<Desc/Clms Page number 1>
"" PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS d'INDUCTION.- ""
La présente invention a pour obj et des perfectionnements apportés aux machines électriques, particulièrement aux moteurs d'induction, et elle porte essentiellement sur des moyens simples et automatiques pour faire varier les ca- ractéristiques de telles machines, de manière convenable, entre les conditions de démarrage et les conditions de marche normaleo
On sait que la courant de démarrage des moteurs d' induction est considérablement plus grand que le courant passant en charge normale, et que l'on a déjà recouru à divers artifices pour réduire le courant de démarrage tout en
<Desc/Clms Page number 2>
obtenant un couple de démarrage élevé et un rendement opératif convenable.
Un de ces artifices est constitué par le moteur à double cage d'écureuil* Généralement, une caga d'écureuil à grande résistance est disposée au voisinage de la périphérie du rotor, et une cage d'écureuil à faible résis- tance est disposée plus profondément dans le noyau du rotor.
En raison de la disposition de la cage d'écureuil à faible résis- tance, sa réactance au démarrage est élevée, car la fréquence secondaire au dé- marr&ge est élevée- :En conséquence, la cage d'écureuil à haute résistance et à faible réactance disposée vers la périphérie du noyau, contribue à fournir le couple de démarrage principal-
Lorsque la vitesse du moteur s'élève et que la fréquence secondai- re diminue, des portions croissantes du flux coupent la cage d'écureuil à faible résistance, de sorte qu'à la vitesse de marche normale, on obtient une caracté- ristique secondaire à faible résistance*
Pour augmenter la distribution sélective du courant secondaire en- tre les deux enroulements secondaires,
entre les conditions da démarrage et les conditions de marche normale, on a proposé aussi de prévoir et de disposer des ponts magnétiques mobiles agencés pour faire varier la réluctance des trajets de flux entre les deux enroulements secondaires, tandis que le moteur prend de la vitesse- Ceci posé, la présenta invention porte prancipalement sur des perfec- tionnements aux machines de ce type* @ cet effet, suivant l'invention, on utilise l'action combinée de forces centrifuges et magnétiques pour contrôler le mouvement des ponts magnéti- ques.
Dans une réalisation préférée de l'invention, les points ou les coins magnétiques sont maintenus dans une position telle qu'ils ferment approxi- mativement la trajet de flux entre les deux enroulements secondaires, par une force magnétique, pendant la période de démarrage primitive, et ils sont déplacés de faqon à augmenter la réluctance de ce trajet, par l'action de la force centri- fuge, lorsque la vitesse du moteur s'élève.
La description suivante,en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la manière dont l'invention est réalisée.
La figure 1 de ce dessin représente en perspective, avec parties en coupe, un rotor de machine établi conformément à l'invention.
<Desc/Clms Page number 3>
La figure2 représente le détail d'une disposition d' encoches pré-
EMI3.1
férée, conforme à l'invention
Les figures 3 et 4 représentent les diverses distributions de flux . et les diverses positions de coins magnétiques, correspondant respectivement aux conditions de démarrage et aux conditions de marche normale.
La figure 5 est une coupe de détail.
La figure 6, enfin, est un schéma des connexions relatif à un mo-
EMI3.2
teur complet, muni d'un rotor conforme à l'invention"
Sur la figure 1, 10 désigne l'arbre du rotor, 11 désigna les feuillets métalliques du noyau.du rotor, et 12 désigne une des couronnes de
EMI3.3
bout- Dans l'exemple envisage, les couroi-xes de bout cornpramtIDt des plaques de cuivre qui servent, conjointement avec les deux enroulements à cage d'écureuil 13 et 14, à serrer ensemble les feuillets du rotor-
EMI3.4
Les couronnes de bout 12 sont munies d' ouvertures correspondant respectivement aux dimensions et à l'espacement des barres des cages d'",CU1'e..dH les barres traversent ces ouvertures, corrne représente en 15 et 16, et après &8- senblage, les extrémités des barres sont bresées et soudées sur la plaque,
coene représentés en 17.
Le type de construction de couronne de bout ne présente pas une grande importanceo Mais la construction représentée est avantageuse, car elle sert à empêcher les barres magnétiques libres, représentées en 18, d'être dépla-
EMI3.5
cées Icngitudinalemente
Les détails de la construction et de la disposition des organes sont représentés sur la figure 2.
Sur cette figure, 19 désigne l'ouverture d'en- coche étroite usuelle, ménagée dans la périphérie, et qui peut être remplie par un. coin convenable, si on le désire-
EMI3.6
Les barres de cage d'écure7. à haute résistance, constituant l'en- roulement de démarrage principal, sont placées dans le sommet de 1' encoche et sont
EMI3.7
. maintenues si place par les couronnes de bout et les surfaces d'encoches" Les barres 14 constituant la cage d'écureuil à faible résistance et à grande réactance sont placées au fond de l'encoche.
L'espace d'encoche compris entre les barres 13 et 14 est plus large
EMI3.8
à la partie s'upér1eure qu'au fond, et:, sauf pour la barre de fer 18, cet espace constitue un entrefer ggande réluctancea entre les deux enroulements.
<Desc/Clms Page number 4>
La portion convergente inférieure de cet espace d'encoche est di- mensionnée et conformée de façon à épouser les dimensions et la forme générale de la barre magnétique libre ou du coin 18, de façon que ce coin 18 puisse servir à fermer approximativement cet entrefer, lorsqu'il est placé au fend de celui-ci.*
Dans ce cas, le coin est rond, et les surfaces de contact de l'en- coche en 20 sont ccnvexes, le rayon de la surface 20 étant un peu plus grand que celui du coin-
On pourrait évidemment utiliser d'autres formes équivalentes pour obtenir les résultats recherchés* Mais le coin de forme ronde, et la surface con- cave circulaire en 20, présentent des avantages,
car dans ce cas il est sens im- portance que la barre 18 soit tournée ou même retournée*
La pièce désignée par 21 est une pièce de guidage ou d'espacement mince et non-magnétique, pour le coin libre 18, lorsqu'il se trouve à la partie supérieure de l'entrefer. Elle empêche le coin 18 d'adhérer sur les côté de Il en- uoche, par attraction magnétique* On peut prévoir deux ou trois de ces guides,. par exemple un près de chaque extrémité du rotor, et un troisième vers le milieu du rotor*
Ces guides sont empilés avec les feuillets du rotor, comne repré- venté en 21 sur la figure 1.
Il n'est pas nécessaire que ces guides s'étendait jusqu'à la périphérie du rotor*
Comme représenté sur les figures 1 et 2, ces pièces de guidage s'étendant seulement jusqu'au fond des barres 13, et elles sont munies d'Encoches en forme de U, ménegées dans leurs périphéries vis-à-vis des encoches du rotor, et elles sont munies d'ouvertures pour les barres inférieures 14.
Ces guides ne sont pas indispensables, mais il est préférable d'u- tiliser soit ces guides soit un autre arranganent équivalent, pour assurer que lesbarres magnétiques 18 n'adhèrent pas aux feuillets métalliques tandisqu'el- les se trouvent dans les parties supérieures de l'entrefer. Ces pièces d'espace- ment sont établies de préférence en feuillets de cuivre ou d'une autre matière non-magnétique.
Lorsque le moteur est au repos, avec l'enroulement du stator désex- cité, les barres de fer libres 18 prennent une position dépendant seulement de la gravité. Si l'arbre du rotor est horizontal, les barres de la partie supérieu-
<Desc/Clms Page number 5>
re du rotor, se trouvent dans les parties inférieures des entrefers, entre les deux enroulements à cage d'écureuil, comme représenté en traits pleins\}' sur la figura 2, et les barres de la partie inférieure du rotor, reposent contre le cô- té intérieur des barres de cage d'écureuil 13, dans une position telle que celle qui est représentée en lignes pointillées 18' sur la figure 20
Lorsque le moteur est excitée avec le rotor fixe, un courant intense est induit dans les enroulements secondaires..
Toutes les barres libres qui ne se .trouvent pas déjà dans le fond des encoches, c'est-à-dire dans la position repré- sentée en traits pleins sur la figure 2, y sont attirées d'une manière brusque et instantanée par une traction magnétique puissante qui est produite par le flux traversant l' entrefer entre les deux enroulements et qui est causée principale- ment par. le flux; entourant les barres de la cage d'écureuil inférieure et pro- duit par le courant passant dans cet enroulement.
Cette force magnétique est proportionnelle au flux du rotor*
Le moteur démarre alors, et la plus grande portion du couple est produite par la cage d'écureuil supérieure à grande résistance- Cela est dû au fait que le trajet de flux entre les deux enroulements possède alors une ré- luctance faible, ce qui a pour effet d'exclure le flux de l'enroulement inférieur dans une grande mesure,, et aussi au fait que la fréquence secondaire est élevée-
Le flux de démarrage du moteur étant élevé, une certaine quantité de flux traverse la cage d'écureuil inférieure, et le courant passant à l'inté- rieur, produit un flux additionnel à travers les coins magnétiques libres, ten- dant à maintenir les coins dans les fonds des espaces d'encoches.
Les conditions de flux pendant la période d'accélération peuvent être représentées de la manière indiquée sur la figure 3.
Lorsque le moteur s'accélère, la force centrifuge,, tendant à proje- ter vers l'extérieur les coins magnétiques libres, augmente;, et la force magné- tique qui maintient les coins dans la partie étroite de l'entrefer,, diminue;, jusqu'à ce que finalement ces forces en opposition atteignent des valeurs telles que les coins sont chassés vers l'extérieur; on obtient alors la condition opé- rative représentée sur la figure 4. La cage d'écureuil inférieure devient alors complètement actives et il en résulte une diminution très importante de la résis- tance secondaire efficace.
On a trouvé et constaté que cet arrangement, qui utilise l'action
<Desc/Clms Page number 6>
de forces magnétiques pour amener les coins dans leur position de démarrage, et pour les y maintenir contre l'action de la force centrifuge, pendant la période d'accélération, est efficace pour fournir ces résultats désirés* Il n'est pas nécessaire de recourir à des ressorts ou à d'autres moyens mécaniques pour dé- placer ou maintenir les coins dans 1 es fonds -des encoches*
Les caractéristiques de démarrage peuvent être changées au moyens de très petites variations dans le diamètre des coins magnétiques libres ou dans la forme des surfaces de contact dans 1'encoche*
La force centrifuge agissant sur les coins, à une vitesse parti- culière quelconque, et avec un diamètre de rotor quelconque,
peut être modifiée en faisant varier le poids des coins magnétiques*
Par exemple, ces coins ou barres peuvent être remplacés par des tubes de fer ayant le même diamètre extérieur, comne représenté sur la figure 5; ou bien, suivant une variante, des encoches alternées peuvent contenir des coins massifs et les encoches intermédiaires contiennent des tubes magnétiques, pour arriver à un résultat intermédiaire, en raison du fait que des coins de poids divers sont chassés à des vitesses différentes-
Lorsqu'on utilise des coins de poids différents dans le même rotor, il faut prendre soin de les distribuer uniformément de façon à ne pas,
déséqui- librer le rotor ou la distribution du courant secondaire'
Un tel rotor peut évidenment être utilisé avec des moteur monopha- sés ou des moteurs polyphasés. La figure 6 représente un moteur monophasé, muni d'un rotor cantonne à la présente invention.
Sur cette figure, 23 désigne l'enroulement de stator principal et 24 désigne le second enroulement de stator qui est agencé pour produire une caracté rist ique de démarrage convenablement déphasée.
L'enroulement 24 est monté en série avec un transformateur 25 dont le secondaire est relié à un condensateur 26; cela équivaut à placer un con- densateur directement en série avec l'enroulement 24, pour faire avancer la phase du courant dans l'enroulement 24 par rapport à celui de l'enroulement 23.
Mais la connexion* du condensateur par l'intermédiaire du transfor- mateur présente l'avantage que la tension appliquée au transformateur peut être élevée, de sorte qu'on peut ainsi utiliser un condensateur plus petit et plus économique; en outre, la capacité de cette-dérivation du circuit du moteur peut --Il
<Desc/Clms Page number 7>
être facilement variée entre les conditions de démarrage et les conditions de marche normale, :au moyen de bornes ou. de prises de courant sur le transforma- teur, par exemple la borne 27, et cela permet d'utiliser le même condensateur pour obtenir un effet de démarrage avec déphasage, et me correction du fac- teur de puissance pendant la marche normale.
La valeur de ce circuit de condensateur en kva doit être plus élevée pour les conditions de démarrage que pour les Conditions de marche nor- males et le changement des connexions du transformateur doit se produire à l'instant convenable, au cours de l'accélération du moteur.
En conséquence, il est avantageux de prévoir un dispositif automa- tique influencé par la vitesse, tel que l'interrupteur à régulateur centrifuge représenté en 28, pour exécuter ce changement de connexions.
Au démarrage, l'interrupteur automatique est ferme sur la gauche;, sur le plot 27, en donnant ainsi la capacité maximum en kva au circuit 24-25; lorsque le moteur prend de la vitesse, la capacité de ce circuit en kva est ré- duite par la fermeture automatique de l'interrupteur 28 vers la droite, cequi a pour effet de connecter ce circuit à travers l'enroulement primaire entier du transf ormat eur 25.
On obtient ainsi, avec le même condensateur, des conditions par- fait es pour le démarrage avec déphasage et les conditions de marche normale avec un facteur de puissance élevé-
Le changement est exécuté automatiquement, et l'interrupteur doit être réglé et ajusté de façon à être influencé à une vitesse approximativement égale à celle à laquelle se produit le passage des conditions de démarrage aux conditions de marche normale dans le rotor, au moyen des coins magnétiques mo- biles-
La combinaison est particulièrement avantageuse pour des moteurs de dimensions moyennes fonctionnant sur des circuits monophasés, car le moteur peut alors être relié directement à la ligne sans utilisation d'un compensateur de démarrage' Le courant de démarrage est assez faible, avec un bon couple de démarrage,
et lefacteur de puissancede la combinai son est élevé.
Ces résultats sont exécutés d'une manière entièrement automatique par les deux particularités automatiques, qui sont convenablement ajustées l'une par rapport à l'autre, pour obtenirles meilleurs résultats, dans las conditions
<Desc/Clms Page number 8>
de charge particulières auxquelles la moteur est soumis.
On peut obtenir une grande variété de conditions de démarrage par cette combinaison, en changeant simplement les dimensions et les poids des coins magnétiques mobiles, et en changeant l'ajustage de l'interrupteur centri- fuge et des prises de courant des transformateurs.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s' on écarter, sans pour cela sortir du cadre de la présente in- vention.