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FERIECI'IOT'(1.'S ,AUX biEl.CHiHES A COURANT CONTINU DU TYPE IMTADYNE*-
L'invention est relative à une machine à courant continu du type métadyne dont la disposition des enroulements du stator est sensiblement simplifia et dans laquelle le cuivre nécessaire est réduit de beaucoup.
Une machine à courant continu du tyne métadyne est une machine électrique tournante, qui peut agir soit comme transformatrice, soit comme génératrice ou moteur. La métadyne transformatrice transforme généralement un cou- Tant continu à tension constante et d'intensité variable en courant continu à intensité approximativement constante et à tension variable, Comme génératrice, la métadyne transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique sous la forme de courant continu de grandeur approximativement constante, et comme moteur, elle transforme un courant continu d'intensité approximativement constante en puissance mécanique.
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La métadyne, dans sa forme la plus simple, possède un rotor avec des enroulements et un collecteur, sous la forme d'un induit pour courant continu. Le rotor d'une machine bipolaire est généralement muni de deux 'balais primaires et de deux balais secondaires* Les balais primaires sont soumis à une différence de tension de grandeur approximativement constante, tandis que les balais secondaires fournissent un courant continu à tintensité essentiellement constante
Le rotor de la métadyne transformatrice tourne généralement à vitesse constante. Le courant primaire qui parcourt les enroulements du rotor provoque un flux dans la direction de l'axe primaire de commutation qui induit une force électromotrice entre les balais primaires. Le circuit magnétique des flux produits dans les enroulements du rotor est fermé par un stator de réluctance magnétique minima.
Généralement dans le stator de la métadyne on prévoit des enroulements qui peuvent régler les caractéristiques électromagnétiques de la machine et qui garantissent la stabilité de la machine morne
La différence de tension constante existant entre les balais primaires peut prendre une valeur quelconque* Si cette valeur est différente de zéro, les balais primaires de la métadyne sont insérés dans un circuit à courant continu à tension constante. Si la différence de tension est égale à zéro, alors les balais primaires sont en court circuit, soit directement, soit à travers un enroulement de résistance négligeable.
Dans le premier cas, la métadyne est en connexion avec deux sources de courant et généralement elle transformera une partie de la puissance électrique à tension constante absorbée par le circuit primaire en puissance électrique sous forme de courant continu à intensité constante fournie au circuit secondaire et l'autre partie en puissance mécanique (positive ou négative).
Avec une bonne disposition des enroulements du stator on peut obtenir que la métadyne fonctionne pratiquement comme simple convertisseur ou bien fonctionne comme moteur ou générateur (couple positif ou négatif}.
Pour simplifier sensiblement la disposition des enroulements du stator de la métadyne et pour réduire de beaucoup le cuivre nécessaire, conformément à cette invention, la métadyne est munie de deux enroulements de stator, dont les axes magnétiques sont généralement déphasés électriquement de 90 degrés; chaque enroulement étant alimenté par une métadyne auxiliaire à courant constant, comme, par exemple, une métadyne ou une machine kraemer. Les
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enroulements du stator de la machine principale sont connectés aux balais se- condaixes des machines auxiliaires dont les enroulement de stator règlent le courant secondaire de ces machines auxiliaires et influencent ainsi les carac- téristiques mécaniques et électriques de la machine principale.
L'invention est illustrée par les quatre figures jointes.
La fig.1. montre une métadyne dont les balais sont connectés à un circuit à courant continu à tension constante*
La fig.2 est relative à une métadyne qui fonctionne comme géné- ratrice avec ses.balais primaires en oourt circuit à travers les enroulements du stator.
Les Fig.3 et 4 représentent des perfectionnements des machines auxiliaires.
Dans la fig,l, la machine principale est connectée par ses ba- lais primaires a et c, au circuit 2 à courant continu à tension constante, Les balais secondaires, b et d, fournissent le courant constant qui alimente le circuit 3 à courant continu, Les machines auxiliaires 4 et 5 sont connectées, avec leurs balais primaires a et c au circuit 2 à courant continu, tandis que les balais secondaires b et d alimentent les enroulements du stator 6 et 7.
Les axes magnétiques des enroulements du stator 6 et 7 sont électriquement dé- @ phasés de 90 l'un par rapport à l'autre,l'axe de l'enroulement 6 se trouvant en direction de l'axe primaire de commutation et l'axe de l'enroulement 7 en direction de l'axe secondaire de commutation.
Par le règlage du courant secondaire des machines auxiliaires 4 et 5, l'effet des ampères tours des enroulements de stator 6 et 7 suivant taxe primaire ,et, respectivement,secondaire de commutation, sera lui-même con- venablement réglé. Le courant secondaire de la machine auxiliaire 5 est réglé au moyen des enroulements statoriques 8,9 et 10. L'enroulement statorique 8 est excité séparément, tandis que l'enroulement 9 est parcouru par le courant primaire de la machine principale, L'enroulement 10 est connecté au circuit secondaire de la machine principale. Le courant secondaire de la machine auxi- liaire 4 est réglé par les enroulements statoriques 11, 12 et 13. L'enroulement 11 est excité par une source de courant séparée tandis que l'enroulement 12 est parcouru par le courant secondaire de la machine principale.
L'enroulement 13 est connecté au circuit secondaire de la machine principale,
Les caractéristiques mécaniques et électriques'de la machine
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principale dépendent de la direction et de la grandeur de l'effet des ampères tours des enroulements 8,9, 10, 11, 12 et 13, car ces effets agissent directement sur la machine principale.
Le dispositif sur lequel se base 1'invention est indépendant de la disposition de l'enroulement du stator de la machine auxiliaire. C'est essentiel pour l'invention que chaque enroulement du stator de la machine principale soit alimenté par une des machines auxiliaires. Pour éclaircir le fonctionnement des machines auxiliaires on a décrit ci-dessous deux dispositions différentes.
Dans une de ces dispositions la machine principale agit comme simple convertisseur. L'enroulement 11 se trouve alors dans le circuit du courant d'une machine régulatrice -non dessinée- construite comme machine shunt, non saturée et reliée au circuit 2 de courant continu à tension cônetante à travers les enroulements 11.
L'enroulement 12 est placé de manière à ce que son effet d'ampères tours, entre les balais secondaires de la machine principale provoque une force électromotrice de direction contraire au courant secondaire de la machine principale. L'enroulement 9 engendre une force électromotrice entre les balais primaires de la machine principale qui est de direction contraire au courant primaire. Le courant qui passe dans l'enroulement 8 détermine la grandeur du courant secondaire de la machine principale. La grandeur de l'affet des ampères tours des enroulements 10 et 13 influera sur la grandeur du courant qui traverse la machine régulatrice et sur le courant secondaire de la machine principale en fonction de la tension secondaire de la machine prin0 cipale même.
Dans une deuxième disposition selon la Fig.1, la machine principale agit comme simple génératrice. Dans ce cas l'enrobement 11 n'est parcouru par aucun courant, tandis que la disposition des enroulements 12, 9, 8 et 10 reste invariée. L'enroulement 13 est placé de façon à ce que l'effet de ses ampères tours provoque une force électromotrice entre les balais secon- daires de la machine principale qui ait la même direction que celle de la force électromotrice induite par l'effet des ampères-tours primaires du rotor de la machine principale, Avec une telle disposition de l'enroulement 13.
la puissance primaire fournie par le circuit de courant continu à tension cons- tante est réduite à un travail minime, négligeable, de sorte que la. machine
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principale agit pratiquement comme une simple génératrice.
Les machines auxiliaires 4 et 5 respectivement, peuvent en outre être munies d'un enroulement additionnel traversé par le courant pri- maire, et respectivement secondaire, de la machine principale,
Pareillement les enroulements 10 et 13 peuvent aussi être reliés à d'autres balais de la machine principale suivant le but poursuivi chaque fois* L'invention n'est naturellement pas limitée à ces exemples constructifs.
L'exemple suivant la Fig,2 prévoit une métadyne dont les balais primaires sont en général en oourt circuit et dont la tension entre les balais primaires est approximativement égale à zéro. Les balais primaires de la machine prinsipale 1 et des machines auxiliaires 14 et 15 sont en court circuit direct ou bien à travers un enroulement de résistance minime. ]le courant secondaire de la machine auxiliaire 15 alimente l'enroulement du stator 16 de la machine principale, tandis que le courant secondaire de la machine auxiliaire 14 alimente l'enrou- lement 17 du stator de la machine principale.
Les axes magnétiques des enroulements 16 et 17 du stator sont aussi déphasés électriquement de 90 les uns des autres, mais cette disposition est différente de ibelle de la fig.1 parce que cette dernière a des enroulements sur chaque segment de pôle, tandis que dans la disposition suivant la fig.2 chaque segment de pôle est pourvu d'un seul enroulement.
Dans la Fig.2, on a prévu plusieurs enroulements statoriques sur les machines auxiliaires, Un de ces enroulements est traversé par le courant primaire, un deuxième par le courant secondaire de la machine principale, un troisième est excité séparément et un quatrième est connecté à deux balais de la machine principale. Le dispositif basé sur l'invention est indépendant de la disposition de l'enroulement du stator des machines auxiliaires. Pour l'invention, il est essentiel que chaque enroulement du stator de la machine principale soit alimenté par une machine auxiliaire.
Dans la Fig.2, on a illustré une disposition avec une machine principale qui agit comme génératrice4
Les enroulements 12 et 18 sont placés de façon à ce que leur effet d'ampères tours provoque entre les balais secondaires de la machine prin- oipale une force électromotrice dirigée en sens contraire du courant secondaire.
Les enroulements 19 et 22 provoquent une force électromotrice entre les balais primaires de la machine principale qui a une direction opposée à celle du cou- rant primaire*
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Les enroulements 8 et 11 excités séparément sont traverses par un courant qui détermine la valeur du courant secondaire de la machine principale. Les enroulements 10 et 13 sont placés de facon à ce que leur effet d'ampères tours entre les balais secondaires de la machine principale provoque une force électromotrice ayant la même direction que celle de la force électromotilce induite par l'effet des ampères tours primaires du rotor de la machine prin- cipale.
En plaçant convenablement les enroulements 10 et 13 on réduit le courant primaire à une valeur minime, en augmentant ainsi la capacité de la machine principale.
On peut obtenir un perfectionnement en fournissant aux machines auxiliaires deux'enroulements statoriques additionnels* Suivant les FIG. 3 et 4 un enroulement statorique additionnel 20 est placé dans le circuit secondaire en connexion avec les balais secondaires des machines auxiliaires et de manière que cet enroulement puisse Induire entre les balais secondaires de la machine auxiliaire une force électromotrice ayant la même direction que celle induite par l'effet des ampères tours primaires du rotor.
Le courant primaire est ainsi réduit et la capacité de la machine auxiliaire est augmentée* Un autre enroulement additionnel 21 du stator est traversé par le oourant primaire de la machine auxiliaire et provoque entre les balais primaires de la machine une force électromotrice dirigée en sens opposé au courant primaire*
Les balais primaires de la machine auxiliaire solan la fig.3 sont connectés au circuit 2 de courant continu. Les balais primaires de la machine auxiliaire suivant la fig.4 sont en court-circuit à travers l'enrou- lement statorique 21.
Dans les dispositions suivant les Fig. 1 et 2 la machine principale et les machines auxiliaires sont actionnées par le même arbre. Mais les machines auxiliaires peuvent aussi être actionnées séparément.
Au lieu de décomposer les enroulements statoriques de la métadyne principale en deux autres décalés de 90 , on peut les décomposer en trois autres décalés de 120 et faire usage de trois métadynes auxiliaires, une pour chacun de ces enroulements; ou bien on peut adopter une autre décomposition sans toutefois sortir du domaine de cette invention*
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FERIECI'IOT '(1.'S, WITH CONTINUOUS CURRENT BILES OF THE IMTADYNE TYPE * -
The invention relates to a direct current machine of the metadyne type in which the arrangement of the stator windings is substantially simplified and in which the copper required is greatly reduced.
A tyne metadyne direct current machine is a rotating electrical machine, which can act either as a transformer, or as a generator or motor. The transforming metadyne generally transforms a direct current of constant voltage and variable intensity into direct current of approximately constant intensity and variable voltage, As a generator, the metadyne transforms mechanical energy into electrical energy in the form of direct current of approximately constant magnitude, and as a motor, it transforms a direct current of approximately constant intensity into mechanical power.
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Metadyne, in its simplest form, has a rotor with windings and a collector, in the form of an armature for direct current. The rotor of a bipolar machine is usually provided with two primary brushes and two secondary brushes. The primary brushes are subjected to a voltage difference of approximately constant magnitude, while the secondary brushes provide a direct current at essentially constant intensity.
The rotor of the transforming metadyne generally rotates at a constant speed. The primary current flowing through the rotor windings causes a flow in the direction of the primary switching axis which induces an electromotive force between the primary brushes. The magnetic circuit of the fluxes produced in the rotor windings is closed by a stator of minimum magnetic reluctance.
Usually in the stator of the metadyne there are windings which can adjust the electromagnetic characteristics of the machine and which guarantee the stability of the dull machine.
The constant voltage difference existing between the primary brushes can take any value * If this value is different from zero, the primary brushes of the metadyne are inserted in a direct current circuit at constant voltage. If the voltage difference is zero, then the primary brushes are shorted, either directly or through a winding of negligible resistance.
In the first case, the metadyne is in connection with two current sources and generally it will transform part of the electric power at constant voltage absorbed by the primary circuit into electric power in the form of direct current at constant intensity supplied to the secondary circuit and the 'other part in mechanical power (positive or negative).
With a good arrangement of the stator windings it is possible to obtain that the metadyne functions practically as a simple converter or else functions as a motor or generator (positive or negative torque}.
To substantially simplify the arrangement of the stator windings of the metadyne and to greatly reduce the copper required, in accordance with this invention, the metadyne is provided with two stator windings, the magnetic axes of which are generally electrically out of phase by 90 degrees; each winding being powered by an auxiliary constant current metadyne, such as, for example, a metadyne or a kraemer machine. The
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The stator windings of the main machine are connected to the secondary brushes of the auxiliary machines whose stator windings regulate the secondary current of these auxiliary machines and thus influence the mechanical and electrical characteristics of the main machine.
The invention is illustrated by the four accompanying figures.
Fig. 1. shows a metadyne whose brushes are connected to a constant voltage direct current circuit *
Fig. 2 relates to a metadyne which functions as a generator with its primary brushes in short circuit through the stator windings.
Figs. 3 and 4 represent improvements to the auxiliary machines.
In fig, l, the main machine is connected by its primary balances a and c, to the direct current circuit 2 at constant voltage, The secondary brushes, b and d, provide the constant current which supplies the circuit 3 with current DC, Auxiliary machines 4 and 5 are connected, with their primary brushes a and c, to DC circuit 2, while secondary brushes b and d supply the stator windings 6 and 7.
The magnetic axes of stator windings 6 and 7 are electrically out of phase by 90 with respect to each other, with the axis of winding 6 facing the primary switching axis and axis of winding 7 in the direction of the secondary switching axis.
By adjusting the secondary current of the auxiliary machines 4 and 5, the effect of the ampere turns of the stator windings 6 and 7 according to the primary rate, and, respectively, the switching secondary, will itself be suitably adjusted. The secondary current of the auxiliary machine 5 is regulated by means of the stator windings 8, 9 and 10. The stator winding 8 is energized separately, while the winding 9 is traversed by the primary current of the main machine, The winding 10 is connected to the secondary circuit of the main machine. The secondary current of the auxiliary machine 4 is regulated by the stator windings 11, 12 and 13. The winding 11 is energized by a separate current source while the winding 12 is carried by the secondary current of the main machine. .
Winding 13 is connected to the secondary circuit of the main machine,
The mechanical and electrical characteristics of the machine
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main depend on the direction and magnitude of the effect of the ampere turns of windings 8, 9, 10, 11, 12 and 13, since these effects act directly on the main machine.
The device on which the invention is based is independent of the arrangement of the stator winding of the auxiliary machine. It is essential for the invention that each winding of the stator of the main machine is supplied by one of the auxiliary machines. To clarify the operation of the auxiliary machines, two different arrangements have been described below.
In one of these arrangements, the main machine acts as a simple converter. The winding 11 is then in the current circuit of a regulating machine - not drawn - built as a shunt machine, unsaturated and connected to the direct current circuit 2 with conical voltage through the windings 11.
The winding 12 is placed so that its effect of amperes turns between the secondary brushes of the main machine causes an electromotive force of direction contrary to the secondary current of the main machine. Winding 9 generates an electromotive force between the primary brushes of the main machine which is in a direction opposite to the primary current. The current flowing through winding 8 determines the magnitude of the secondary current of the main machine. The magnitude of the effect of the ampere turns of windings 10 and 13 will influence the magnitude of the current flowing through the regulating machine and the secondary current of the main machine as a function of the secondary voltage of the main machine itself.
In a second arrangement according to Fig.1, the main machine acts as a simple generator. In this case, the covering 11 is not traversed by any current, while the arrangement of the windings 12, 9, 8 and 10 remains unchanged. Winding 13 is placed so that the effect of its ampere turns causes an electromotive force between the secondary brushes of the main machine which has the same direction as that of the electromotive force induced by the effect of amps. - primary turns of the rotor of the main machine, With such an arrangement of the winding 13.
the primary power supplied by the constant voltage direct current circuit is reduced to minimal, negligible work, so that the. machine
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main acts almost like a simple generator.
The auxiliary machines 4 and 5 respectively can also be provided with an additional winding through which the primary current, and respectively secondary, of the main machine, passes.
Similarly, the windings 10 and 13 can also be connected to other brushes of the main machine depending on the goal pursued each time. The invention is naturally not limited to these constructive examples.
The example according to FIG. 2 provides for a metadyne whose primary brushes are generally short-circuited and whose voltage between the primary brushes is approximately equal to zero. The primary brushes of the main machine 1 and of the auxiliary machines 14 and 15 are in direct short circuit or else through a winding of minimal resistance. The secondary current from the auxiliary machine 15 feeds the winding of the stator 16 of the main machine, while the secondary current of the auxiliary machine 14 feeds the winding 17 of the stator of the main machine.
The magnetic axes of the stator windings 16 and 17 are also electrically out of phase by 90 from each other, but this arrangement is different from ibelle of fig. 1 because the latter has windings on each pole segment, while in the arrangement according to fig.2 each pole segment is provided with a single winding.
In Fig. 2, several stator windings are provided on the auxiliary machines, One of these windings is crossed by the primary current, a second by the secondary current of the main machine, a third is separately excited and a fourth is connected to two brushes from the main machine. The device based on the invention is independent of the arrangement of the stator winding of the auxiliary machines. For the invention, it is essential that each winding of the stator of the main machine is supplied by an auxiliary machine.
In Fig. 2, we have illustrated an arrangement with a main machine which acts as a generator4
The windings 12 and 18 are placed so that their effect of ampere turns causes between the secondary brushes of the main machine an electromotive force directed against the secondary current.
Windings 19 and 22 cause an electromotive force between the primary brushes of the main machine which has a direction opposite to that of the primary current *
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The separately excited windings 8 and 11 are traversed by a current which determines the value of the secondary current of the main machine. The windings 10 and 13 are placed so that their effect of ampere turns between the secondary brushes of the main machine causes an electromotive force having the same direction as that of the electromotive force induced by the effect of the primary ampere turns of the main machine. rotor of the main machine.
By properly positioning the windings 10 and 13, the primary current is reduced to a minimum, thus increasing the capacity of the main machine.
An improvement can be obtained by providing the auxiliary machines with two additional stator windings * According to FIG. 3 and 4 an additional stator winding 20 is placed in the secondary circuit in connection with the secondary brushes of the auxiliary machines and in such a way that this winding can induce between the secondary brushes of the auxiliary machine an electromotive force having the same direction as that induced by the effect of the primary revolutions of the rotor.
The primary current is thus reduced and the capacity of the auxiliary machine is increased * Another additional winding 21 of the stator is crossed by the primary current of the auxiliary machine and causes between the primary brushes of the machine an electromotive force directed in the direction opposite to the primary current *
The primary brushes of the auxiliary machine solan in fig. 3 are connected to the direct current circuit 2. The primary brushes of the auxiliary machine according to fig. 4 are short-circuited through the stator winding 21.
In the arrangements according to Figs. 1 and 2 the main machine and the auxiliary machines are driven by the same shaft. But the auxiliary machines can also be operated separately.
Instead of breaking down the stator windings of the main metadyne into two others offset by 90, we can decompose them into three others offset by 120 and use three auxiliary metadynes, one for each of these windings; or one can adopt another decomposition without however departing from the scope of this invention *