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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.