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" PEEFECTIONI#I.NNTS AUX MOTEURS SYNCHRONES A i\.UTO-Dl!11,1Al'illAGE.- " la présente invention concerne les moteurs à courant alterna- tif, et plus particulièrement les moteurs du type à disque d'induction ayant des caractéristiques synchrones.
Les moteurs à courant alternatif du type à disque d'induction, possèdent un vaste champ d'applications, grâce à leur simplicité de cons- truction, leur bon rendement, leur couple de démarrage élevé, et leur facul- té d'adaptation à diverses vitesses. Dans de nombreux cas, il est désirable d'employer un petit moteur alternatif ayant une vitesse constante ou syn- chrone. Les moteurs à disque d'induction.,. employés jusqu'ici, ne possèdent
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pas de telles caractéristiques, bien qu'on ait déjà tenté précédemment d'é- liminer les erreurs de température, de tension, et de vitesse, inhérentes à ce type de moteurs.
Les moyens précéder/ment proposés dans cet ordre d'idées ontpermis d'améliorer les caractéristiques de vitesse constante, mais sans obtenir des caractéristiques synchrones véritables.
On recherche , d'une manière constamment croissante, une plus grande précision pour le fonctionnement à vitesse constante, dans des con- ditions exceptionnelles de température et de tension pour certaines catégo- ries d&appareils, et notamment des dispositifs de chronométrage pour des compteurs d'énergie, et on a été ainsi amené à perfectionner davantage les moteurs de cette catégorie. En outre, on cherche à maintenir, sur les sys- tèmes de distribution à courant alternatif, une précision sans cesse crois- sante pour la fréquence, et l'emploi de systèmes tels que des systèmes de chronométrage synchrones, diminue l'importance de la correction des erreurs de fréquence, et augmente l'importance que présente la dépendance de la vi- tesse par rapport à la fréquence.
Suivant l'invention, on conserve la simplicité de construction inhérente au moteur du type à disque d'induction, et on le transforme en un moteur ayant des caractéristiques véritables de vitesse synchrone, en munissant le disque d'induction de pièces magnétiques espacées, de façon à maintenir le disque en relation de vitesse synchrone par rapport au flux alternatif coupant le disque, à une vitesse inférieure à celle à laquelle s'annule le couple moteur d'induction, la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'in- vention. la Fig.l montre, en vue perspective, un moteur établi conformément à l'invention. la Fig. en est une vue par en dessous.
Les Fig.3 à 8 représentent la situation du flux et de l'armature dans l'entrefer, pour six positions consécutives d'une période, à vitesse synchrone.
La Fig.9, enfin, est une courbe vitesse-couple relative au mo- teur perfectionne.
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L'inducteur ou stator du moteur (Fig. 1 et 2) est établi d'une manière connue, et comprend un circuit magnétique feuilleté 10, une bobine d'excitation 11, et des bobines d'amortissement (shading coils) 12 et 13, de chaque côté de l'entrefer. La Bobine d'amortissement inférieure 13 et la portion 14 du circuit magnétique sur lequel est montée cette bobine'. peuvent être rendues réglables, par exemple au moen d'une roue hélicoïdale 15 coo- pérant avec une vis sans fin munie d'un bouton moleté 16.
Les extrémités de la bobine'11 sont reliées à une borne convenable
17 en matière isolante. Le disque 18, formant armature ou induit, est monté sur un arbre- 19 muni d'une vis sans fin 20, ou d'un autre dispositif appro- pria, pour transmettre le mouvement de rotation à une charge qui n'est pas représentée. L'arbre 19 est disposé de manière rotative dans des paliers convenables 21 et 2, qui sont supportés dans le châssis de l'inducteur du moteur.
Le disque 18 formant rotor, est établi en une matière conductrice, telle que le cuivre ou l'aluminium. L'aluminium est préférable, car il dimi- nue l'inertie du rotor et assure une accélération rapide, lors du démarrage.
Le disque est inséré dans l'entrefer de l'inducteur, d'une manière usuelle, et il n'y a rien d'exceptionnel en ce qui concerne l'action motrice d'in- duction. Le disque est muai de plusieurs petites chevilles 23 en fer doux, espacées uniformément sur la périphérie du disque, et le traversant. Dans l'exemple envisagé, il y a trente chevilles 23 qui traversent l'entrefer du moteur, quand le disque est mis en rotation.
Ceci posé, le fonctionnement du moteur est le suivant t
Quand la bobine est excitée par un courant alternatif, un flux alternatif traverse l'entrefer et couple le disque; les bobines d'amortis- sement produisent un changement ou déplacement du flux, et ce flux changeant engendre, dans le disque, des courants de Foucault qui réagissent, à leur tour, contre le flux; et produisent la rotation, d'une manière connue, Le moteur démarreet prend rapidement une vitesse à laquelle les chevilles 23, en traversant l'entrefer, prennent des positions de réluctanoe minimum, en synchronisme avec le flux alternatif changeant.
A cette vitesse, il y a un effet de réaction défini dû aux che- villes magnétiques qui bloquent ou maintiennent le disque en synchronisme
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avec le flux, dans les limites du couple moteur. Ce couple moteur de réac- tion est ajouté au couple moteur d'induction, lorsqu'une charge est appli- quée, tendant à ralentir le moteur au-dessous de cette vitesse, et le cou- ple de réaction est suffisamment supérieur au couple d'induction pour empê- cher le disque de tourner au-delà de cette vitesse,
Cet effet de réaction peut être rendu plus clair, en examinant les Fig. 3 à 8 qui représentent six positions ou situations consécutives du flux et du rotor dans l'entrefer, pendant une période complète, à vitesse synchrone.
Dans l'exemple envisagé, le circuit magnétique voisin de l'en- trefer, possède, par rapport au disque, des dimensions périphériques telles qu'il contient en moyenne trois des trente chevilles 23 dans l'entrefer, à un instant quelconque. Lesbobines d'amortissement 12 et 13 sont voisines de l'entrefer. Le sens du mouvement du disque 18 est alors dirigé vers la droite, comme indiqué par la flèche 24.
Au commencement d'une période, le flux est forcé ou refoule à travers la moitié de gauche d'un pôle dans l'entrefer, et à travers le disque, comme représenté, en raison de l'effet de retard dû aux bobines d' amortissement. Les chevilles, dans l'entrefer, sur les Fig. 3 à 8, ont été désignées par a,b et c, Sur la Fig.3, les chevilles occupent une position réduisant au minimum la réluctance de l'entrefer, car elles interceptent un nombre maximum de lignes de force coupant le disque. la Fig. 4 représente l'état du flux lorsqu'il est distribué d'une manière uniforme sur les surfaces polaires, la partie de droite étant en cours d'accroissement, et celle de gauche, en cours de diminution. Les chevilles ont été déplacées vers la droite, pour prendre de nouveau la posi- tion de moindre relue tance.
Sur la Fig.5, qui représente la dernière partie de la période, quand le flux commence à diminuer, mais est retardé dans la portion de droi- te du pôle, par les bobines d'amortissement, les chevilles ont été déplacées de nouveau vers la droite, pour occuper une position de moindre réluctance, et les chevilles b¯ et c se trouvent alors dans la position la plus intense du champ.
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Sur la Fig. 6, le flux a commencé à se renverser et est plus inten- se sur le côté gauche du pôle, comme sur la Fig.3, les chevilles ont été dé- placées de nouveau vers la droite et occupent une position de moindre relue- -tance correspondant à la Fig. 3, mais la cheville a a été déplacée d'une quantité correspondant à un espacement, pendant la demi-période, et une au- tre cheville occupe alors la position qui était occupée par la cheville a , sur la Fig.3.
Les Fig.7 et 8 correspondent respectivement aux Fig, 4 & 5, avec le flux renversé, et les chevilles étant déplacées vers la droite, pour main tenir au minimum la réluctance de l'entrefer. la situation immédiatement sui- vante serait analogue à celle représentée sur la Fig.3, avec toutefois la cheville a amenée dans la position occupée par la cheville c. on conçoit ainsi que, avec un disque à trente chevilles, agencé comme il a été dit pré- cédemment, le disque tourne de 1/15 de tour par répiode, et, avec un cir- cuit à 60 périodes, un tel disque tourne avec une vitesse synchrone précise de 240 t/m. la courbe vitesse-couple d'un tel moteur est représentée par la ligne en traits pleins A, sur la Fig.9.
La courbe B ; en traits pointillés, représente la courbe vitesse-couple qui serait obtenue par un moteur ana- logue mais muni d'un disque ordinaire dépourvu de chevilles. De ce qui pré- cède, il résulte que le couple-moteur de réaction disponible, est approxima- tivement égal au couple d'induction, à vitesse synchrone, et puisque le mo- teur doit surmonter un frottement, il ne peut pas dépasser cette vitesse, car, sinon, le couple de réaction serait renversé et opposé au couple-moteur d'induction. Il convient aussi de noter que le moteur fonctionne à une vi- tesse à laquelle l'action motrice d'induction est très efficace.
On conçoit que la disposition de fer, dans une relation polaire dans le disque, produit une tendance de blocage au repos, laquelle tendance varie avec la position fixe du disque, c'est-à-dire que la tendance de blo- cage est plus prononcée dans certaines positions du rotor que dans d'autres positions. La distribution à peu près uniforme du fer, et la petite quantité de fer employée dans la construction, empêchent la tendance de blocage, de gêner le démarrage propre du moteur. Le couple de démarrage représenté sur
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la courbe de la Fig.9, est une valeur moyenne pour toutes les positions du rotor. Dans aucune position fixe du rotor, la tendance au blocage n'est suf- fisante pour surmonter le couple de démarrage, de façon à empêcher le démar- rage du moteur.
Pour obtenir un moteur synchrone à auto-démarrage, fonctionnant sur les principes envisagés, il est essentiel que la vitesse de changement du flux, à travers l'entrefer, dans le sens du mouvement du rotor, soit supé- rieure à la vitesse du disque,-à laquelle se produit l'action synchronisante, car, sinon, l'action d'induction ne serait pas capable d'amener le rotor jusqu'à la vitesse synchrone.
En d'autres termes, l'action synchronisante doit se produire à une vitesse inférieure à celle correspondant à la vitesse complète-d'induction. la bobine d'amortissement réglable 13 permet un réglage entre les valeurs relatives du couple d'induction et du couple de réaction, car ce réglage varie la vitesse de changement de flux dans le sens de rotation du disque, Lorsque le moteur est toujours destiné à tourner à une vitesse de synchronisme, en fonctionnement normal, avec une avance connue, ce réglage peut être effectué à l'usine, avant l'équipement, et le dispositif de régla- ge à vis sans fin n'est alors pas nécessaire.
les couples moteurs de réac- tion et d'induction peuvent être établis ou proportionnés, par rapport à la charge, de façon que, pour un réglage, le moteur tourne au synchronisme, et qu'ensuite, en augmentant le couple d'induction par le dispositif de réglage à bobine d'amortissement, la vitesse du moteur soit élevée au-dessus du syn- chronisme. Lorsque la charge est variable, le réglage peut être tel que le moteur fonctionne à une vitesse synchrone aux grandes charges, et à une vi- tesse plus élevée, aux petites charges,
A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un moteur agencé comme le moteur représenté Fig.
1 et 2, destiné à être employé sur des compteurs d'énergie, sur un circuit de 220 volts, 60 périodes, peut être muni d'un disque d'aluminium ayant un diamètre d'environ 40 mm., avec 30 chevilles en fer doux ayant chacune un diamètre de 1 mm., et une longueur de 0,3 mm. cor- respondant à l'épaisseur du disque; l'entrefer peut être de 1,5 mm.
On conçoit que, avec un modèle d'inducteur déterminé, la vitesse
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synchrone du moteur peut être changée, en changeant le diamètre du disque et le nombre de chevilles. Par exemple, si le disque 18 est remplacé par un disque de diamètre moitié, muni de quinze chevilles espacées d'une distance é-gale à la distance précédente, en déplaçant l'axe de rotation du disque plis petit vers l'inducteur, de façon à amener les chevilles dans l'entrefer, le moteur aurait une vitesse synchrone de 480 t/m.
La vitesse périphérique du disque, dans l'entrefer, est exactement la même que précédemment, et les con- ditions représentées sur les Fig.3à 8, conviennent encore ici,
Le nombre de chevilles se trouvant simultanément dans l'entre- fer, pourrait être différent de trois, et le système de chagement du flux, pourrait aussi être modifie.
Le système d'armature représenté sous forme de disque, pourrait recevoir une forme différente, avec une longueur telle qu'il se déplace dans un entrefer relativement étroit, et être occupé par un flux changeant tra- versant cet entrefer.
D'une manière générale, il est bien entendu que les disposi- tions et les applications qui ont été données ci-dessus ,à titre d'exempl,e ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de l'invention.