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Transformateur à champ tournant.
La présente invention concerne un transformateur, en particulier pour la transformation de courant continu en courant alternatif ou tournant, ainsi que pour quelques autres possibilités d'emploi.
Il est connu de transformer le courant continu en courant alternatif par un interrupteur à saccades. Il en résulte comme défaut, non seulement un courant alternatif à très nombreuses ondes supérieures dont l'élimination exige de grands filtres, mais en outre, un tel interrupteur à saccades ne peut s'adapter que pour de très petites puissances. On connaît également des transformateurs avec générateurs à résistance. Le degré d'effet de ces transformateurs est limité par ce que, dans ces transformateurs, il est retiré périodiquement de la puissance de courant continu, des valeurs de courant momentané ou des valeurs de puissance, comme pertes. Le plus connu est le transformateur-moteur-générateur.
Dans celui-ci, à la première transformation, toute l'énergie est transformée en énergie mécanique, et une partie importante de l'énergie mécanique se perd alors par suite du frottement de support et du frottement de l'air de l'induit du moteur et du générateur. Cette perte est considérablement diminuée dans le transformateur à un seul induit, qui est un transformateur-moteur-générateur avec induits du moteur et du générateur réunis. puisque l'induit por-
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tant l'enroule aient tourne, il se produit cependant alors encore de notables pertes par frottement.
On est ainsi arrivé à des modifications du transformateur à un seul induit, dans lesquelles le support d'enroulement est fixe, de même que le collecteur, le support des balais du collecteur et une partie située axialement dans le support, et portant le champ magnétique, étant mis en rotation. Le courant continu amené par les balais tournants détermine un champ magnétique tournant qui met en rotation le rotor interne mentionné. En même temps ce rotor, qui peut être constitué comme aimant permanent ou être fait de fer doux, ferme le flux de force magnétique, et le champ magnétique induit dans les enroulements secondaires le courant alternatif ou le courant tournant à capter.
Cette forme du transformateur à champ tournant économise l'encombrement, mais nécessita l'égalité de la fréquence de rotation des balais et de la fréquence de rotation du champ tournant, de sorte qu'on ne peut pas atteindre de fréquences de courant alternatif ou de courant tournant plus hautes que les fréquences de rotation des masses rotatives des balais et du rotor, admissibles pour des raisons de résistance (solidité).
Afin de conserver les avantages du transformateur à un seul induit et en particulier du transformateur à champ tournant, au pont de vue degré favorable d'effet et en même temps économie de l'encombrement additionnel extérieur pour un moteur d'entraînement indépen- dant éventuel, tout en évitant la limitation da la fréquence du courant alternatif, l'invention propose la disposition suivante.
Dans l'espace interne de rotor du transformateur à champ tournant décrit, il est monté, au lieu du rotor, un petit moteur d'entraînement indépendant du chaiap tournent, et calculé pour la petite puissance nécessaire à la rotation du porte-balais ; sur l'arbre de ce moteur se trouve la porte-balais ; le support d'enroulement ferro-magnénétique, qui entoure cylindriquemant le moteur d'entraînement et est fait par exemple de tôle pour transformateur, mène les deux enroulements de transformation dans des canaux tels que le flux magnétique transmis peut se fermer dans ce noyau.
Dans cette disposition, on économise le rotor qui ferme la flux da champ et l'encombrement total n'est pas augmenté par rapport au transformateur à champ tournant décrit ci-
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dessus ; de plus, la rotation des balais n'est pas liée au champ tournant. Le collecteur de champ tournant peut donc être avantageusement réalisé de fagon suivante :
On peut diviser la série des lamelles du collecteur en deux ou plusieurs groupes identiques et relier les lamelles de chaque groupe aux points d'amenée de courant de tous les enroulements du côté du courant continu du générateur transformateur.
Si le balai tournant a balayé un tel groupe, le champ tournant magnétique a déjà parcouru une période complète de rotation de 3600 et deux ou plusieurs périodes du courant alternatif induit correspondent à la période de rotation des balais. Si on choisit de cette manière le collecteur de champ tournant, par exemple quatre fois périodique, la fréquence du courant alternatif ou du courant tournant induit est quatre fois aussi haute que. la fréquence, de rotation des balais et de celle du moteur d'entraînement. Cette augmentation de fréquence est possible sans danger en ce qui concerne la solidité et elle ne nécessite pas de multiplication des enroulements, mais seulement la division voulue du collecteur.
On peut construire et disposer, de manière connue déjà pour de grandes vitesses de rotation, des balais tournants assurés contre la force centrifuge ; ils permettant en général de plus grands nombres de tours que des aimants tournants ou des induits enroulés. La fréquence encore multipliée se produit alors, du côté de sortie (courant alternatif) par l'emploi du collecteur à plusieurs périodes décrit.
Afin de ne pas avoir une plus grande consommation de courant dans les enroulements primaires, lors de l'enclenchement, pour une grande vitesse du moteur d'entraînement, on choisit, conformément à l'invention, la disposition des balais de manière que ceux-ci ne s'appliquent sur les lamelles du collecteur que pour des nombres élevés de tours.
Ceci est rendu possible très simplement par une disposition mécanique fonctionnant sous l'action de la force centrifuge, et comportant une petite masse auxiliaire, on peut par exemple disposer les lamelles du collecteur, sous forme de secteurs ou segments étroits, dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et en faisant appuyer sur les balais en charbon déplaçbles en direction axiale
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et maintenus élastiquement, un petit levier coudé dont l'autre branche est dirigée axialement et porte une petite masse à son ex- trémité. Ce n'est que lorsqu'un nombre de tours déterminé a été atteint que les balais forment contact et établissent le courant pour l'obtention du champ tournant, en évitant les forts courants de départ,
La possibilité de prévoir un faible intervalle d'air adéquat dans le support d'enroulements ou d'employer des enroulements auxiliaires n'est pas empêchée par la forme proposée du transformateur à champ tournant.
Le transformateur décrit peut servir non seulement à transformer du courant continu en courant alternatif ou en courant tournant, mais aussi inversement à transformer un courant tournant en courant continu. Comme moteur d'entraînement, on choisit un moteur synchrone et l'on envoie le courant tournant aux enroulements secondaires.
Pour une position adéquate des balais du collecteur, on prélève alors le courant continu à ces balais. Si au lieu de courant tournant on envoie dans les enroulements secondaires du courant alternatif monophasé, on peut alors prélever aux balais du courant continu redressé, mais pulsatoire.
Si l'on envoie du courant tournant dans les enroulements du secondaire et qu'on fait tourner le moteur d'entraînement en sens opposé ou dans le même sens que le champ tournant, on peut prélever aux balais un courant alternatif dont la fréquence est égale à la somme ou à la différence de la fréquence du courant tournant et de la fréquence de rotation du moteur. Si en particulier le moteur d'entraînement tourne à la fréquence du courant tournant et en sens contraire, les balais fournissent du courant alternatif de fréquence double, ce courant étant mono ou polyphasé suivant le type des enroulements et le nombre des paires de balais.
Si la disposition du transformateur décrit est modifiée en ce sens qu'outre le collecteur de champ tournant prévu pour l'amenée de courant continu au côté primaire, il est encore prévu un autre collecteur à balais rotatifs, monté sur le marne arbre, on peut alors par exemple prélever du courant continu, éventuellement sous une autre tension aux balais du deuxième collecteur, pour les enroulements
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secondaires choisis également. suivant le type des enroulements d'induit d'un moteur à courant continu, et lors de leur raccordement aux lamelles de ce deuxième collecteur. Cette disposition peut donc être aussi employée à la transformation de tension de courant continu.
Si l'on raccorde les lamelles du deuxième collecteur dans la succession inversée circulairement aux ènroulements, on peut, quand le courant continu est amené au côté primaire, prélever aux balais secondaires du courant continu ou du courant tournant d'une fréquence double de la fréquence de rotation du moteur ou de la fréquence du moteur déjà multipliée par le collecteur multi-périodique.
Au dessin annexé est représenté à titre d'exemple un transformateur à champ tournant conforme à l'invention, avec moteur interne d'entraînement et collecteur multi-périodique. A ce dessin : fig.l est une coupe longitudinale du transformateur, f ig.2 est une vue du collecteur ffiulti-périodique dans le plan AB de la fig.l et fig.3 est une coupe suivant la ligne C-D de la fig.l.
Le petit moteur interne d'entraînement 1 possède un arbre 2 sur lequel est monté le porte-balais 3.4 désigne les paquets de tôle du noyau annulaire de transformation ou support des enroulements, 5 les rainures ou canaux de réception des enroulements. 6 représente par exemple les enroulements du côté de courant continu et 7 les enroulements du côté de courant alternatif. Le collecteur fixe 8 à par exemple 36 lamelles 9 est balayé par les balais rotatifs 10. Les enroulements 6 sont raccordés aux lamelles 9, tandis que les enroulements 7 sont raccordés aux bornes 11.
Dans le cas représenté, il s'agit de transformer du courant continu en courant alternatif et d'obtenir pour le courant tournant induit en 7 une fréquence triple de la fréquence de rotation des balais. A cet effet, les 36 lamelles du collecteur multi-périodique sont divisées en trois groupes I, II, III de chacun 12 lamelles.
Toutes les 3 lamelles du même rang ou numéro dans chacun des groupes sont raccordées au même point d'amenée des enroulements de courant. continu, donc aux rainures de même rang ou numéro.
Afin que les balais du collecteur ne s'appliquent sur celui-ci
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que pour un nombre élevé de tours du moteur d'entraînement et d'éviter ainsi le fort courant de démarrage du transformateur, les balais sont retenus par les lames de ressort 12, de manière a être deplaga- bles dans la direction de l'axe du moteur. Ils ne sont appuyés sur le collecteur qu'à partir d'un nombre déterminé de tours minimum, au moyen des petits leviers coudés 13 pivotés en 14 et équipés des masses centrifuges 15, ces leviers agissant par les bras de pression 16.
REVENDICATIONS.
1. Transformateur à champ tournant, en particulier pour la transformation de courant continu en courant alternatif oà courant tournant, ou inversement, et comportant des balais tournants de collecteur, un collecteur fixe et un noyau fixe de transformation avec les enroulements à courant continu raccordé aux lamelles du collecteur et enroulements à courant alternatif enrobés en même temps, caractérisé en ce que le porte-balais (3) est mis en rotation par un petit moteur d'entraînement (1), indépendant du champ tournant et situé axialement à l'intérieur du support (4) d'enroulements fermé cylindriquement sur lui-même.
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Rotating field transformer.
The present invention relates to a transformer, in particular for the transformation of direct current into alternating or rotating current, as well as to some other possibilities of use.
It is known practice to transform direct current into alternating current by means of a jerk switch. As a defect, the result is not only an alternating current with very many higher waves, the elimination of which requires large filters, but in addition, such a jerk switch can only be adapted for very small powers. Transformers with resistance generators are also known. The degree of effect of these transformers is limited by the fact that in these transformers it is periodically removed from direct current power, momentary current values or power values, as losses. The best known is the transformer-motor-generator.
In this one, at the first transformation, all the energy is transformed into mechanical energy, and a significant part of the mechanical energy is then lost as a result of the support friction and the air friction of the armature of the engine and generator. This loss is greatly reduced in the single-armature transformer, which is a transformer-motor-generator with motor and generator armatures together. since the armature carries
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as long as the coil turns, however, significant friction losses still occur.
We thus arrived at modifications of the transformer with only one armature, in which the winding support is fixed, as well as the collector, the support of the brushes of the collector and a part located axially in the support, and carrying the magnetic field , being rotated. The direct current supplied by the rotating brushes determines a rotating magnetic field which rotates the mentioned internal rotor. At the same time this rotor, which can be made as a permanent magnet or be made of soft iron, closes the flow of magnetic force, and the magnetic field induces in the secondary windings the alternating current or the rotating current to be picked up.
This form of the rotating field transformer saves space, but required equality of the frequency of rotation of the brushes and the frequency of rotation of the rotating field, so that alternating current frequencies or frequencies cannot be achieved. rotating current higher than the rotation frequencies of the rotating masses of the brushes and the rotor, admissible for reasons of resistance (solidity).
In order to maintain the advantages of the single-armature transformer and in particular of the rotating field transformer, in view of the favorable degree of effect and at the same time saving of additional external space for a possible independent drive motor , while avoiding the limitation of the frequency of the alternating current, the invention proposes the following arrangement.
In the internal rotor space of the rotary field transformer described, it is mounted, instead of the rotor, a small drive motor independent of the rotating chaiap, and calculated for the small power necessary for the rotation of the brush holder; on the shaft of this motor is the brush holder; the ferro-magnetic winding support, which cylindrically surrounds the drive motor and is made for example of transformer sheet metal, leads the two transformer windings into channels such that the transmitted magnetic flux can close in this core.
In this arrangement, the rotor is saved which closes the field flow and the total size is not increased compared to the rotating field transformer described above.
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above ; moreover, the rotation of the brushes is not linked to the rotating field. The rotating field collector can therefore be advantageously produced as follows:
The series of lamellae of the collector can be divided into two or more identical groups and the lamellae of each group can be connected to the current feed points of all the windings on the direct current side of the generator transformer.
If the rotating brush has swept such a group, the rotating magnetic field has already gone through a full period of rotation of 3600 and two or more periods of the induced alternating current correspond to the period of rotation of the brushes. If the rotating field collector is chosen in this way, for example four times periodic, the frequency of the alternating current or the induced rotating current is four times as high as. the frequency of brush rotation and that of the drive motor. This increase in frequency is possible without danger as regards solidity and it does not require multiplication of the windings, but only the desired division of the collector.
It is possible to construct and have, in a manner already known for high rotational speeds, rotating brushes secured against centrifugal force; they generally allow greater numbers of turns than rotating magnets or wound armatures. The frequency further multiplied is then produced on the output side (alternating current) by the use of the multi-period collector described.
In order not to have a greater consumption of current in the primary windings, when switching on, for a high speed of the drive motor, the arrangement of the brushes is chosen, according to the invention, in such a way that those- these only apply to the manifold fins for high numbers of turns.
This is made possible very simply by a mechanical arrangement operating under the action of centrifugal force, and comprising a small auxiliary mass, for example the lamellae of the collector can be placed, in the form of sectors or narrow segments, in a plane perpendicular to the axis of rotation and pressing the axially movable carbon brushes
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and held elastically, a small bent lever, the other branch of which is directed axially and carries a small mass at its end. It is only when a determined number of turns has been reached that the brushes form contact and establish the current to obtain the rotating field, avoiding strong starting currents,
The possibility of providing an adequate small air gap in the winding support or of employing auxiliary windings is not precluded by the proposed form of the rotating field transformer.
The described transformer can be used not only to transform direct current into alternating current or into rotating current, but also conversely to transform rotating current into direct current. As the drive motor, a synchronous motor is chosen and the rotating current is sent to the secondary windings.
For an adequate position of the brushes of the collector, the direct current is then taken from these brushes. If, instead of rotating current, single-phase alternating current is sent to the secondary windings, then rectified, but pulsating direct current can be taken from the brushes.
If rotating current is sent through the secondary windings and the drive motor is rotated in the opposite direction or in the same direction as the rotating field, an alternating current of equal frequency can be taken from the brushes. the sum or difference of the frequency of the rotating current and the frequency of rotation of the motor. If in particular the drive motor rotates at the frequency of the rotating current and in the opposite direction, the brushes supply alternating current of double frequency, this current being single or polyphase depending on the type of windings and the number of pairs of brushes.
If the arrangement of the described transformer is changed so that in addition to the rotating field collector provided for the direct current supply to the primary side, there is still another rotating brush collector, mounted on the shaft, it is possible then for example take direct current, possibly under another voltage to the brushes of the second collector, for the windings
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secondaries also chosen. depending on the type of armature windings of a direct current motor, and during their connection to the lamellae of this second collector. This arrangement can therefore also be used for the transformation of voltage into direct current.
If we connect the blades of the second collector in the inverted succession circularly to the windings, it is possible, when the direct current is brought to the primary side, to take from the secondary brushes direct current or rotating current with a frequency twice the frequency motor rotation or motor frequency already multiplied by the multi-periodic collector.
In the accompanying drawing is shown by way of example a rotating field transformer according to the invention, with internal drive motor and multi-period collector. In this drawing: fig.l is a longitudinal section of the transformer, f ig.2 is a view of the ffiulti-periodic collector in the plane AB of fig.l and fig.3 is a section along the line CD of fig. l.
The small internal drive motor 1 has a shaft 2 on which the brush holder is mounted 3.4 designates the sheet packets of the annular transforming core or support of the windings, the grooves or receiving channels of the windings. 6 shows for example the windings on the direct current side and 7 the windings on the alternating current side. The fixed collector 8 with for example 36 blades 9 is swept by the rotating brushes 10. The windings 6 are connected to the blades 9, while the windings 7 are connected to the terminals 11.
In the case shown, it is a matter of transforming direct current into alternating current and obtaining for the rotating current induced at 7 a frequency three times the frequency of rotation of the brushes. For this purpose, the 36 lamellae of the multi-periodic collector are divided into three groups I, II, III of each 12 lamellae.
All 3 lamellae of the same row or number in each of the groups are connected to the same feed point of the current windings. continuous, therefore to the grooves of the same row or number.
So that the brushes of the collector do not apply to it
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that for a high number of revolutions of the drive motor and thus to avoid the high starting current of the transformer, the brushes are retained by the leaf springs 12, so as to be movable in the direction of the axis of the motor. They are only supported on the collector from a determined minimum number of turns, by means of the small angled levers 13 pivoted at 14 and equipped with centrifugal masses 15, these levers acting by the pressure arms 16.
CLAIMS.
1. Rotating field transformer, in particular for transforming direct current into alternating current or rotating current, or vice versa, and comprising rotating collector brushes, a fixed collector and a fixed transformation core with the direct current windings connected to the lamellae of the collector and alternating current windings coated at the same time, characterized in that the brush holder (3) is rotated by a small drive motor (1), independent of the rotating field and located axially inside of the winding support (4) closed cylindrically on itself.