings C, C 'mounted in series and which can be connected to the stator circuit or to the rotor circuit of the dynamo by means two terminals g. h.
The dynamo is not shown. An armature D can rotate around an axis 1 between the windings C, C '. The armature D carries a single short-circuited winding d. A tension spring e is attached to a point f of the armature.
As soon as the current from the dynamo passes through the windings C, C ', a short-circuit current is produced in the winding opposite to that of the dynamo. Consequently, the armature rotates in the direction of the arrow and comes to occupy for example the position indicated in FIG. 9, which has the effect of increasing the inductance of the windings s C, C '. The spring e balances the torque of the armature.
This balance is upset as soon as the dynamo current exceeds a certain. value. Therefore, the armatureD continues to rotate, for example beyond the position indicated in FIG. 9, which also has the effect of increasing the inductance of the windings C, C '. The current of the dynamo therefore drops to this certain value. The winding d always tends to be placed perpendicular to the axis of the field of the windings C, C '. As long as this position is not reached, the current of
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the dynamo cannot exceed its maximum value. The play of the induction therefore acts on the inductance of the windings C, C ', which prevents the dynamo current from increasing in a linear fashion.
The torque of the armature decreases as the angular movement of the winding d increases. The action of the counter spring e adapted to this phenomenon because the lever arm by which the spring attacks the armature also decreases. It can be seen from figure 9 that the lever arm is here smaller than in figure 8.
The axis i around which the armature D, which serves as an adjustment member, can rotate is therefore concentric with respect to the armature. Consequently, the latter does not give in as easily to the action of starting vibrations, braking and trepidations as adjusting members mounted eccentric.