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Disposition de couplage pour machines à collecteur à cou- rant alternatif.
Les dimensions des machines à collecteur à courant alternatif, dépendent fortement, comme on le sait, du choix de la tension transformatrice dans l'enroulement d'induit.
Plus la tension transformatrice est élevée, plus petites de- viennent, pour une puissance déterminée de la machine, le nombre de pôles, le collecteur et par conséquent le diamètre ainsi que la longueur de la machine; en outre l'intensité du courant du moteur et les sections transversales des conduc- teurs de raccordement et les dimensions des instruments de commande sont également réduites.
Comme surtout pour les mo- teurs de traction pour chemins de fer, l'espace disponible est réduit, la puissance limite supérieure de telles machines dépend fortement de la tension transformatrice. Pour cette
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raison, il existe la nécessite de choisir cette dernière aussi élevée que possible, ce qui est pourtant très diffi- cile étant donné que les courants de court-circuit sous les balais, en cas de faible vitesse pour les machines nor- males, croissent proportionnellement au carré de la tension transformatrice entre les lames de collecteur.
Une augmentation de la tension entre les lames, éga- lement appelée tension de court-circuit, n'est par conséquent possible que dans les cas où on parvient à réduire les ten- sions de court-circuit des balais à des valeurs non nuisibles.
Un moyen conau pour obtenir ce résultat consiste à relier les enroulements d'induit par l'intermédiaire de résistances du ohmiques disposées dans l'induit avec, les lames/collecteur.
Un effet semblable peut également être obtenu par l'emploi de balais dits à feuillets. Ils sont, constitués par des feuillets de charbon détachés les uns des autres ou réunis par une colle isolante, qui à la tête du balai sont raccordés à des résistances pour diminuer l'intensité des courants de court-circuit. On a également employé des balais combinés étroit, qui sont disposés dans les porte-balais de manière 1* être isolés mécaniquement et électriquement, de sorte qu'ils peuvent être reliés à des diviseurs de courant de cons-truc- tion spéciale en vue de la compensation des courants d'équili- brage circulant entre les groupes de balais.
Chacune des mesures précitées est cependant accompa- gnée de phénomènes accessoires indésirables, dont l'action est d'autant plus nuisible que le courant de court-circuit doit être réduit plus fortement. Par suite de ces phénomènes accessoires, qui seront examinés en détail plus loin, les solutions pratiques du problème poseront fort limitées. C'est ainsi par exemple qu'aucune des mesures connues suffit elle seule à augmenter la tension transformatrice d'uns une mesure telle que des moteurs de traction, qui doivent travailler en fonctionnement continu avec du courant alternatif de fréquence
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industrielle, Pui.ss-nz être consbruits d:-.n:J lsii ;=f¯ ec dimen- sion,3 favorables et pour les l!1ê-nes puisuces que den moteurs de traction 16 2/3 cycles.
Suivant l'invention le but poursuivi est atteint par une réunion des mesures précitées et par une combinaison. telle de leurs actions isolées que les phénomènes accessoires indésirables restent dans des limites non nuisibles. Avec référence au dessin on va expliquer le couplage de principe, la disposition des balais et le dimensionnement des éléments nécessaires.
La figure 1 représente une partie de l'enroulement d'induit A avec les lames de collecteur associées ainsi que les balais partiels B1 et B2 d'un porte-balais. Les balais sont disposés électriquement séparés dans le porte-balais et sont raccordés aux enroulements S1 et S2 d'un diviseur de potentiel. Celui-ci limite le courant de compensation en- tre les balais partiels, étant donné que ses enroulements ne sont parcourus en plus des courants de travail, que par le courant déwatté nécessaire pour l'aimantation du diviseur de potentiel. Pour compenser également ce dernier courant, le diviseur de potentiel comporte un enroulement supplémen- taire S3, qui est raccordé à un condensateur C.
De cette manière, on peut faire en sorte que les courants partiels J1 et J2 deviennent de valeur égale pour toutes les vitesses et charges de la machine, lorsque l'on emploie un diviseur de courant n'ayant qu'une faible saturation de fer.
Dans la disposition décrite, les surfaces de contact des balais sont parcourues, en plus des courants de travail, uniquement par des courants de court-circuit directs Jk, dont la valeur est fonction du nombre de lames de collecteur re- couvertes et ainsi de la largeur des balais. La disposition de balais combinés conjointement avec les diviseurs de cou- rant, permet d'employer des balais plus étroits qu'habituel- lement sans allongement du collecteur,de sorte que la tension
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de court-circuit entre les lames du collecteur peut être relevée. Pour réaliser l'action la plus puissante possible, la largeur des balais est choisie de manière telle qu'un balai, au lieu de recouvrir deux lames, recouvre normalement trois à quatre lames de collecteur.
Il est vrai que ce moyen ne permet pas d'augmenter la tension de lame dans la mesure souhaitée, étant donné que le courant de court-circuit ne diminue pas proportionnellement avec la diminution de la largeur des balais. Cela est dû au fait que la résistance de contact déterminée par le basculement inévitable des balais de l'élément de la surface de balai qui s'éloigne diminue fortement avec la réduction de la largeur de balai.
Il faut en outre tenir compte du fait que le danger de rupture et la tendance à un mouvement irrégulier des ba- lais s'accroissent lorsque la largeur des balais diminue.
On se trouve donc en présence d'une limite qui est fonction du mode de construction et de fonctionnement de la machine, limite qui par exemple pour les moteurs de traction soumis à des efforts très élevés est de 5 mm pour la largeur de ba- lai, suivant les expériences recueillies jusqu'à présent, à condition que l'on réduise les courants de court-circuit dans une mesure telle que le collecteur ne s'ovalise pas trop rapidement.
Etant donné que d'habitude on doit compter avec une division de collecteur de 4,1 à 4,3 mm et avec une lar- geur de fente de l'isolement de lame de 1,0 mm., une largeur de balai de 5,0 mm satisfait, il est vrai, à la condition im- as posée, suivant laquelle le balai simple ne doit/recouvrir plus de deux lames de collecteur dans n'importe quelle position, mais il faut cependant tenir compte de l'action accessoire supplémentaire des balais étroits.
Lorsqu'un balai qui ne recouvre que deux lames vient occuper une position comme celle qui est représentée par le balai partiel B2 dans la figure 1, le courant de court-circuit Jk devient nul. Lorsque la coupure des courant3 de court-cir-
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cuit a lieu simultanément dans les deux balais partiels, des surtensions sont engendrées dans les enroulements d'in- duits, surtensions qui sont également transmises à l'enrou- lement d' induction.
Pour les machines série le cas est alors par exemple analogue à celui d'un convertisseur de courant dont l'en- roulement secondaire est ouvert. Pour éviter de telles sur- tensions, qui donnent naissance à une aumentation du nombre d'étincelles, les balais doivent être disposés comme l'indi- que la figure 1. L'écart (entre les balais,doit donc être choisi de manière telle qu'un balai ou groupe de balais de même potentiel d'un porte-balais recouvrechaque fois deux lames de collecteur, lorsque l'autre balai ou groupe n'éta- blit le contact qu'avec une seule lame. Le courant de court- circuit d'un balai est alors au maximum, pendant que le cou- rant de court-circuit de l'autre balai devient nul.
Lorsqu'on utilise la disposition et le dimensionnement décrits des balais, des phénomènes accessoires nuisibles sont éliminés, mais comme les balais ne peuvent pas être rendus étroit à volonté, les courants de court-circuit subsistants ne peuvent pas être réduits dans la mesure souhaitée. Pour réaliser une action suffisante, on prévoit, conformément à la figure 1, des résistances R dans les conducteurs d'alimen- tation de l'enroulement d'induit. Comme il s'agit dans ce cas d'une mesure supplémentaire, des valeurs de résistance qui n'exercent pas d'actions accessoires nuisibles, sont suffisantes.
Les phénomènes auxiliaires nuisibles de résistances trop élevées sont entre autres constitués par exemple par une commutation, dite courant continu, plus mauvaise. On sait que la surface qui s'éloigne d'un balai présente une résis- tance de contact plus élevée que la surface qui s'approche, et ne supporte par conséquent que des charges de courant plus faibles. La charge se compose géométriquement du courant de
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court-circuit et du courant de travail.
Lorsqu'un balai établit le contact avec plusieurs lames de convertisseur de courant, comme cela est le cas pour le balai B1 dans la fi- gure 1, les résistances dans les conducteurs d'alimentation des lames établissent une répartition des courants de travail dans la surface de contact du balai qui est d'au- tant plus régulière que les résistances R sont plus grandes par rapport aux résistances de contact. Cela n'exerce pas d'action nuisible en cas de faible vitesse de rotation de la machine, parce que, dans ce cas, les courants de court- circuit sont de loin prédominants, et que ces derniers di- minuent lorsqu'on accroît les résistances R.
En cas de grandes vitesses de rotation par contre, lorsque les cou- rants de travail représentent la partie principale de la charge des balais, la charge totale des surfaces de balai qui s'éloigne croît avec la résistance R, de sorte que les étincelles et l'usure augmentent. Le déplacement de la charge sur la surface de contact de balai qui s'éloigne reste dans des limites admissibles lorsqu'on donne aux résis- tances R des valeurs tellesque pour une position du balai B1 dans la figure 1, la chute de potentiel induite par le cou- rant de court-circuit Jk dans une résistance correspond au maximum à la moitié de la chute de potentiel aux résistances de contact du balai.
Comme dans la combinaison suivant l'invention avec des balais combinés étroits on n'emploie que des résistances R qui n'exercent pas d'actions accessoires nuisibles sur la commutation, les difficultés de logement des résistances dans l'induit et de l'évacuation de la chaleur sont égale- ment réduites. Cependant lorsque ces facteurs jouent un rôle décisif et empêchent le montage de résistances suffisantes dans l'armature, ou lorsqu'une augmentation supplémentaire de la tension de lame est souhaitée, une partie des résis-
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tances nécessaires est logée dans les balais. Cela a lieu par l'emploi de balais à feuillets.
A cause de la faible largeur des balais et de la ré- sistance nécessaire à la rupture, ne conviennent pour le but présent que les balais à feuillets dont les feuillets de char- bon ont été réunis solidement les uns aux autres à l'aide d'une colle résistant à la chaleur, la couche de colle devant avoir une résistance électrique suffisamment élevée et de- vant être constituée de manière telle qu'elle n'attaque pas mécaniquement le collecteur. Pour éliminer des actions nui- sibles sur la commutation, la résistance au mercure des ba- lais à feuillets est calculée de manière telle que la résis- tance totale résultant des résistances R des conducteurs d'alimentation des lames et de la résistance-transversale des balais dans le circuit de court-circuit ne dépasse pas la valeur limite admise.
Des balais à feuillets avec une tête de résistance correspondent à ces conditions, et ces balais peuvent être raccordés de la même manière que les balais en une pièce, sans modification de la construction des porte-balais. En vue de réaliser des résistances transversales petites ou moyennes les balais à feuillets auront une tête constituée par du charbon, qui est cimentée sur les feuillets de char- bon à l'aide d'une colle conductrice. La résistance trans- versale peut être modifiée dans les limites désirées en donnant des valeurs appropriées à la surface et à l'épais- seur de la couche collante. Pour fabriquer des balais à grande résistance transversale, on emploie une tête posée sans attaches sur les feuillets de charbon, tête qui peut être constituée par du charbon ou du métal.
La grandeur de la résistance transversale est dans ce cas déterminée par la consistance et la grandeur de la surface de contact ainsi que par la matière de l'élément de tête.
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La figure 2 représente à titre d'exemple supplémen- taire le couplage complet d'une machine à six pôles. Les balais de même potentiel sont réunis par des conducteurs' annulaires collecteurs et sont reliés aux enroulements S1 ou S2 du diviseur de courant disposé à l'extérieur de la machine. Quelle que soit la grandeur de la machine, on pré- voit chaque fois deux diviseurs de courant, dont les enroule- ments supplémentaires S3 peuvent être montés en série de la manière indiquée dans la figure 2, de sorte qu'un seul con- densateur de compensation C est suffisant.
Lorsque pour des raisons d'économie de poids les diviseurs de courant sont calculés de manière telle qu'en cas de charge maximum ils ont une forte saturation de fer, les courants d'aimantation ne peuvent pas être compensés de manière suffisante par le seul condensateur C. Si par exem- ple le condensateur est réglé pour les conditions électriques de courant permanent et de vitesse maximum de la machine, on est en présence, pour du courant maximum et une faible vites- se, d'une composante non compensée des courants d'aimantation, qui peut influencer de manière nuisible la répartition de courant de travail dans les groupes de balais.
Pour éliminer cette composante, qui exerce son action en particulier lors du démarrage de moteurs série, les diviseurs de courant sont équipés d'enroulements de compensation supplémentaires S4 qui sont couplés conformément à la figure 2 et qui sont rac- cordés à la bobine d'induction F de la machine. La valeur et la position de phases nécessaires du courant d'excitation des enroulements S4 peuvent être réglés à l'aide de la bo- bine d'inductance D montée en série et de la résistance ohmique W.
Les enroulements de compensation S4 peuvent en outre être'utilisés pour faire circuler un courant supplémentaire par l'enroulement d'induit par l'intermédiaire des balais
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combines, courant qui élimine les champs pro@uits par les courants de court-circuit directs Jk. Ces derniers affai- blissent le champ principal ainsi que le couple des moteurs et exercent leur action principalement aux faibles vitesses de rotation. Pour le but précité le courant d'excitation des enroulements S4 doit être amplifié et sa position de phase doit être modifiée, ce qui a lieu en rendant plus pe- tite la bobine d'inductance D.
Comme les enroulements de compensation S4 ne sont nécessaires généralement que pour les faibles vitesses de rotation, ils peuvent être mis hors circuit pour les vitesses plus élevées.
REVENDICATIONS
1/ Disposition de couplage pour machines à collecteur à courant alternatif, qui doivent travailler avec la tension transformatrice la plus élevée possible des enroulements d'induit commutés, caractérisée en ce que les enroulements d'induit sont reliés aux lames du collecteur par l'intermé- diaire de résistances ohmiques et en ce que chaque porte- balais contient deux balais étroits disposés l'un derrière l'autre en direction de la périphérie du collecteur, et qui sont séparés électriquement et raccordés à des diviseurs de courant conjointement avec des groupes de balais de même potentiel.