Machine à courant alternatif à auto-excitation pouvant travailler en machine synchrone, et en moteur asynchrone compensé. L'objet de l'invention est une machine à courant alternatif à auto-excitation pouvant travailler en machine synchrone, et en mo teur asynchrone compensé lorsque la limite de marche en moteur asynchrone est atteinte, caractérisé en ce que le rotor porte deux en roulements dont l'un est relié au réseau par l'intermédiaire de bagues et de balais, et dont l'autre, qui est fermé, est connecté aux lames d'un collecteur à courant continu sur lequel frottent des jeux de balais triphasés reliés à un enroulement triphasé porté par le stator, un rhéostat de démarrage et un rhéostat d'excitation étant intercalés entre lesdits balais triphasés et ledit enroulement.
Les divers enroulements étant convenable ment dimensionnés, la compensation et réalisée par un calage déterminé des balais du col lecteur à lames, et un réglage du courant alimentant le stator au moyen d'un rhéostat disposé entre l'enroulement dudit stator et lesdits balais.
Le dessin annexé représente schématique ment une forme d'exécution de l'objet de l'invention, donnée à titre d'exemple, ainsi que des schémas de connexions et des gra phiques.
Dans ce dessin: Fig. 1 est une coupe schématique longi tudinale partielle de la machine; Fig. 2 est un schéma de ses enroulements et des connexions de ceux-ci; Fig. 3 montre les connexions entre les divers enroulements de la machine, son rhéostat de démarrage et son rhéostat d'ex citation; Fig. 4 à 6c montrent schématiquement des positions relatives des enroulements de la machine; Fig. 7 et 8 sont deux diagrammes de mo teur asynchrone normal, et de moteur asyn chrone synchronisé.
Dans ce dessin, a et b sont respective ment les noyaux en tôles d'acier au sili cium isolées, du stator et du rotor de la machine, noyaux qui sont séparés par l'entre- fer usuel et qui sont munis, comme dans un moteur asynchrone, d'alvéoles recevant les enroulements.
L'arbre c portant le rotor possède un ou deux bouts s (fig. 3) dépassant les paliers de façon que la machine puisse recevoir ou fournir de la puissance mécanique. Sur cet arbre c se trouvent également calés un col lecteur à bagues e du type utilisé dans les machines asynchrones, et un collecteur à lames d du type utilisé dans les machines à courant continu.
Ces collecteurs peuvent se trouver d'un seul côté du rotor ou être disposés de part et d'autre; la machine peut encore être à ba gues extérieures et arbre perforé ou à paliers indépendants fixés sur le même socle ou la même assise que la carcasse du stator.
Le rotor porte deux enroulements dis tincts. L'un de ces enroulements g, dénom mé enroulement primaire normal, est relié à un réseau de distribution w triphasé par le moyen du collecteur à bagues e sur lesquelles frottent des balais. Le point neutre de cet enroulement pourrait être relié à une qua trième bague; le nombre des bagues est d'ail leurs déterminé par le nombre de phases du réseau w. Le second enroulement rotorique h, dénommé primaire excitateur, est du type couramment utilisé sur les machines à cou rant continu; les éléments en sont reliés au collecteur à lames d, sur lequel frottent trois balais j.
Le stator a porte un enroulement unique i, dénommé secondaire compensateur, qui est composé de trois phases identiques et dont les entrées peuvent être reliées ou découplées des trois balais j frottant sur le collecteur à lames d, et fixés dans une posi tion déterminée.
L'enroulement primaire normal g du rotor est déterminé, comme dans une machine syn chrone ou asynchrone, selon la tension et la fréquence du réseau w, le nombre de phases, le nombre de pôles de la machine, la valeur admise pour le flux magnétique, et le genre de bobinage employé. Ce dernier est du type utilisé sur les machines à courants alternatifs, les bobines pouvant se trouver sur des plans séparés, ou être entremêlées suivant que le bobinage est exécuté avec fils tirés ou avec bobines préparées sur gabarit, ou à barres, le pas pouvant être normal ou raccourci. L'enroulement primaire excitateur h du rotor est du type fermé à pas normal ou raccourci, utilisé dans les machines à courant continu, et peut comporter des connexions équipotentielles.
Le nombre de spires en est déterminé selon la valeur de la tension con tinue nécessaire pour la production de l'exci tation, en tenant compte de la chute de ten sion aux balais frottant sur le collecteur à lames d, la fréquence de fonctionnement de la machine, le nombre de pôles de celle-ci, la valeur admise pour le flux magnétique, et le type de bobinage. Cet enroulement peut comporter des connexions équipotentielles; il est prévu pour le courant d'excitation qui doit passer dans l'enroulement secondaire compen sateur i, la tension à obtenir aux balais frottant sur le collecteur d étant fonction de la résistance du secondaire moteur et compen sateur i.
Le fonctionnement est le suivant: Pour faire marcher la machine en moteur, on relie les bagues e au réseau w d'alimen tation, le secondaire compensateur i étant ouvert, c'est-à-dire découplé des trois balais j. Il se produit alors un champ tournant ayant la fréquence F du réseau, et tournant dans l'espace à Ns tours-minute, où
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p étant le nombre de paires de pôles de la machine. Ce champ coupe les conducteurs i du stator, et y induit des forces électro motrices alternatives à la fréquence du ré seau. On ferme ensuite le secondaire i sur des résistances triphasées v (fig. 3). La ma chine démarre alors en moteur asynchrone et peut fournir au démarrage un couple pou vant atteindre, comme an le sait, deux à deux fois et demi le couple en charge normale, la.
valeur de ce couple de démarrage étant fonc tion du couple maximum de la machine, de la valeur .des résistances insérées dans le circuit secondaire. Lorsque le curseur du dé- marreur v se trouve sur le dernier plot 2 du rhéostat, le rotor tourne en sens inverse du champ tournant à la vitesse du synchro nisme, si la machine marche à vide. Le champ devient alors fixe dans l'espace et en parti culier par rapport au secondaire fixe i. Quand la machine est chargée, le rotor tourne à une vitesse N inférieure à Ns, le champ tourne alors à γ Ns tours-minute et coupe les con ducteurs du secondaire, γ étant le glissement du rotor par rapport à la vitesse syn chrone Ns:
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La vitesse relative du champ tournant, par rapport aux conducteurs du rotor reste toujours la même quelle que doit la charge.
Aux balais j, frottant sur le collecteur à lames d, on recueille donc des tensions alter natives à la fréquence γ F, si le moteur est chargé, ou des tensions continues si le mo teur marche à vide par suite du fonctionne ment en convertisseur de fréquence du collec teur à lames des balais. On peut obtenir, à fréquence nulle, des tensions différentes entre les balais j suivant la position où se fixe partie le champ dans l'espace; par exemple zéro volt entre deux balais qui ont même polarité (positive ou négative) (fig. 4), et obtenir en tre ces deux balais et le troisième des ten sions continues égales. On peut encore ob tenir un balai positif, un balai négatif et un u balai servant de neutre entre eux (fig. 5).
Suivant la position où se stabilise le champ, on obtient enfin des tensions différentes de celles obtenues dans ces cas particuliers.
n Si l'on pousse le curseur du démarreur sur la position correspondant à la compen sation avec les balais correctement calés par rapport au bobinage secondaire moteur et compensateur on arrive à exciter la machine pas en courant continu, deux ou trois phases concourant à cette excitation suivant la posi tion des balais (fig. 4 et 5). D'ailleurs, même au cas où la machine est démarrée en charge. le champ se stabilise dans la position don nant le maximum d'excitation par l'enroule ment secondaire. Il suffit ensuite de régler l'ex- e citation par le rhéostat y à la valeur voulue, pour obtenir la marche en moteur synchrone avec un facteur de puissance quelconque.
Si le couplage entre les enroulements primaire excitateur h et secondaire compensateur i, est fait de façon correcte, pour que le champ tourne dans le même sens par rapport à ces deux enroulements et si le couple résistant vient à dépasser le couple moteur synchrone et que la machine glisse, on a l'avantage de ne pas avoir de passage brutal de la marche en moteur synchrone à la marche en moteur asynchrone. Dans ces conditions, au contraire, la marche en machine asynchrone compensée a lieu avec un facteur de puissance voisin de l'unité, et le décrochage n'est plus possible puisque le couple qui lui correspond est aug menté du fait de la compensation asyn chrone.
Le calage correct des balais j correspond, par exemple, pour la compensation maximum à celle qui donne zéro volt entre deux d'entre eux de même polarité et une certaine tension continue entre ces deux balais et le troisième (fig. 4) lors de la marche en ma chine synchrone, la partie de l'enroulement du primaire excitateur qui se trouve entre les balais de même polarité joue le rôle de con nexion équipotentielle; pour cette même po sition l'enroulement secondaire compensateur travaille sur ses trois phases, l'une des phases étant chargée à une intensité double de celle du courant circulant dans les deux autres phases.
Si le calage des balais est incorrect et cor respond, par exemple, pour la compensation maximum à celle qui donne un balai posi tif, un balai négatif et un balai neutre fig. 5), la phase de l'enroulement secondaire compensateur reliée à ce dernier ne reçoit pas de courant, les deux autres phases étant chargées par un courant d'égale intensité.
Si le couplage des enroulements entre primaire excitateur h et secondaire compensateur i n'est pas correct, on obtient bien une machine synchrone, mais on perd le bénéfice de la marche en machine asynchrone compensée, et même celui d la marche en asynchrone or- dinaire, lorsque la machine est surchargée. Il existe un nombre de calages déterminés pour chaque sens de marche de la machine, ce nom bre étant fonction du nombre de pôles de la machine. Il faut donc, en cas d'inversion du sens de marche, changer le calage des balais.
La machine peut aussi être utilisée en génératrice, soit seule, soit en parallèle avec d'autres machines.
Dans le premier cas, on l'actionnera dans le sens correspondant au calage des balais sur le collecteur à lames. Grâce au faible flux rémanent qui persiste dans les tôles, la machine s'amorce automatiquement, les en roulements primaire excitateur h et secondaire compensateur i étant reliés par l'intermé diaire du rhéostat de réglage de l'excitation y que l'on manouvrera ensuite de façon à ré gler l'excitation à la valeur voulue pour ob tenir la tension désirée, le curseur du dé marreur étant, dès le début, mis sur les plots de compensation.
Dans le deuxième cas, on fera démarrer en asynchrone la machine accouplée à son moteur soit directement, soit par poulie ou autre type de transmission, ce qui aura, lieu dans des conditions remarquables de bon fonction nement; l'excitation se produira dès que l'on passera sur la position de compensation; on accouplera alors la machine en moteur, et l'accrochage se fera automatiquement, sans la moindre difficulté, et on mettra alors en route la machine d'entraînement; on règlera, ensuite le rhéostat d'excitation pour répartir de façon convenable la charge sur l'alter nateur.
Dans le cas où la machine est utilisée comme alternateur monophasé fonctionnant en parallèle avec d'autres, on munira le rotor d'un enroulement auxiliaire utilisé seulement pour le démarrage et l'accrochage, cet en roulement étant coupé une fois l'accrochage réalisé.
Si l'on décale les balais de la position normale lorsque la machine marche en géné rateur, on modifie la tension livrée au ré seau, les circuits primaire excitateur et se- condaire compensateur étant parcourus par des courants d'inégale intensité.
Si l'on décale les balais de la position normale lorsque la machine marche en mo teur, on retire à la machine sa caractéristique synchrone, on diminue sa compensation et l'on augmente ou diminue sa vitesse à vide en même temps qu'on lui redonne la caracté ristique asynchrone, c'est-à-dire la chute de vitesse augmentant en même temps que la charge.
Le calage normal des balais sur cette machine est celui qui donne la compensa tion maximum à vide. Avec ce calage, on n'a, à vide, aucun battement sur l'ampère mètre primaire. Avec tout autre calage, on a des battements qui doivent être occasionnés par une tendance à l'accrochage synchrone que contrarie le calage.
Suivant l'importance relative donnée aux ampères-tours secondaires du moteur et à l'enroulement primaire excitateur on a bien une machine asynchrone compensée syn chronisée ou bien une machine asynchrone compensée, dans ce dernier cas, la compen sation synchrone n'étant réalisée qu'à vide ou pour une fraction très faible de la charge de la machine par rapport à la charge no minale.
Tant que les ampères-tours primaires ne dépassent pas une certaine valeur, la ma chine reste synchrone. Lorsque le décrochage en marche synchrone a lieu, on retombe sur le fonctionnement en machine asynchrone compensée, si le couplage est bien fait, au contraire de ce qui se passe dans la majorité des machines asynchrones synchronisées. La charge de décrochage en marche synchrone peut être amenée, suivant le dimentionne- ment de la machine, à telle valeur que l'on désire dans le cas général. Comme cas par ticulier, on a la, machina asynchrone com pensée où la charge de décrochage en ma chine synchrone est très faible.
Pour la simplicité du schéma, on a re présenté en fig. 3 le rhéostat d'excitation y et le démarreur v distincts, mais il est évi- dent que tous deux peuvent être combinés et ne former qu'un seul et même appareil.
La machine décrite est à enroulements triphasés; il va sans dire cependant que l'on peut imaginer une machine semblable com portant plusieurs phases aux enroulements primaire excitateur et secondaire moteur et compensateur, ou enfin des couplages d'en roulements en parallèle ou en séries paral lèles.