FR2705843A1 - Machine à courant continu équipée d'un collecteur et dotée de moyens de commutation assistée. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une machine à courant continu comportant un stator à deux paires de pôles inducteurs et un rotor dont l'enroulement d'induit (F), alimenté en courant via un collecteur (CL) et un jeu de balais (B1 , B2 , B'1 , B'2 ), est du type ondulé série simple à deux voies; le collecteur (CL) est formé d'une unique couronne de lames conductrices (L) en nombre impair, séparées par des intervalles d'isolement (EL); les balais, calés sur les lignes neutres du champ inducteur, ont une largeur inférieure à la largeur des intervalles (EL) entre lames; les balais (B1 , B2 ) d'entrée de courant dans l'enroulement d'induit (F) sont alimentés via un circuit d'assistance à la commutation (A+), et il en va de même pour les balais (B'1 , B'2 ) de sortie de courant, auxquels est associé un circuit homologue (A-); un générateur d'impulsions synchronisées avec la rotation de l'induit est prévu pour piloter les thyristors (Th1 -Th4 ) des circuits d'assistance à la commutation.
Description
Machine à courant continu équipée d'un collecteur et dotée de moyens
de commutation assistée
La présente invention se rapporte à une machine à courant continu comportant un stator à plusieurs paires de pôles inducteurs et un rotor dont l'enroulement d'induit est alimenté en courant via un collecteur et un jeu de balais, cette machine étant dotée de moyens de commutation assistée.
de commutation assistée
La présente invention se rapporte à une machine à courant continu comportant un stator à plusieurs paires de pôles inducteurs et un rotor dont l'enroulement d'induit est alimenté en courant via un collecteur et un jeu de balais, cette machine étant dotée de moyens de commutation assistée.
L'application de la commutation assistée à une machine à courant continu à collecteur a déjà été décrite par J. Bates (Proceedings IEE,
Vol. 115, No 6, juin 1968, pages 791 à 801).
Vol. 115, No 6, juin 1968, pages 791 à 801).
La présente invention a pour but la mise en oeuvre de la commutation assistée sans utiliser la structure du double collecteur proposée dans cet article, mais en conservant la structure du collecteur et du bobinage d'induit d'une machine à courant continu classique. Comme dans le brevet FR 2 589 647 (Dispositif d'alimentation à fréquence variable à commutation électromécanique - C. RIOUX, F. SULTANEM, R.
GUILLET, C. BLEIJS et J. CLADE), il sera fait appel selon la présente invention à un générateur extérieur de tensions synchrones de la rotation pour faciliter l'inversion du courant dans la section commutée de l'enroulement d'induit. Ce générateur joue ici le rôle des pôles auxiliaires, qui sont habituellement utilisés pour résoudre les problèmes de commutation sur les machines à courant continu, et que la présente invention rend inutiles.
Ce but est atteint par une machine présentant les particularités suivantes:
- le nombre de paires de pôles est pair et au moins égal à 2;
- l'enroulement de l'induit est du type ondulé série simple à deux voies;
- le collecteur est formé d'une unique couronne de lames conductrices en nombre impair, séparées par des intervalles d'isolement;
- les balais, calés sur les lignes neutres du champ inducteur, ont une largeur inférieure à celle des intervalles entre lames;
- chaque balai d'entrée de courant dans l'enroulement d'induit et le balai d'entrée suivant sur le pourtour du collecteur sont alimentés via un dispositif d'assistance à la commutation, et il en va de même pour chaque balai de sortie de courant et le balai de sortie suivant; et
- un générateur d'impulsions synchronisées avec la rotation de l'induit est prévu pour piloter le dispositif d'assistance à la commutation.
- le nombre de paires de pôles est pair et au moins égal à 2;
- l'enroulement de l'induit est du type ondulé série simple à deux voies;
- le collecteur est formé d'une unique couronne de lames conductrices en nombre impair, séparées par des intervalles d'isolement;
- les balais, calés sur les lignes neutres du champ inducteur, ont une largeur inférieure à celle des intervalles entre lames;
- chaque balai d'entrée de courant dans l'enroulement d'induit et le balai d'entrée suivant sur le pourtour du collecteur sont alimentés via un dispositif d'assistance à la commutation, et il en va de même pour chaque balai de sortie de courant et le balai de sortie suivant; et
- un générateur d'impulsions synchronisées avec la rotation de l'induit est prévu pour piloter le dispositif d'assistance à la commutation.
De préférence, la largeur des lames du collecteur et la largeur des intervalles isolants qui les séparent sont sensiblement égales.
La complexité des circuits d'assistance à la commutation augmentant très vite avec le nombre de paires de pôles inducteurs, il convient de le choisir égal au plus petit nombre pair, soit 2 (machine tétrapolaire). C'est ce cas, auquel l'invention s'applique de façon optimale, qui sera uniquement considéré par la suite.
Il convient tout d'abord que le dispositif d'assistance à la commutation comporte, pour chacune des paires de balais d'entrée et de sortie, un circuit par lequel transite le courant d'alimentation de l'induit, et qui est capable d'appliquer aux balais de la paire correspondante une tension d'assistance à la commutation.
Dans une première forme de réalisation, chacun des deux circuits du dispositif d'assistance à la commutation comprend un premier redresseur et un second redresseur connectés en série, ce dernier étant connecté à l'un des balais de la paire correspondante, un troisième redresseur et un quatrième redresseur connectés en série, ce dernier étant connecté à l'autre balai, et un condensateur C connecté entre le point commun des premier et second redresseurs et le point commun des troisième et quatrième redresseurs. Le rôle de ce condensateur et des éléments qui l'entourent est d'engendrer une force électromotrice de commutation alternativement positive et négative, appliquée à la paire de balais correspondante pour réaliser l'inversion du courant de chaque section d'enroulement à son passage par une ligne neutre, le courant dans chaque balai s'annulant juste au moment où ce balai quitte une lame du collecteur.
Les premier et troisième redresseurs peuvent être connectés soit aux extrémités du bobinage d'un auto-transformateur, le courant d'alimentation de l'induit entrant ou sortant au point milieu de ce bobinage, soit directement à une borne commune d'entrée ou de sortie du courant d'alimentation de l'induit.
Les premier et troisième redresseurs peuvent être constitués soit par de simples diodes, soit par des redresseurs commandés aux thyristors, dont l'allumage est piloté par ledit générateur d'impulsions synchrones. Il en va de même des second et quatrième redresseurs.
Dans une seconde forme de réalisation, chacun des deux circuits du dispositif d'assistance à la commutation comprend un secondaire d'un transformateur comportant un primaire et deux secondaires, les balais de la paire correspondante étant connectés aux extrémités de ce secondaire, lequel offre un point milieu par où entre ou sort le courant d'alimentation de l'induit, tandis que le primaire est connecté à un générateur de signal d'assistance à la commutation, à deux niveaux ou à trois niveaux de tension, synchronisé avec la rotation de l'induit.
L'usage d'un transformateur, ayant pour fonction de modifier les niveaux de tension et de courant, procure une grande souplesse dans le choix des paramètres de fonctionnement et permet de se passer des redresseurs, commandés ou non, mis en oeuvre dans la première forme de réalisation du dispositif d'assistance à la commutation. Toutefois, dans certains cas particuliers, on pourra interposer de tels redresseurs entre les secondaires du transformateur et les balais, pour éviter des changements de signe du courant dans ces derniers.
D'autre part, il peut être prévu des capteurs d'intensité mesurant le courant passant par chacun des balais et commandant le générateur précité de façon qu'il fournisse un signal d'assistance à la commutation assurant alternativement l'annulation, par asservissement, de chacun de ces courants un peu avant que le balai correspondant quitte une lame et, simultanément, l'établissement de ce même courant dans celui des autres balais qui doit le prendre en charge, cette double opération s'effectuant tandis que les balais en cause sont tous deux en contact avec une lame respective.
Une machine à commutation assistée selon l'invention bénéficie, sans pôles auxiliaires, d'une meilleure commutation au collecteur.
L'absence de pôles auxiliaires permet d'augmenter la largeur des pôles inducteurs, ainsi que de donner à ceux-ci la conformation de pôles fendus pour diminuer la réaction d'induit, ce qui autorise la mise en oeuvre d'un entrefer constant. De telles dispositions améliorent la puissance massique de la machine.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs.
La figure 1 représente schématiquement une machine à courant continu tétrapolaire classique.
La figure 2 représente schématiquement une machine à courant continu tétrapolaire selon l'invention avec son dispositif d'assistance à la commutation.
La figure 3 représente, à plus grande échelle, une portion du collecteur de la machine de la figure 2.
La figure 4 illustre le déroulement des opérations de commutation avec assistance sur une machine analogue à celle de la figure 2.
La figure 5 présente des diagrammes temporels montrant l'évolution des tensions et de courants dans le collecteur de la machine de la figure 2.
La figure 6 montre une variante de réalisation du dispositif d'assistance à la commutation.
La figure 7 illustre le fonctionnement du dispositif d'assistance à la commutation de la figure 6.
La figure 8 montre une autre variante de réalisation du dispositif d'assistance à la commutation.
La figure 9 présente des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement du dispositif d'assistance à la commutation de la figure 8.
Les figures 10 et 11 représentent le dispositif d'assistance à la commutation de la figure 8 ainsi que le générateur associé, ce dernier dans deux formes de réalisation respectives.
La figure 12 illustre le fonctionnement d'un système d'asservissement des courants dans les balais qui peut être associé au dispositif d'assistance à la commutation de la figure 8.
La machine classique représentée à la figure 1 comporte p = 2 paires de pôles inducteurs statoriques marqués N, S, N, S, au centre desquels tourne autour de son axe O un induit rotorique. L'enroulement F de ce dernier est alimenté par l'intermédiaire d'un collecteur CL à n = 19 lames L de même largeur et de quatre balais frottant sur celui-ci, savoir deux balais d'entrée B1, B2 reliés entre eux et recevant le courant continu d'alimentation Io, et deux balais de sortie B'1, B'2 également reliés entre eux, d'où ressort le courant Io. Ces balais, de largeur égale à celle des lames, sont calés sur les lignes neutres N'N', S'S' orientées à angle droit.
L'enroulement F de l'induit est un bobinage progressif du type ondulé série simple à deux voies, sa première section allant de la lame 1 à la lame 10, la deuxième de la lame 10 à la lame 19, la troisième de la lame 19 à la lame 9, etc, la distance y des lames auxquelles sont reliées les extrémités d'une même section étant égale à 9 lames, donc voisine du double du pas polaire.
Toutes les sections sont identiques et régulièrement réparties à la périphérie du rotor.
Dans une telle machine, la commutation du courant traversant chaque section s'effectue au moment où l'un des balais alimentant cette section quitte la lame avec laquelle il était en contact. En raison de la réactance des sections de l'enroulement, une telle rupture crée des surtensions au niveau du collecteur, qui se traduisent par des étincelles aux balais susceptibles de détériorer le collecteur. Ces problèmes de commutation sont généralement résolus par l'emploi de pôles de commutation (non représentés sur la figure 1).
La machine illustrée schématiquement à la figure 2 permet de résoudre les problèmes de commutation au collecteur sans avoir à recourir aux pôles de commutation.
Cette machine est identique à la précédente, excepté que les lames L sont rétrécies au profit des intervalles EL qui les séparent, leurs largeurs respectives t et e (figure 3) étant maintenant sensiblement égales, tandis que la largeur b des balais B est légèrement inférieure à la largeur /'des intervalles entre lames. Ainsi, les balais ne peuvent toucher à la fois deux lames L consécutives. Afin d'éviter une usure irrégulière du collecteur, les intervalles EL sont occupés par des lames conductrices identiques aux lames L, mais électriquement isolées.
En outre, un dispositif électronique AC d'assistance à la commutation est adjoint à la machine, lequel comprend deux circuits semblables A+, A -, I'un affecté aux balais B1, B2 d'entrée de courant et l'autre aux balais B'1, B'2 de sortie de courant.
Le circuit A+ comprend un auto-transformateur AT dont l'enroulement reçoit, en son point milieu, le courant continu Io d'alimentation de l'induit, l'une des extrémités de cet enroulement étant reliée au balai B1 via une diode D1 suivie d'un thyristor Thl et l'autre extrémité étant reliée au balai B2 via une diode D3 suivie d'un thyristor
Th3, ces quatre éléments redresseurs étant disposés dans le même sens, savoir le sens d'écoulement du courant To vers les balais, le collecteur et l'enroulement d'induit. Entre les points connus des éléments D1, Thl et D3,
Th3 des deux branches du circuit est connecté un condensateur C. L'autotransformateur AT permet de charger ce dernier en autorisant à certains moments la conduction simultanée des deux diodes D1, D3. Toutefois, il ne modifie pas les niveaux de tension et de courant, contrairement au transformateur utilisé dans la variante décrite plus loin en regard de la figure 8.
Th3, ces quatre éléments redresseurs étant disposés dans le même sens, savoir le sens d'écoulement du courant To vers les balais, le collecteur et l'enroulement d'induit. Entre les points connus des éléments D1, Thl et D3,
Th3 des deux branches du circuit est connecté un condensateur C. L'autotransformateur AT permet de charger ce dernier en autorisant à certains moments la conduction simultanée des deux diodes D1, D3. Toutefois, il ne modifie pas les niveaux de tension et de courant, contrairement au transformateur utilisé dans la variante décrite plus loin en regard de la figure 8.
Le circuit A- comprend de même quatre éléments redresseurs disposés toutefois dans le sens inverse, qui est celui du courant Io sortant de l'enroulement d'induit, savoir, à partir des balais B'1, B'2, deux thyristors Th2, Th4 suivis respectivement de deux diodes D2, D4, lesquelles aboutissent aux extrémités de l'enroulement d'un second autotransformateur AT du point milieu duquel sort le courant Io. Un condensateur C est également connecté entre les points de jonction des éléments Th2, D2 et Th4, D4 des deux branches du circuit.
Les impulsions d'amorçage des quatre thyristors Thl à Th4 sont créées de façon à être synchrones du passage aux lignes neutres des différentes sections successives de l'enroulement du rotor, par exemple au moyen de 2p capteurs optiques régulièrement répartis comme les 2p lignes neutres et éclairés à travers un disque percé de n trous et rigidement lié au rotor pour tourner avec lui. Grâce à ces thyristors, il est possible de bien maîtriser la circulation du courant dans les balais. Par contre, l'amplitude de la tension de commutation créée par chaque condensateur C n'est pas contrôlée.
La figure 4 illustre le déroulement des phénomènes de commutation pour une machine semblable à celle de la figure 2, son collecteur ne comportant toutefois que 15 lames au lieu de 19. Sur cette figure, on a supposé que la largeur b des balais était égale à la moitié des largeurs e,e- égales - des lames et des interlames. La période de fonctionnement T a été partagée en huit phases successives, numérotées I à
VIII, correspondant chacune au déplacement relatif du collecteur et des balais d'une moitié de la largeur de ceux-ci.
VIII, correspondant chacune au déplacement relatif du collecteur et des balais d'une moitié de la largeur de ceux-ci.
Dans la phase I, le courant traversant le rotor y entre par le balai B1 et la lame 1 et en sort par la lame 5 et le balai B'2. Dans la phase II, le rotor a tourné du quart de la largeur des lames et le courant entre à la fois par les balais B1 et B2 et les lames 1 et 9. Puis, après commutation, c'est la phase III où le courant entre uniquement par le balai B2 et la lame 9.
L'assistance à la commutation du balai B1 par rapport à la lame 1, par où le courant passait en phase I et ne passe plus en phase III, consiste à introduire, dans la phase de commutation II, une f.é.m e+, avec une polarité convenable, entre les balais d'entrée B1 et B2, de manière que le courant traversant le balai B1 soit annulé avant qu'il ait quitté la lame 1.
La commutation inverse des balais B1 et B2, en phase VI, est assistée par l'introduction de la même f.é.m. e+, avec une polarité inverse.
Quant aux balais de sortie B'1, B'2, leur commutation s'effectue de même aux phases IV et VIII.
Revenant à la machine de la figure 2, l'allure de la variation des différents courants et tensions dont elle est le siège en fonctionnement est montrée à la figure 5. Les premier et troisième tracés représentent comment varient en fonction du temps les courants traversant respectivement les deux balais d'entrée B1, B2 et les deux balais de sortie B'1, B'2 lorsque le rotor tourne avec une période de rotation T. Les deuxième et quatrième tracés montrent, outre les instants d'apparition des différentes impulsions P1 à P4 d'amorçage des thyristors Thl à Th4, les variations des f.é.m. de commutation e + et e - aux bornes des condensateurs C respectifs des deux circuits A + et A -. Ces f.é.m., de valeur moyenne nulle, sont mutuellement en quadrature. Si N = 1/T est la fréquence de rotation du rotor, e+ et e - ont pour fréquence commune nNp/2, alors que la fréquence des impulsions d'amorçage de chaque thyristor est Nn. Dans le cas considéré ici d'une machine tétrapolaire, ces deux fréquences sont égales.
Si l'on considère, sur la figure 4, l'évolution du courant iB relatif au balai B1, on voit que le palier de valeur constante prend fin au temps T/2 lorsque naît le courant dans le balai B2 du fait que celui-ci entre en contact avec une lame du collecteur et que le thyristor Th3 affecté à ce balai devient conducteur, amorcé par l'impulsion P3. Dès lors, le courant dans le balai B1 décroît jusqu a zéro, et les éléments sont dimensionnés de façon que ce balai ne quitte la lame avec laquelle il était en contact qu'après annulation de son courant, donc sans problème de commutation.
L'analyse des phénomènes de commutation assistée va être faite plus en détail en regard de la figure 7, qui est relative à une variante du dispositif d'assistance à la commutation représentée à la figure 6. Ce dispositif diffère du précédent en ce que les diodes et les thyristors ont été permutés dans chaque circuit A +, A -. Ainsi, les balais B1 et B2 sont reliés aux diodes Al, 2, auxquelles font suite les thyristors T1, T2, lesquels sont en outre connectés directement au point d'introduction du courant Io, sans auto-transformateur. A l'inverse du montage de la figure 2, ce montage permet de contrôler le niveau de tension aux bornes de chaque condensateur C, mais ne permet pas de décider du début de la montée du courant dans chaque balai, qui commence dès la venue en contact de ce dernier avec une lame. Un montage avec quatre thyristors aurait les avantages des deux montages, mais au prix d'une sensible complication.
La figure 7 se rapporte au seul circuit A + relatif à la paire de balais d'entrée B1, B2. Comme dans la figure 4, huit phases successives sont distinguées, numérotées de I à VIII. Le tracé correspondant à chacun des balais B1, B2, B'1, B'2 indique, au niveau haut, que le balai est en contact avec une lame et, au niveau bas, qu'il n'est pas en contact. Les courants i et i2 sont les courants passant respectivement par les balais B1 et B2.
Dans la phase I, les redresseurs Al, T2 sont conducteurs, comme dans la phase VIII à laquelle la phase I succède, et le courant Io passe entièrement par ce balai B1 qu'il atteint via ces deux éléments et le condensateur C, lequel se charge avec la polarité indiquée. Au début de la phase II, le balai B2 entre en contact avec une lame, de sorte que le courant Io se partage entre les balais B1 et B2. Le courant i1 dans le balai B1, du fait qu'il traverse le condensateur C, décroît, tandis que le courant i2 dans le balai B2 croît corrélativement. Finalement, le courant i1 atteint la valeur zéro, et ce au moment, ou un peu avant le moment où le balai B1 quitte la lame avec laquelle il était en contact. Dès lors, tout le courant Io passe dans le balai B2 (phase III). Au début de la phase IV, le thyristor T1 est rendu conducteur par l'impulsion d'amorçage P1, et le courant Io empreinte ce thyristor conducteur, à la place du thyristor T2 qui se bloque. Le courant s'inverse donc à travers le condensateur C de sorte que, au bout d'un certain temps, la polarité de la tension à ses bornes s'inverse (phase V). Puis, en phase VI, le balai B1 entre en contact avec une nouvelle lame, le courant Io se partageant alors entre les balais B1 et B2. Le courant i2 décroît et s'annule juste avant que le balai B2 quitte sa lame, le courant i1 ayant alors atteint sa pleine valeur égale à Io. Cet état est celui de la phase VII, à la fin de laquelle le thyristor T2 est rendu conducteur par l'impulsion d'amorçage
P2. L'inversion de la tension aux bornes du condensateur C commence alors, pour devenir effective dans la phase I suivante.
P2. L'inversion de la tension aux bornes du condensateur C commence alors, pour devenir effective dans la phase I suivante.
Ainsi, le commutation des balais d'entrée BI, B2 s'effectue dans un sens à la phase II et dans autre sens à la phase VI. Entre temps, les balais de sortie B'1, B'2 ont effectué (sous l'assistance du circuit A -) une commutation dans la phase IV, suivie d'une commutation inverse dans la phase VIII) comme cela ressort également de la figure 7.
La figure 8 montre un dispositif d'assistance à la commutation ACT d'un autre type. Ici, les circuits A + et A - sont constituées par les deux secondaires S, S' d'un transformateur T, le courant rotorique Io étant appliqué au point milieu du secondaire S et extrait au point milieu du secondaire S'. Quant au primaire P du transformateur T, il est connecté à un générateur G délivrant un signal de tension v d'assistance à la commutation, qui se trouve appliqué aux balais B1, B2 et B'1, B'2 via le transformateur. On voit sur la figure 9 que le signal v comporte, pour le couple de balais B1; B2, un palier positif e + puis un palier négatif durant ses phases de commutation Il et VI et, pour le couple de balais B'1,
B'2, un palier négatif - e- puis un palier positif e - durant ses phases de commutation IV et VIII. La figure 9 montre aussi l'évolution des courants i1, i2, i'2 dans les balais B1, B2, B'1, B'2 et du courant i3 appliqué par le générateur G au primaire P du transformateur T.
B'2, un palier négatif - e- puis un palier positif e - durant ses phases de commutation IV et VIII. La figure 9 montre aussi l'évolution des courants i1, i2, i'2 dans les balais B1, B2, B'1, B'2 et du courant i3 appliqué par le générateur G au primaire P du transformateur T.
Suivant la figure 9, les paliers positifs et négatifs du signal v s'détendent sur toute la durée où les balais à commuter (par exemple les balais B1 et B2 dans la phase II) sont en contact avec une lame respective du collecteur. On peut toutefois observer que
- la tension positive ou négative de chacun de ces paliers peut être appliquée un peu après la venue en contact du balai suivant (par exemple le balai B2 dans la phase II) lorsque l'annulation du courant dans le balai précédent (dans le même exemple le balai B1) dure moins de T/8 (cas des vitesses faibles),
- les paliers intermédiaires, de tension nulle, peuvent être supprimés si le transformateur T est loin du régime de saturation (cas des vitesses élevées). Les paliers positifs et/ou négatifs seraient alors prolongés pour couvrir la durée des paliers de tension nulle.
- la tension positive ou négative de chacun de ces paliers peut être appliquée un peu après la venue en contact du balai suivant (par exemple le balai B2 dans la phase II) lorsque l'annulation du courant dans le balai précédent (dans le même exemple le balai B1) dure moins de T/8 (cas des vitesses faibles),
- les paliers intermédiaires, de tension nulle, peuvent être supprimés si le transformateur T est loin du régime de saturation (cas des vitesses élevées). Les paliers positifs et/ou négatifs seraient alors prolongés pour couvrir la durée des paliers de tension nulle.
Les figures 10 et 11 montrent deux structures possibles pour le générateur G qui, on le notera, n'a pas à fournir de puissance. Chacune comprend un circuit en pont qui reçoit une tension continue E aux bornes d'une première diagonale, tandis que les bornes de l'autre diagonale sont connectées au primaire P du transformateur T. L'une des paires de bras de pont correspondant à la première diagonale est composée de deux transistors Q1, Q2 et de deux diodes X1, X2 connectées en parallèle avec ces transistors. L'autre paire de bras de pont est composée soit d'un ensemble semblable de deux transistors Q3, Q4 et de deux diodes X3, X4 (figure 10), soit simplement de deux condensateurs C1, C2 d'égale valeur (figure 11). Par application aux bases des transistors de signaux de commande appropriés, synchrones de la rotation de l'induit, on obtient, dans le cas de la figure 10, un signal à trois niveaux (positif, nul et négatif) et, dans le cas de la figure 11, un signal à deux niveaux seulement (positif et négatif).
Pour la commande des transistors, une solution consiste à installer un capteur de position sur l'arbre. La commutation est réussie (absence d'arcs) si le contact de chaque balai s'ouvre lorsque l'intensité qui le traverse est nulle. Cette coïncidence est obtenue dans ce qui précède par ajustement des niveaux de tension des paliers du signal v. On peut aussi régler l'annulation des courants grâce aux aménagements suivants:
- adjonction de diodes (ou de thyristors) entre les balais et les secondaires S, S' du transformateur T pour éviter les changements de signe du courant dans les balais. Dans ce cas, si le niveau des paliers est trop élevé, les courants dans les balais s'annulent avant l'ouverture des contacts, et restent ensuite à zéro sans pouvoir changer de signe;
- mesure des quatre courants dans les balais et commande du générateur G de façon à annuler alternativement ces courants par asservissement un peu avant chaque séparation lame-balai, alors que les contacts des deux balais en fonction sont encore assurés simultanément.
- adjonction de diodes (ou de thyristors) entre les balais et les secondaires S, S' du transformateur T pour éviter les changements de signe du courant dans les balais. Dans ce cas, si le niveau des paliers est trop élevé, les courants dans les balais s'annulent avant l'ouverture des contacts, et restent ensuite à zéro sans pouvoir changer de signe;
- mesure des quatre courants dans les balais et commande du générateur G de façon à annuler alternativement ces courants par asservissement un peu avant chaque séparation lame-balai, alors que les contacts des deux balais en fonction sont encore assurés simultanément.
L'asservissement peut mettre en oeuvre à cet effet un procédé à découpage.
Dans ce cas, juste avant l'ouverture du contact d'un balai, B1 par exemple, les courant évoluent dans les balais B1 et B2 avec i1 voisin de 0 et i2 voisin de Io (figure 12). Le découpage introduit en plus une composante en dents de scie de faible amplitude; mais la valeur oscillante du courant i1 qui en résulte est suffisamment faible pour éviter la présence d'arcs à l'ouverture du contact du balai.
Claims (16)
1. Machine à courant continu comportant un stator à plusieurs paires de pôles inducteurs et un rotor dont l'enroulement d'induit est alimenté en courant via un collecteur et un jeu de balais, cette machine étant dotée de moyens de commutation assistée, caractérisée par les particularités suivantes
- le nombre (p) de paires de pôles est pair et au moins égal à 2;
- l'enroulement (F) de l'induit est du type ondulé série simple à deux voies;
- le collecteur (CL) est formé d'une unique couronne de lames conductrices (L) en nombre (n) impair, séparées par des intervalles d'isolement (EL);
- les balais (B), calés sur les lignes neutres du champ inducteur, ont une largeur (t inférieure à la largeur ces, des intervalles (EL) entre lames;
- chaque balai d'entrée de courant dans l'enroulement d'induit (F) et le balai d'entrée suivant sur le pourtour du collecteur sont alimentés via un dispositif d'assistance à la commutation (AC), et il en va de même pour chaque balai de sortie de courant et le balai de sortie suivant; et
- un générateur d'impulsions synchronisées avec la rotation de l'induit est prévu pour piloter le dispositif d'assistance à la commutation.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la largeur ( des lames du collecteur et la largeur ) des intervalles isolants qui les séparent sont sensiblement égales.
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le nombre (p) de paires de pôles est égal à 2.
4. Machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le dispositif d'assistance à la commutation (AC) comporte, pour chacune des paires de balais d'entrée (B1, B2) et de sortie (B'1, B'2), un circuit (A+; A-) par lequel transite le courant (Io) d'alimentation de l'induit, et qui est capable d'appliquer aux balais de la paire correspondante une tension (e+; e-) d'assistance à la commutation.
5. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que chacun des deux circuits (A+; A-) du dispositif d'assistance à la commutation comprend un premier redresseur et un second redresseur (D1,
Th1; D2, Th2) connectés en série, ce dernier étant connecté à l'un (B1; B'1) des balais de la paire correspondante, un troisième redresseur et un quatrième redresseur (D3, Th3; D4, Th4) connectés en série, ce dernier étant connecté à l'autre balai, et un condensateur (C) connecté entre le point commun des premier et second redresseurs et le point commun des troisième et quatrième redresseurs.
6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les premier et troisième redresseurs (D1, D3; D2, D4) sont connectés aux extrémités du bobinage d'un auto-transformateur (AT), le courant (Io) d'alimentation de l'induit entrant ou sortant au point milieu de ce bobinage.
7. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les premier et troisième redresseur (D1, D3: D2, D4) sont directement connectés à une borne commune d'entrée ou de sortie du courant (Io) d'alimentation de l'induit.
8. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que les premier et troisième redresseurs sont constitués par de simples diodes.
9. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que les premier et troisième redresseurs sont des redresseurs commandés ou thyristors, dont l'allumage est piloté par ledit générateur d'impulsions synchrones.
10. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée par le fait que les second et quatrième redresseurs sont constitués par de simples diodes.
11. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée par le fait que les second et quatrième redresseurs sont des redresseurs commandés ou thyristors, dont l'allumage est piloté par ledit générateur d'impulsions synchrones.
12. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que chacun des deux circuits (A+; A-) du dispositif d'assistance à la commutation (AC) comprend un secondaire d'un transformateur (T) comportant un primaire (P) et deux secondaires (S; S'), les balais de la paire correspondante étant connectés aux extrémités de ce secondaire, lequel offre un point milieu par où entre ou sort le courant (Io) d'alimentation de l'induit, tandis que le primaire (P) est connecté à un générateur (G) de signal d'assistance à la commutation synchronisé avec la rotation de l'induit.
13. Machine selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le générateur (G) précité fournit un signal d'assistance à la commutation à trois niveaux de tension.
14. Machine selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le générateur précité fournit un signal d'assistance à la commutation à deux niveaux.
15. Machine selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée par le fait que des redresseurs, commandés ou non, sont interposés entre les extrémités des secondaires (S, S') du transformateur (T) et les balais correspondants.
16. Machine selon la revendication 12, caractérisée par le fait que des capteurs d'intensité mesurant le courant passant par chacun des balais sont prévus, qui commandent le générateur (G) précité de façon qu'il fournisse un signal d'assistance à la commutation assurant alternativement l'annulation, par asservissement, de chacun de ces courants un peu avant que le balai correspondant quitte une lame et, simultanément, l'établissement de ce même courant dans celui des autres balais qui doit le prendre en charge, cette double opération s'effectuant tandis que les balais en cause sont tous deux en contact avec une lame respective.
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1993
- 1993-05-25 FR FR9306195A patent/FR2705843B1/fr not_active Expired - Fee Related
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