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Monsieur Benno S c h w a r z et Société dite: S c h o r c h - W e r k e A.-G.
Les tendances à donner aux moteurs à induit à cage dtécureuil, un champ d'application aussi étendu que possible ont trouvé, comme il est bien connu, des limites relativement restreintes dans les con- ditions de démarrage de ce genre de machines, courant de démarrage très élevé pour un moment de démarrage bien petit. Pour pouvoir uti- liser le moteur à cage d'écureuil, aussi aux puissances plus élevées on a développé à part des essais de solution mécanique par exemple par le couplage par force centrifuge, etc.. deux solutions électri- ques principalement différents) à savoir le rotor "Boucherot" ;et le rotor à courants parasites.
Il est bien connu que le premier est muni de deux enroulements a court-circuit, dont l'un sert comme enroulement de démarrage sur la surface de l'induit avec une résis- tance ohmique très élevée et une dispersion petite) tandis que
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l'autre travaille dans des rainures propres placées bien bas avec une basse résistance ohmique et une grande dispersion comme enroulement de service propre. L'induit à courant parasite présente des barres relativement hautes et étroites, qui permettent d'employer des élévations de résistances apparentes pour la formation des courants parasites pendant l'arrêt et pendant le démarrage.
Les deux systèmes de l'induit à court circuit ont ceci de commun que la limitation du courant de démarrage est obtenue seu- lement par l'élévation de la dispersion de l'enroulement de service.
La dispersion secondaire est suivie en tous cas par une diminution sensible du rendement de la machine et indirectement aussi du ren- dement dans la fabrique. Plus.basse est la valeur du courant de démarrage admise, plus grande doit être choisie la dispersion se- condaire, ce qui diminue le facteur de puissance de l'installation.
Cette circonstance a été jusqu'à présent un obstacle au dévelop- pement de la construction en question.
La présente invention propose pour la solution de la cons- truction de l'induit à court circuit principalement une nouvelle voie. L'enroulement de service (un enroulement de démarrage pro- pre n'est en principe pas nécessaire ici) est monté d'une telle manière qu'il contient des spires resp. des barres, placées dans des rainures presque exemptes de dispersion sur la surface du rotor, comme dans un moteur normal, et les spires placées dans des rainures plus basses et permettait la formation des flux magnétiques séparés du champ principal, c-à-d. possédant une dis- persion plus grande. Les spires exemptes de dispersion et dis- persantes sont dans cette invention montées en série, de sorte que le courant de service doit traverser les deux genres de spires.
L'enroulement se compose dans son montage le plus simple d'éléments, sépares les uns des autres électriquement et mis en court-circuit entr'eux.
La Fig.l montre un élément W.
Pour la simplicité , seulement une' spire Wl resp. W2 a été supposée pour chacun des deux groupes de spires indiqués ci-dessus....
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L'induit a deux systèmes de rainures à savoir les rainures Nl,N2, etc.., placées sur la surface d'induit, qui sont établies pour une petite dispersion et les rainures N1', N2', etc.., placées plus bas, présentant une dispersion plus grande. La spire Wl de l'élément W est alors placée dans les hautes rainures N1, N2, exemptes de dispersion, la spire W2 qui est montée avec Wl en série, dans les rainures N1', N2' placées plus bas.( Les spires sont connectées d'une telle manière que comme on le peut voir, un flux traversant la spire haute Wl est forcé de passer par la spire W2 dans le même sens de circulation, indiqué,par des flèches.
De cette manière on obtient que les conducteurs a/a', respo b/b' se trouvant dans les rainures Nl.Nl' resp. N2,N21 placées l'une sur l'autre, sont tra- versés par des courants de la même direction et donnant, par ces raisons des moments de torsion de même sens. L'allure du champ principal de la machine pendant le service h est marquée sur la figure en traits interrompus.
Pendant l'arrêt et pendant le démarrage le fonctionnement et aussi la distribution du champ sont différents. La plus grande partie du champ principal #a part des champs de dispersion se for- mant entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire (si l'on néglige les champs de dispersion entre les enroulements primaire et secondaire) passe entre les deux systèmes de rainures du rotor. De cette manière une tension est induite dans les spires Wl de chaque élément et elle est appliquée aux spires W2 du même élément. Par le courant qui traverse les spires W2 un champ relié à ces spires est excité, dont la marche est marquée en #a'. Ce champ auxiliaire induit une tension contraire dans les spires W2, contre la tension produite dans les spires Wl par le champ principal.
Si le nombre des spires de Wl et W2 est le même, le champ #a' sera¯ de la même grandeur que la partie #a du champ principal reliée a Wl.
On voit que les spires basses W2 fonctionnant comme une bobine de réactance montée dans le circuit secondaire et que par la dispo- sition et le nombre de ces spires de la position basse on obtient
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un effet de réac tance très large et à volonté. De l'autre côté la position en haut des spires W1 est aussi reliée, à l'arrêt, à la plus grande partie du champ principal induisant une relativement grande tension. Comme le courant de court-circuit induit dans les spires Wl doit aussi traverser la résistance ohmique des spires W2 il est naturel que sa chute de tension ohmique est relativement plus élevée (à W1 - ²2. le double) que dans un enroulement normal de court-circuit.
En'conséquence le cos phi de court-circuit et aussi le couple de démarrage pour un même courant de court-circuit, c-à-d. un même courant primaire admis, est condisérablement plus élevé que dans un induit en court-circuit normal ou bien dans une construction de "Boucherot", si l'on néglige son enroulement de démarrage et considère seulement l'enroulement de service.
Lors- que les exigences concernant la valeur du moment de démarrage à une grandeur'du courant de démarrage fixée sont encore plus gran- des qu'on les peut obtenir par l'arrangement de l'enroulement de service suivant la présente invention, il est possible de prévoir aussi ici, suivant le procèdent connu, un enroulement de démarrage Wa de résistance ohmique élevée et de dispersion petite,
dont quelques barres ont été représentées en pointillé à la Fig.l. On reviendra plus loin sur d'autres possibilités d'invention pour é- lever le moment de démarrage demandé pour une consommation de courant fixée*
Par le fait.que chaque élément d'enroulement et en conséquence aussi l'enroulement de service total est placé seulement pour une partie dans les rainures avec une dispersion agrandie, tandis que l'autre, partie est sur la surface, présentant la petite ou plus petite dispersion secondaire existant dans les moteurs asynchrones normaux, il va sans dire que le facteur de puissance de service d'une telle machine 'est beaucoup plus favorable que celui d'un induit "Boucherot". En outre, seulement une partie du cuivre de rotor doit être placée dans les rainures de rotor situées plus bas.
La section des rainures situées en ,bas correspond seulement à une
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fraction des sections de rainure d'un enroulement "Boucherot" à 'la même charge de courant. En vue du fait que les épaisseurs de dent de l'induit "Boucherot" doivent être nécessairement très petites par suite du petit cercle intérieur des rainures la diminution de la section de cuivre placée au cercle de rainure intérieur signifie un renforcement très sensible des sections de dent, en pratique en- viron deux fois ou à peu près. De cette manière les ampères -tours en marche à vide nécessaires sont considérablement diminués. Mais il est de très grande importance que les dispersions à vide diminuent encore dans une mesure plus large.
La partie située dans les rai- nures du haut de l'enroulement de service est reliée déjà comme dans un moteur asynchrone normale au plein flux, tandis que la partie située plus bas de l'enroulement de service est reliée à une plus grande partie du flux par conséquent de la petite résis- tance magnétique de la couche de dent, que tout enroulement de service, dans l'induit "Boucherot".
D'autres formes de construction de l'invention présente seront encore décrites. Les .éléments d'enroulement mis en court-circuit, dont l'enroulement total se compose, peuvent aussi être faits plus simples suivant la Fig.2. Ici on emploie seulement des spires sim- ples et ouvertes ou des groupes de spires W, qui sont placés dans les bobines du haut exemptes de dispersion N avec un côté de bobine a et avec l'autre côté de bobine b dans les bobines en bas N'. L'effet de cet arrangement est semblable à celui déjà décrit.
Au lieu de l'emploi d'éléments d'enroulement séparés l'un de l'autre on paut aussi monter ensemble un groupe plus grand de spires. On peut, par exemple (Fig.3) mettre un enroulement W resp.
W' chacun de plusieurs phases dans le système de rainure du haut et du bas, quand les différentes phases P,P se composent de groupes de bobine a b c, al bl cl, resp. a'b'c', al' bl' cl' distribués ' dans plusieurs bobines. Dans la Fig.3 une phase P p' d'un enroule- ment triphasé d'un induit à quatre pôles avec trois rainures' par pôle et phase a été indiquée schématiquement. L'enroulement du bas
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Wr a été dessiné pour plus de clarté, séparément de l'enroulement du haut W. Le commencement d'enroulement A de la phase d'enroulement du haut P est relié 'à, la fin d'enroulement E' de la phase d'enrou- lement P' et inversement E avec A'.
Les phases d'enroulement sont alors, comme les enroulements ci-dessus, mis en court-circuit par des connexions en croix des commencements et des fins. Un tel arran- gement a l'avantage pratique d'un fonctionnement simple eb usuel et d'un nombre réduit de connexions de commutation. D'autre part le facteur d'enroulement de cet arrangement correspond à peu près à l'enroulemtn d'induit à bagues normal pour le même nombre de phases, tandis que 11 arrangement des Figs. 1 ou 2 presente le facteur d'enroulement d'un enroulement a induit à court-circuit.
Au lieu de la réalisation comme enroulement triphasé on peut aussi suivant la Fig.4, réaliser l'invention cornas enroulement à barres, resp. enroulement à courant continue Dans les rainures du haut est placé l'enroulement a courant continu S, dans les rai- nures du bas est l'enroulement SI, qui de nouveau pour plus de clarté est représenté séparément de l'enroulement du haut. Les deux enrou- lements sont supposés sur la figure être des enroulements en boucla.
Les fins de bobines sont reliées l'une à l'autre, de sorte que deux spires ou groupes de spires sont en court-circuit les uns sur les autres. Par exemple la spire Wl de l'enroulement du bas S forme un élément d'enroulement avec la spire W2 de l'enroulement du bas S', suivant les dispositions indiquées ci-dessus. Afin d'obtenir la marche correcte 'des courants court-circuit on a dessiné sur la figure un des deux enroulements S avec un pas d'enroulement progressant à la droite et l'autre enroulement S' du bas avec un pas d'enroulement progressant à la gauche. La marche du cou- rant dans l'élément Wl, W2, est indiquée par des flèches.
Outre la construction des deux enroulements avec un avancement différent on peut naturellement aussi exécuter un desenroulements comme en- roulement en parallèle et l'autre comme enroulement en série, si les conditions de courant et tension resp. les conditions de sec-
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tion le rendent nécessaires. Il va sans dire qu'il n'est pas né- cessaire que toutes les connexions sont placées en effet entre les fins de bobines, mais il est suffisant de réaliser les connexions des deux enroulements aussi à de certaines distances. Il suffit par e- xemple d'exécuter seulement les connexions dessinées en traits pleins et les autres.marquées par des traits interrompus peuvent être omises.
Plus il y aura de connexions, meilleur sera naturel- lement le facteur d'enroulement. Un nombre de connexions plus grand que le nombre de rainures n'aboutit à rien. Les spires d'une rainure peuvent être toujours reliées en série.
La réalisation avec des phases d'enroulement fermées, resp. comme enroulement de courant contini rend possible le simple em- ploi d'un autre principe de cette invention, par lequel est su- perflu l'enroulement de démarrage spécial dans le but d'obtenir des couples élevés de démarrage, resp. un cos phi élevé en court-cir- cuit. Dans ce but une résistance R est montée suivant l'invention en parallèle sur les deux enroulements, par exemple à la Fig.3 en parallèle sur A E resp.
A'E'; cette résistance est dimensionnée d'une telle manière, qu'elle laisse passer un courant effectif de la valeur nécessaire pour la tension se présentant à l'arrêt de la phase d'enroulement correspondante, courant qui est encore en état de développer le moment supplémentaire de torsion, Cette résistance, qui marche avec le moteur, né doit naturellement pas hêtre mise en circuit ou hors de circuit, mais elle peut être tou- jours maintenue en circuit. Pendant le service un petit courant, qui peut être négligé, passera par la résistance sous l'influence de la tension de glissement très petite. Une diminution du rende- ment ne résulte pas de ce courante vu que ce courant prend part à la formation du moment de torsion et que R est monté en parallèle sur les deux parties de l'enroulement de service.
De même, on peut aussi disposer un système de résistance pour la forme de réalisation de la Fig.4 au moyen de connexions régulières de résis- tances R en parallèle sur chaque groupe de spires de l'enroulement à 'courant continu*
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L'exécution des deux parties de l'enroulement de service comme enroulement à courant continu rend possible une extension de l'emploi de la présente invention de telle manière que les extré- mités de connexions des deux enroulements à courant continu peuvent aussi être raccordées à un collecteur K, Fig.5. Le courant venant du dehors se répartira entre les deux enroulements montés en paral- lèle.
Pour la position supposée dans les figures précédentes des deux enroulements l'un sur l'autre 1'effet des deux parties du cou- rant extérieur disparaîtra au point de vue magnétique. C'est pour- quoi il est nécessaire de déplacer les deux enroulements l'un par rapport à l'autre. Suivant le but que l'arrangement d'un collec- local teur peut avoir on supposera différent l'anglefde décalage de phase des deux enroulements. Sur la Fig.5 on a marqué un déplacement de phase local d'environ 90 degrés électriques. Par une alimenta- tion appropriée des balais de collecteur il est possible d'introdui- re une tension dans le circuit secondaire qui introduit le courant de magnétisation nécessaire pour la compensation de phase dans ce circuit.
Le décalage de phase local de ces deux enroulements dé- pendra dans ce cas spécial du rapport entre le courant de magnéti- sation venant du dehors et le courant de service passant dans l'enroulement, et en proportion de ces deux grandeurs on peut cal- culer un angle de décalage optimum. Il va sans dire que l'alimen- tation du collecteur resp. la position des balais peut être telle que du courant de service est introduit par le collecteur dans les enroulements (moteur shunt à collecteur).. Le schéma de connexions d'une machine compensée resp. shunt suivant les principes de la présente invention est montré à la Fig.6. L'alimentation du collec- teur est supposée faite ici au moyen d'un enroulement auxiliaire monté dans le stator de la machine.
L'emploi d'une machine shunt avec enroulement suivant les principes indiqués ci-dessus, s'il s'agit d'une obtention d'une compensation de phase ou bien d'une régulation de vitesse, ou enfin d'une combinaison d'une machine à compensation de phase et shunt, a toujours l'avantage de ne pas avoir
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besoin d'un arrangement spécial de démarreur. Pour des moments de torsion plus élevés, on peut employer les résistances montées suivant la Fig.3. Lors de l'obtention du plein nombre de vitesse on établit la connexion entre l'enroulement auxiliaire H et les balais de collecteur par le commutateur marqué s.
Au lieu des résistances montées on peut aussi employer un démarreur r' en connexion ouverte (Fig. 6 en traits interrompus) entre les balais de collecteur et l'enroulement auxiliaire.
Par le fait que l'arrangement de l'invention de la machine donne dans une certaine mesure les caractéristiques d'un moteur shunt, on obtient aussi une influence favorable pour les conditions de commutation de l'enroulement resp. du collecteur, aussi bien pendant le démarrage, où l'effet du champ principal est amorti que pendant le service auquel les deux enroulements montés en parallèles provoquent l'un par rapport à l'autre un amortissement des champs troublant la commutation.
Revendications.
1 - Moteur à induction pour courant alternatif et triphasé, caractérisé en ce que l'enroulement de rotor est composé de groupes de spires montées en court-circuit sur eux-mêmes, qui contiennent des spires montées en séries et d'une inductivité de disper- sion différente.