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tir ¯SYSTEME à COURANT C011TINU... ""
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Cette 4er;aade de brevet correspond à la demande de brevet trençals No 228t 6?4 du 25 Novembre 1926 et à 600 cinq additions déposées respectivement s.(i) le 1lz,z6, (2) le 7-12-26, (3) le za,lz2s, (4) le 8z r (5) le 24; 5.2?, , par la Cie Française pour l'cpl0ita.ticm des Procédés Mioemo Bouston; , .
¯"¯"¯a.-¯w¯----¯W¯-¯.¯¯¯¯¯M¯¯¯¯¯"----.-¯¯¯aa--¯¯"."a¯ ,fifi w BB37iµ1 ?nNCI?aL - 631p1à8 dwà4 DéÔÔ#5> BRE11ET PRINCIPAL .... ........ .... 331,168 dU' ' Déc ler Perfectionnement oz ............ or ": 546?589 du 24 Nov, 1927, .Jo ID ... (No de la demande) 281-,766 du 18 Jet* 1929' wwww,.wwwwwwr.wr....w..ww..w..w..w..wwwwwwrwrbwwwwrwr....wwwwwwwww..wm..www.wwwww....wdm Le présent parfeoti onnenent est relatif à des machines rotatives à courant continu pouvant fonctionner soit en transformateurs d'énergie éleabrique, ooit en enotoure ou on en6r&trlooco 000 maahinom ocmt d.61i11;n6G1IJ comme "machines po1ymorplliques" ou "métadynes". Elles constituent la forme
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générale de machines à collecteur à courant continu dont la dynamo ordinaire
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représente un cas particulier- ---1.
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Le but de la présente invention est d'indiquer, en dehors des so- lutions déjà connues et de celles qui figurent au brevet principal et au premier perfectionnement, les différentes formes de réalisation de la méta- dyne généralisées, ainsi que de décrire de nouveaux perfectionnements destinés à stabiliser le fonctionnement, d'assurer le réglage et la bonne commutation, de réaliser les caractéristiques voulues etc-- des différentes catégories des métadynes.
Sous sa forme la plus générale, une machine à collecteur est connsti- tuée, comme on le sait, par un induit se trouvant à l'intérieur d'un stator, ces deux parties étant séparées par un entrefer dont les constantes magnéti- ques et électriques sont différentes aux points différents- Si on parcourt l'entrefer d'une telle machine, et que 1%, on constate que ces constantes se répétant périodiquement p fois, on dit que la machine a 2p pôles- Etant donné que les deux pôles ne sont pas nécessairement symétriques, il est pré- férable de désigner une telle machine comme ayant p ''cycles''-
Dans l'exposé qui suit, on va considérer pour la simplicité les machines à un seul cycle,
mais il est entendu que les moyens couverts par le présent brevet s'appliquent aux machines à plusieurs cycles* D'autre part, on ne décrit, dans le présent brevet, que les machines à un seul collecteur, mais on peut les munir (il enroulements et de collecteurs distincts par chaque paire de balais-
La Fig.1 représsente une métadyneà un cycle ayant un nembre quel- conque de balais. Il est supposé qu' il s'agit d'un suroulement à tambour, avec le pas diamétral-
Dans ce cas, à chaque balai correspondent deux axes de commutstion dont l'un passe pour le balai et l'autre est décalé d'un angle égal au pas du bobinage* Pour faciliter la commutation, on peut ménager sur le stator, sui- vsnt un procédé connu,
une encoche profonde en regard de chaque axe de commu- tation, de sorte que le stator est divisé en plusieurs segments distincts dont le nombre:.est deux fois plus grand que celui des balais- .
La Fig-2 représente un autre exemple de la métadyne à un cycle ayant deux balais et un enroulement à tanbour à pas fractionnaire* On voit qu'au balai "a" correspondent les axes de commutation oa et oa', et au balai "b" les axes ob et ob'. Dans le cas d'un bobinage Gramme représenté sur la -IL
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Fig.3, on a autant de segments polaires qu'ily a des balais, car à chaque balai correspond un seul axe de commutation' A l'àide des moyens indiqués dans la suite,
on peut assurer un bon fonctionnement de telles machines ayant n'importe quel nombre de cycles et de balais-
Les balais des métadynes peuvent être reliés entre eux et aux dif- férents circuits extérieurs suivant un très grand nombre de schémas qui dé- pendent surtout de l'utilisation de la machine et de la nature de son fonc- tionn ement.
En faisant pour le moment abstraction des enroulements statoriques qui sont nécessaires pour le bon fonctionnement des métadynes et qui seront décrite dans la suite, les figures 6 A ao indiquent un certain numbre is sehs- mas fondamentaux dans lesquels les lettres a, b, c, .... désignent les balais et les lettres Q, Q', Q", .... les appareils d'utilisation.
Dans un réseau à deux fils, on obtient pour une métadyne à trois balais les huit montages représentés sur les figures 5 à 12.
Le nombre de montages augmente rapidement lorsqu'on augmente le nombre de balais, de sorte que les Fige 13 à 45 ne donnent pas tous les mon- tages possibles pour quatre balais*
Certains des cas particuliers indiqués dans les figures 5 à 45 sont pour les machines à trois balais et ceux des Fig. 13,16, déjà connus, comme ceux des Fig' 5,6, 1 chines à quatre balais-
Les Fig. 5,13, 14 et 15 sont accompagnées des fig. 5a, 13a, 14a et 15a qui représentent sous une forme un peu différente les connexions exté- rieures de certaines formés particulières de la métadyne qui seront référées dans la suite-
La machine conforme aux fig- 5 et 5a sera désignée dans la suite comme la "métadyne en Y".
La machine des fig. B et 138 sera désignée comme la "métadyne en croix".
La machine conforme aux Fig. 14 et 14a sera désignée comme la "métadyne an 8".
La machine connectée suivant les Fig. 15 et 15a sera désignée comme la "métadyne en trident".
Conformément à la présente invention, on peut réaliser des machines
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industrielles fonctionnent: on moteurs, en générateurs, en transformateurs à deux ou à plusieurs circuits extérieurs, les connexions extérieures de ces machines étant établies suivant les exemples donnés plus haut et, d'unu fa- çon plus générale, d'après la méthode suivante.
Si le réseau d'alimentation est à 1 fils, si les appareils d'uti- lisation ont g bornes et si la métadyne a h balais, on peut réaliser les con- nexions extérieures en connectant un balai de la métadyne soit à un autre balai de la même machine, soit à l'un des 1 fils du réseau d'alimentation, soit à l'une des ± bornes des appareils d'utilisation, taudis que leo bornes des appareils d'utilisation restées libres sont connectées entre elles ou avec les fils du réseau*
Etant donné que les métadynes peuvent fonctionner non seulement en dynamos ou en moteurs, comma les machines ordinaires à collecteurs, mais qu'elles peuvent se présenter sous la forme de transformateurs alimentant un ou plusieurs circuits secondaires (voir par exemple Fige 14 et 15)
le nem- bre de différentes connexions possibles de leurs enroulements statoriques est beaucoup plus élevé que dans uno machine ordinaire fonctionnant an moteur ou an dynamo*
Les différents enroulements statoriques de ces machines peuvent être alimentés soit par les courants individuels sortant des différents balais, soit proportionnellement aux différences de potentiel entre deux balais quel- conques, soit proportionnellement aux différences de potentiel entre les ba- lais et les lignes du réseau extérieur, soit enfin étre exeltés par une soures indépendante- Comme on le verra dans la suite,
les différentes combinaisons de ces enroulements statoriques permettent d'obtenir une grande variété de carac- téristiques de la machines
Tous ces enroulements statoriques doivent être disposés de façon à ne pas gêner la bonne commutation de la machine- Pour les machines simples à un seul cycle, et à. quatre baiais, le brevet principal indique un. moyen effi- cace de réaliser une bonne commutetion.
Ce moyen consiste à subdiviser chaque pôle en deux demi-pôles et à répartir les enroulements statoriques de façon à créer les flux nécessaires, tout en laissant un espace disponible pour les pô- les de commutation*
Dans le cas général d'une métadyne à plusieurs balais, on'peut ayoir
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plusieurs segmenta polaires par cycle, comne l'indique la Fig.1par exemple.
Conformément à l'invention, on divise chaque bobine statorique en autant de parties qu'il y a de segments polaires excités par cette bobine-
Cette subdivision permet d'obtenir pour toutes les variantes de la métadyne des zones de commutations dans lesquelles le flux est indépendant des ampère-tours statoriques, ce qui ,est la condition essentielle pour l'em- ploi des pôles de commutation, tandis que l'ensemble des bobines statoriques subdivisées réalise les flux nécessaires au point de vue du réglage, de la stabilité, du couple, de la caractériatique, etc....
En appliquant ce procédé, on obtient donc autant de bobines stato- riques par cycle qu'il y a des segments polaires par cycle, de sorte qu'en jugeant d'après l'aspect extérieur de la métadyne, il est généralement impos- sible de reconnaître son nombre de cycles* La Fig.4 représente par exemple, une métadyne à quatre balais et à deux cycles, les bobines Sa, Sd' et Sb remplaçant une bobine polaire et Sb', Sd, Se - l'autreh bobine polaire-
Dans les zones de commutation ainsi obtenues on loge les pôles de commutation.
Mais, contrairement à la machine habituelle à collecteur, il ne suffit généralement pas de munir chaque pùle de commutation d'une seule bo- bine d'excitation*
De l'étude analytique de la répartition des flux dans une métadyne il résulte que si on a n balais et si les courants à commander ont les valeurs la, Ib ..... In, le nombre d'ampèrs-tours d'un pôle de commutation doit être égal à
T= A.Ia + B.Ib ....... + N.Ia"
Il en résulte que chaque pôle de commutation doit avoir, confor- mément à l'invention, n bobines dont chacune est parcourue par un courant sortant d'un balai- Suivant cette méthode générale, on peut obtenir une bonne commutation dans tous les cas, pour n'importe quel nombre de balais disposés sous n'importe quel angle.
Dans certains cas cette disposition peut âtre simplifiée, lorsque plusieurs bobines s'annulent, par exemple, de sorte qu'on peut les supprimer
Avec les moyens indiqués plus haut, on peut constituer pour une métadyne quelconque tous les enroulements statoriques nécessaires à son fonc- tionnement, et en particulier, exciter le stator de façon à ce que la métady-
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ne produise elle-même le couple nécessaire à son fonctionnement-
Le brevet principal ainsi que la lère addition donnent quelques exemples de ce genre de machines :
ce sont des machines à quatre balais "en croix" qui fonctiennent sans une machina d'entraînement et auxquelles sont associées des machines régulatrices destinées à régler la vitesse suivant une loi déterminée-
Au lieu d'employer une régulatrice à excitation série ou shunt comme l'indiquent les exemples de la lère addition, on peut employer l'excitation séparée fournie soit par une source à potentiel constant, soit par une autre machine auxiliaire,
soit enfin par le courant d'un des balais de la métadyne. On peut réaliser un très grand nombre de combinaisons possibles de ces sources d'excitation permettant d'obtenir la loi voulue de variation de la vitesse en fonction de la charge par exemple-
La figure 46 représente une forma de réalisation du réglage de la vitesse dans laquelle la machine régulatrice R alimentant l' caroulement ré- gulateur A est excitée séparément et montée en opposition avec une autre machine E' entraînée à vitesse constante par T. Les deux machines auxiliaires sont excitées en série par le courant d'un des balais de la métadyne ED.
On conçoit qu'à une certaine vitesse de cette dernière les tensions fournies par R et R' sont en équilibre et que, d'autre part, cet équilibre dépend de la charge de la métadyne et de la vitesse de la machine R', On peut''ainsi agir sur la vitesse de la métadyne à l'aide de plusieurs paramètres indépendants ou modifier à volonté la loi de sa variation-
I va de soi que la machine régulatrice peut être remplacée par un régulateur quelconque, par exemple par un dispositif à contacts vibrants etc..
Dans certains cas, et plus particulièrement lorsqu'on utilise les métadynes corrme transformateurs d'énergie, il est très important de pouvoir réaliser une caractéristique déterminée de l'intensité secondaire en fanction de la tension secondaire-
Dans le ler perfectionnement. il a été indiqua qu'une métadyne "an croix" par exemple fournit au circuit secondaire une intensité constante dont la valeur peut être modifiée en agissant sur les ampère-tours de l'en- roui amant dit "variateur ".
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Suivant la présente invention, on peut obtenir d'une façon pure- ment autematique des carsotéristiques d'une forme différentecomme l'indique à titre d'exemple le schéma de la Fig-47- Sur cette figure, une métadyne "en croix" est munie d'un enroulement régulateur G alimenté par une régula- trice R et d'un enroulement variateur W: la disposition est identique à dalle de la Fig.4 du 1er perfectionnement, et si les ampère-toure de W sont cons- tants, on obtient, comme dans le 1er perfectionnement, une caractéristique horizontale N de la Fig.48 de l'intensité secondaire en fonction de la ten- sion secondaire Vbd entre les balais b et d.
Mais si l'enroulement W est excité directement ou indirectement par le courant secondaire, on obtient une variation progressive .de ce dernier, et il est facile de démontrer qu'on a alors une fonction également linéaire mais inclinée par rapport à l'axe des abscisses on a soit la droite Ni, soit la droite N2.
D'autre part, en effectuant la subdivision des enroulements stato- riques comme il a été indiqué plus haut, pour obtenir une bonne commutation, on peut également agir sur la forme de la caractéristique* Si les bobines statoriques subdivisées produisent un champ "par cyclev équivalent à celui qui correspond aux bobines W et G, on réalise les caractéristiques de la Fig.48' Mais si, en les subdivisant, on divise la bobine S en quatre enroule- ments distincts par exemple, ayant des nombres d'ampères-tours inégaux, les variations du courant d'excitation agissent d'une façon inégale sur la com- posante horizontale et sur la composante verticale du...flux, de sorte que la caractéristique réalisée est, comme on peut la démontrer mathématiquement, une courbe du deuxième degré,
car en modifiant l'orientation du flux résul- tant on change le rapport de transformation de la machine-,
On peut obtenir ainsi par exemple, la caractéristique hyberbolique N3 de la Fig.49; en variant les ampère-tours statoriques, on obtient une famille d'hyperboles semblables dont N4 est un exemple'
En inversant les courants stàtoriques correspondants, on peut in- verser le sens de la tension secondaire et obtenir deux groupes de courbes com me l'indique la Fig.50. Sur cette figure, les courbes N, N4, etc...corres- pondent au fonctionnement de la métadyne en transformateur alimentant l'ap- pareil d'utilisation Q, tandis que les courbes N3', N4', été*** correspondent au fonctionnement de Q en générateur,
avec récupération du courant*
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On conçoit la grande importance pratique de ce genre de caracté- ristiques dans la traction, par exemple. La métadyne fournit aux moteurs . d'abord une intensité constante, de sorte que le démarrage se fait à un cou- ple constant, mais au fur et à mesure que la tension secondaire augmente, l'intensité et la couple diminuent, de sorte qu'on ne risque jamais de dépas- ser les valeurs dangereuses- On a les mémes avantages au cours de la récupé- ration*
On a vu précédemment que chaque segment polaire peut avoir plusieurs enroulements dont les ampère-tours s'ajoutent ou se retranchant, et il est évident qu'on peut obtenir de cette façon des bobinages stetoriques asses vo- lumineux- On peut réduire l'importance de ces enroulements de la façon suivan- te.
On emploie une petite machine auxiliaire appelée modulatrice, de préférence accouplée à la métadyne. et on l'excite par les différents courante qui ont été précédement utilisés pour fournir directement les ampère-tours statoriques de la métadyne. Cette machine produit des courants qui alimentent les enroule- ments d'excitation de la machine principale; elle joue donc le rôle d'une exci- tarice.
Dans cette disposition, plusieurs cas peuvent se présenter
1) Si la machine auxiliaire tourne à vitesse constante et à faible saturation, les courants d'excitation fournis par elle sont proportionnels aux courants qui ont été précédemment utilisés dans les enroulements de la méta- dyne, et on obtient, comme précédemment les caractéristiques identiques à celles de la Fig.48. Mais on simplifie considérablement les bobinages statori- ques de la machina principale.
2j Si la machine auxiliaire est fortement saturée, les caractéristi- ques rectilignes de la Fig.48 se déforment et on obtient la courbe N1" de la Fig.51 qui, dans certains cas, peut présenter des avantages pratiques considé- rables- En modifiant les ampère-tours de la machine auxiliaire, on peut obte- nir les courbes N2", %Il, etc--.-
Les deux cas ci-dessus peuvent se présenter lorsque la vitesse de la machine auxiliaire est également varlable.
Il est évident qu'on dispods là de nouveaux moyens d'agir sur la forme de la caractéristique du courant secon- daire en fonction de sa tension et qu'on peut ainsi réaliser la caractéristique voulue*
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Si la machine auxiliaire est elle-même une métadyne, on peut réaliser un très grand nombre de variations possibles.
Pour éviter l'établissement d'oscillations de l'intensité débi- tée par une métadyne, on a indiqué dans la lère addition l'emploi de ma- chines stabilisatrices ou d'enroulements stabilisateurs sur la machine principale- D'une étude analytique de la métadyne généralisée, il résulte que, tandis que certaines parties des circuits jouent le rôle de stabili- sateurs, d'autres parties peuvent jouer le rôle contraire en facilitant l'amorçage d'oscillations-
Les éléments stabilisateurs sont généralement constitués par des enroulements parcourus par les courants proportionnels aux courants de dif- férents balais et agissant dans un sens tel que ces courants sont réduits* Un élément "anti-stabilisateur" est, par exemple,
constitué par une machine série ou par ses inducteurs fonctionnant en récupération et débitant sur la métadyne'
Conformément à l'invention, on renforce l'action des stabilisa- teurs et on affaibiit celle des "anti-stabilisateurs" par les moyens suivants- On shunte les premiers par des faibles résistances ayant une forte self- induction, tandis que les éléments de la deuxième catégorie sont shuntés par des résistances sans self.
.
La Fig.52 représente, à titre d'exemple, l'application de ces moyens dans le cas d'une métadyne "en 8" conforme aux Fig.14 et 14a alimen- , tant deux moteurs série Q- et Q2. Cette machine est munie de deux enroule- ments stabilisateurs S1 et S2 qui sont shuntés par deux selfs-inductions 11 et 12, tandis que les inducteurs des moteurs Ql et Q2, fonctionnant en récu- pération, sont shuntés par les résistances r1 et r2.
Pour renforcer l'effet de ces résistances, on peut, comme l'indique la Fig.53, mettre an série avec les inducteure des moteurs Q1 et Q2 des selfs 11, et 12', ou bien, en modi- fiant un peu la disposition établir les connexions d'après la Fig.54, dans laquelle on augmente considérablement la "constante de temps" des inducteurs des moteurs et on réduit celle des enroulements stabilisateurs Sl et S2.
On a supposé jusqu'ici que les balais des métadynes sont fixes dans l'espace et que tous les réglages se font à l'aide des enroulements statoriques * On peut, en dehors de ces moyens de réglage, employer plusieurs
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jeux de balais utilisés suivant les conditions données-
Les Fige 55 et 56 indiquent, à titre d'exemple, les métadynes "en 8" dérivées du schéma 14 et 14a.
Sur la Fig.55, les balais a & c sont remplacés par trois Malais chacun* Dans chaquezone de commutation, on emploie les moyens Indiquée plus haut pour pouvoir loger les pôles de commutation et on utilise, en fermant les interrupteurs correspondants, soit les balais a', c', soit a", e", etc---
Sur la Fig*56, on a subdivisé d'une façon analogue les balais secondaires b & d, on se rend facilement compte des différents couplages ainsi réalisables* On voit, par exemple, qu'on peut augmenter progressivement les tensions aux bornes des dispositifs Ql et Q2 et qu'en fermant les interrupteurs ml et m2 on élimine la métadyne en alimentant Q1 et Q2 en parallèle* Ce genre de division de tension,
est connu mais son affectation à la machine à un seul collecteur n'est pratiquement possible que grâce aux moyens indiqués plus haut permettant de réaliser une bonne commutation à n'importe quel endroit du collecteur*
Dans certaines applications pratiques, la métadyne peut être des- tinée, au lieu de transformer l'énergie électrique, à transformer l'énergie mécanique en courant électrique présentant les caractéristiques voulues- Sur la Fige 57 qui est relative à un tel cas, une métadyne "en croix" est accouplée à un moteur à pétrole AL par exemple* Son courant primaire, au lieu d'être fourni par le réseau, est fourni par une excitatrice Ex;
le courant secondaire alimenta une machine Q- Si on dispose les enroulements statoriques de sorte que tout le aouple il* la machina coit produit par la courant accon- daire, la machine Ex peut avoir une puissance très réduite*
La machine MD fournit à Q un courant qui peut avoir la caractéristique désirée;
il peut être constant et indépendant de la vitesse, par exem- ple' Un tel groupe est très pratique pour les locomotives ou les automobiles pétrolée-électriques car son réglage suivant la loi voulue s'effectue d'une façon entièrement automatique et *en* aucun organe euxiliaireDans certains cas, il peut être indiqué de remplacer une métadyne par un groupe de dynamos ordinaires qui fonctionnent d'une faqon identique ou analogue* Pour cela, il suffit de.décomposer d'une certaine façon les balais de la métadyne, conme l'indiquent à titre d'exemple les figures 58 à 63.
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La Fig.58 est une métadyne "en 8" conforme à la Fig.- 14a- En décomposant Ces quatre balais en quatre groupes :: a"b". blot, o"d", aval, on obtient les quatre machines de la Fig.59 dont les balais a' et a" correspondent au balai a, les balais b' et b" à b, etc....