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Perfectionnements apportés aux machines électriques à collecteur.
La présente invention concerne des machines électriques à collecteur, dont le fonctionnement dépend de Inaction réci- proque de deux éléments de base, à savoir, un champ magnétique et un induit disposé dans ou autour de ce champ, cette combi- naison ayant pour but d'engendrer un résultat mécanique en partant d'un état électrique, et vice versa, corme, par exem- ple, dans les moteurs, les génératrices et les survolteurs électriques. Plus spécialement, l'invention concerne des mo- teurs, des génératrices et des mutateurs à courant alternatif, ainsi que des mutateurs à. courant continu et des mutateurs convenant aux courants continu et alternatif.
L'invention vise à améliorer le rendement de machines à courant continu du type comportant un induit influencé par un champ magnétique, ceci par l'intercalation dans le circuit de la machine, de capacitances appelées à accorder les auto- inductances des enroulements en résonance avec la fréquence
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du courant alternatif, ceci étant obtenu en choisissant cha- que capacitance de façon qu'elle présente une réactance égala mais de signe contraire à celle de l'inductance à laquelle elle est associée.
L'invention vise en outre à établir un moteur à courant alternatif du type à collecteur, comportant des enroulements d'inducteur et d'induit distincts, ainsi qu'une capacitance branchée en série avec l'enroulement et présentant une valeur telle qu'elle forme, ensemble avec l'auto-inductance de l'en- roulement inducteur, un circuit récepteur résonnant accordé à la fréquence de la tension d'alimentation..
L'invention vise également à établir une génératrice à courant alternatif du type à collecteur, comprenant des enrou- lements distincts de champ et d'induit, l'excitation étant appliquée aux inducteurs et le débit prélevé sur l'induit,cet- te génératrice comportant une capacitance en série avec l'en- roulement de champ et d'une valeur telle qu'elle forme, avec l'auto-inductance de l'enroulement de champ,un circuit récep- teur résonnant, accordé à la fréquence voulue du courant débité.
Selon une variante de l'invention, un moteur à courant alternatif excité en série présente un induit et des inducteurs connectés en série suivant la pratique courante, mais comporte en outre, en série, une capacitance d'une valeur telle qu'elle accorde l'auto-inductance des enroulements en vue d'une réson- nance en série à la fréquence de l'alimentation, un tel circuit accordé formant une charge non réactive ayant un facteur de puissance égal à l'unité. Comme variante, on peut construire une machine pratique shunt à courant alternatif, en shuntant le circuit d'induit par un circuit de champ accordé, constitué par les bobinages de champ en série avec une capacitance d'une valeur permettant d'accorder l'auto-inductance du champ en ré- sonance avec la fréquence du courant alternatif.
Dans une telle
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disposition, le circuit inducteur est non réactif dans son ensemble, avec le résultat que le courant qui traverse l'en- roulement d'excitation, et donc le flux magnétique, est en phase avec la tension aux bornes de 3'induit shunté par le circuit d'excitation. Grâce à cette disposition, la machine fonctionne avec un facteur de puissance légèrement meilleur que celui de l'induit seul, là où l'induit est Inductif; dans ce cas, l'induit peut, lui aussi, être accordé en résonance, par l'emploi d'une seconde capacitance celle-ci présentant une valeur appropriée et étant en série avec l'induit, dans lequel cas l'ensemble de la machine fonctionne avec un facteur de puissance égal à l'unité ou proche de celle-ci.
A titre de variante, on établit une machine pratique à courant alternatif et à excitation compound, en combinant les caractéristiques des machines série et shunt précitées, par la mise en série de l'induit avec un enroulement excitateur, de préférence avec une capacitance d'accord en série, le tout étant en dérivation sur un circuit excitateur shunt consistant en un enroulement excitateur shunt comprenant une capacitance d'accord en série.
A titre d'autre variante, une machine suivant l'invention, et ayant des caractéristiques compound comporte seulement un en- roulement de champ qui, avec sa capacitance accordée en série, est shunté aux bornes d'une partie seulement de l'induit, l'en- roulement excitateur étant ainsi partie en dérivation et partie en série avec le circuit de l'induit; une autre capacitance peut être disposée en série avec le circuit de l'induit, au cas où il serait indiqué, en raison des conditions de fonctionnement, d'accorder en résonance toute auto-inductance du circuit d'in- duit.
Les machines précitées, bobinées en série, shunt ou com- pound, sont de préférence munies d'induits compensés de telle manière que pour la plupart des applications pratiques l'auto-
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inductance de l'induit soit faible ou négligeable, les capa- citances d'accord pouvant dans ce cas être omises, sauf dans les circuits excitateur à.
On conçoit que les moteurs avec enroulements d'excita- tion en série, shunt ou compound, comme décrit ci-dessus, peu- vent être établis pour fonctionner à n'importe quelle vitesse voulue, quelle que soit la fréquence du courant alternatif; en outre, ils peuvent fonctionner, sans modification apprécia- ble du rendement, avec des courants alternatifs de fréquences différentes, à condition de changea les capacitances conformé- ment à chaque changement de la fréquence; en effet, et à titre d'exemple, une machine monophasé à courant alternatifselon l'invention peut fonctionner, sans modification appréciable du rendement, à la fréquence zéro, c'est-à-dire, sur courant continu, en court-circuitant simplement les capacitances.
Un moteur à courant alternatif, excité en shunt, suivant l'invention, ayant une capacitance en série avec son enroule- ment excitateur, ainsi qu'un induit compensé ou accordé, comme décrit ci-dessus., possède des caractéristiques pratiquement identiques à celle du moteur à courant continu et à excitation en shunt,, mais un rendement inférieur en raison d'effets iné- vitables dus au courant alternatif, par exemple, les pertes dues à l'hystérésis et à l'effet de transformateur. En d'au- tres termes, on obtient un moteur à nombre de tours et à cou- ple relativement constants.
Si une telle machine à courant al- ternatif était alimentée non pas directement par le réseau,mais depuis une source de tension variable, par exemple le secondai- re d'un transformateur de réglage, la variation de la tension fournie aurait pour effet un nombre de tours relativement cons- tant et un couple variable.
Or, on désire souvent garder le couple constant et de rendre le nombre de tours variables; si la marche d'une telle /1
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machine doit rester non réversible, on peut procéder de la manière suivante. Le circuit excitateur, avec sa capacitance en série, est connecta aux bornes de distribution, tandis que le circuit de l'induit est alimenté par une source de tension variable, par exemple, depuis le secondaire d'un transforma- teur de règlage dont le primaire est connecté aux bornes de distribution. Un tel moteur peut, moyennant variation de la tension d'induit, être conditionné pour fournir un couple cons+ tant avec une vitesse variable, avec des temps d'accélération et de freinage constant. Lors du freinage, l'induit renvoie du courant dans son réseau d'alimentation.
Le circuit d'induit peut être alimenté moyennant sa connexion au réseau d'alimentation, tandis que les inducteurs avec leur capacitance en série sont alimentés par une source de tension variable, par exemple, à travers un transformateur de règlage dont le primaire est connecté aux bornes de distri- bution. On obtient ainsi une machine à courant alternatif ana- logue à un moteur à courant continu excité'' en shunt, qui cpm- porte un règlage de l'excitation mais qui est exempt des per- tes dues au rhéostat d'excitation.
Si l'on combine dans un seul moteur la première et la deuxième dispositions qui viennent d'être décrites on a la pos- sibilité de règler la vitesse, ainsi que le couple.
Lorsqu'un tel moteur à courant alternatif doit être réversible et avoir un couple constant, le circuit excitateur avec sa ca- pacitance en série est connecté aux bornes de distribution, mais le circuit d'induit est alimenté par une source de tension et de polarité variables, par exemple les secondaires en série de deux transformateurs dont les primaires sont mis aux bornes de distribution. Un des transformateurs est fixe, tandis que l'autre est variable, leurs secondaires étant en opposition de phase et peuvent donc être considérés comme étant connectés à @
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polarité opposée. La tension secondaire du transformateur fixe peut être la moitié de la tension maximum du secondaire du transformateur variable.
Grâce à cette disposition, on peut, sans manoeuvrer le commutateur, mais en modifiant le règlage du second transformateur, réduire la vitesse de rotation dans un sens à zéro et renverser le sens de rotation, ainsi qu'aug- menter la vitesse progressivement et rapidement jusqu'au maxi- mum. Si le rapport vitesse maximum avant/ vitesse maximum ar- rière doit être autre que l'unité, c'est-à-dire, autre que ce- lui obtenu lorsque la tension secondaire du transformateur fi- xe est moitié de la tension secondaire maximum du transforma- teur variable, on peut choisir en conséquence le rapport entre les tensions secondaires des transformateurs.
Une variante permettant d'obtenir le même résultat com- prend, au lieu de deux transformateurs en opposition comme dé- crit ci-dessus, un seul transformateur à deux enroulements secondaires en opposition. Comme autre variante, et afin d'as- surer une variation progressive de la variation dans les deux sens, on peut employer un transformateur du type bifilaire ou du type auto-transformateur monofilaire dont un des conducteurs de sortie part d'un curseur ;
de préférence, un tel transforma- teur aura un seul bobinage de forme toroïdale, un conducteur de départ étant connecté à un point de prise approprié à cet enroulement, de sorte que le curseur précité, qui porte l'autre conducteur de sortie, peut se déplacer sur l'enroulement de part et d'autre du premier conducteur, fournissant ainsi une tension de sortie variable, laquelle est en phase avec la ten- sion d'entrée, ou déphasée de 180 par rapport à celle=ci, sui- vant que le curseur se trouve, au moment considéré, de l'un ou de l'autre côté du conducteur de prise précité.
Il est bien entendu que ce qui précède concerne un mo- teur shunt à courant alternatif, dont le rendement est analogue
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à celui d'un moteur shunt à courant continu, et que, grâce à l'induit accordé (ou, de préférence, compensé et au circuit d'excitation accordé, -ce moteur fonctionne dans toutes les conditions avec un facteur de puissance égal à l'unité ou s'en rapprochant.
Il convient de noter que l'invention s'applique égale- ment aux génératrices à courant alternatif. Lorsque la machine, telle que décrite ci-dessus, doit comporter une excitation in- dépendante, l'excitation est appliquée aux inducteurs et le débit est prélevé sur,le circuit de l'induit. Dans ces consi- tions, la fréquence de sortie est indépendante du nombre de tours et est déterminée uniquement par la fréquence d'excitation Dans cette disposition on peut supprimer la capacitance de l'enroulement excitateur, et, dans ce cas, on peut appliquer- une excitation de fréquence variable ou une excitation simul- tanée par courant continu et par courant alternatif.
Toutefois, l'emploi de la capacitance de l'enroulement d'excitation s'in- dique lorsqu'on veut eobtenir une excitation à une fréquence ou une excitation discriminative à une seule fréquence. On re- marquera que le courant débité est une reproduction du courant d'excitation en ce qui concerne l'amplitude, la polarité, la fréquence, la phase et la forme de l'onde, le tout reproduit fidèlement, à condition que l'induction du champ ne soit pas assez élevée que pour provoquer une déformation ;
la machine pro- duira donc du courant continu et des courants alternatifs sur une large bande de fréquences, Elans distinetion, le seul fac- teur déterminant étant la nature de l'excitation du champ. Il s'en..,suit que la machine constitue un survolteur à courant conti- nu à constante de temps réduite, c'est-à-dire, qu'elle peut être employée comme survolteur à courant continu et à réaction rapi- de et, simultanément ou alternativement comme survolteur à cou- rant alternatif, sans que, (théoriquement) la fréquence soit li-
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mitée de par la construction. Il y a lieu de noter qu'un in- duit compensé s'indique dans toutes les applications de cette machine comme génératrice ou survolteur.
Lorsqu'une machine telle que décrite ici doit pouvoir fonctionner comme génératrice à courant alternatif à auto-ex- citation, on branche, en série avec l'enroulement de champ, une capacitance dont la valeur est choisie de manière à former, avec l'auto- inductance du champ et les circuits associés, un circuit récepteur résonnant en série, accordé à la fréquence de sortie voulue. L'enroulement de champ, qui comporte la ca- pacitance en série, est excité par du courant dérivé du cou- rant de sortie. Lorsqu'il s'agit de modifier la fréquence de sortie, on modifie en conséquence la capacité de la capacitan- ce en série.
Lorsque la génératrice doit présenter une impé- dance interne à caractéristique négative, on emploiera l'exci- tation en série, l'excitation étant dérivée de préférence du secondaire d'un transformateur dont le primaire est en série avec l'induit et la charge. Lorsqu'on désire obtenir une impé- dance interne à caractéristique positive, l'excitation est dé- rivée d'un circuit en dérivation avec l'induit, tandis que, là où l'impédance interne doit présenter une caractéristique intermédiaire entre les valeurs positive et négative réalisa- bles, par exemple une caractéristique zéro, on emploiera une excitation shunt et série, comme décret ci-dessus.,, mais com- binées d*une manière appropriée.
On remarquera qu'une généra- trice à auto'*excitation, comme décrit ci-dessus, fournira une onde particulièrement exempte d'harmoniques, grâce à la discri- mination de fréquence dans le circuit d'excitation accordé.
Dans la description ci-dessus, on a supposé une machine monophasée. On peut cependant prévoir un fonctionnement en polyphasé; dans ce cas, on emploie des capacitances de la ma- nière décrite, mais dans chaque phase. Dans le cas d'une géné- ratrice polyphasée à courant alternatif à auto-excitation, sui-
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vant la présente invention, il est préférable de dériver l"ex- citation d'une seule phase du courant de sortie et d'assurer l'excitation des autres phases au moyen d'un circuit de dépha- sage-
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R e v a n d i e a ti o n s .
1.- Moteur à courant alternatif du type à collecteur, compor- tant des enroulements de champ et d'induit séparés, et dont l'enroulement d'excitation contient une capacitance en série d'une valeur telle qu'elle forme,avec l'auto-inductance de l'enroulement d'excitation, un circuit récepteur résonant , accordé à la fréquence de la tension d'alimentation.
2.- Moteur à courant alternatif du type à collecteur, compor-' tant des enroulements de champ et d'induit séparés, et dont l'enroulement d'excitation contient une capacitance en série d'une valeur telle qu'elle forme, avec l'auto-inductance de l'enroulement d'excitation, un circuit récepteur résonant, accordé à la fréquence de la tension d'alimentation et dans lequel le circuit de champ est excité par le secondaire d'un transformateur.
3. - Moteur selon les revendications l'et. 2, présentant un cir- cuit de champ accordé et muni d'une capacitance en série avec le circuit de l'induit et d'une valeur telle qu'elle forme, avec l'auto-inductance du circuit de l'induit, un circuit ré- cepteur résonnant, accordé à la fréquence de la tension d'a- limentation.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.