<Desc/Clms Page number 1>
STRIE COUPLAGE DES ENROULEMENTS DES STATORS DES MACHINES POLYPHASEES
EMI1.1
YVPLÀùa D,lS suR0vL&>11,IIITS DES 8iÀ1l0Rs DES )lÀcinNz8 POLYPHà;zzs @ A COLLECTEUR"
Dans le brevet belge N 326.341, du 25 février 1925, une disposition des enroulements des stators des machines polypha- sées à collecteur est indiquée, dans laquelle le pas d'enroule- ment est réduit à une-fraction du pas d'enroulement normal au rotor.
La Fig. 1 par exemple reproduit, au schéma bipolaire, une telle disposition pour une machine -,pas polaire normal au rotor, dans laquelle l'enroulement au stator est exécuté à 1/2 pas polaire. S représente le stator, ayant 12 encoches qui sont
EMI1.2
indiquées schénatiquement nar des lignes radiales , et un enrou- lement triphasé, dont les bobines sont exécutées avec un pas de 3 divisions d'encoches,donc, le nombre d'encoches par pâle
<Desc/Clms Page number 2>
étant 6, à 1/2 pas polaire. R représente le rotor dont l'en- roulement soit exécuté à pas pola,ire normal, comme il est in- diqué au schéma pour une spire, et enfin C représente le col- lecteur du rotor avec trois balais.
La disposition avait pour but le, formation -de charma de commutation parfaits, et en même temps d'ampères-tours pro- duisant l'autoexcitation des machines , et ceux-ci sous une telle phase que le sens de rotation v du champ devient le même que le sens de rotation V du rotor. Au contraire d'effets con- nus des enroulements normaux des stators, elle permet d'obte- nir que, la machine étant raccordée à une autre source de cou- rant, les fréquences de ces deux sources de courant s'adaptent automatiquement l'une à l'autre.
Ce dernier effet a réalisé depuis lors des résultats très importants, par l'utilisation de la disposition dans des machi- nes à collecteur série, et surtout par l'application de ces dernières pour servir comme excitatrices polyphasées série auto excitées pour des moteurs asynchrones.
Il est connu que tous les essais faits pour employer dans ce but des machines série avec enroulement normal au stator, avec ou sans pôles de commutation, ont donné des résultats négatifs. On a constaté dans ces essais que, quand on choisis- sait l'autoexcitation de l'excitatrice série suffisamment élevée pour produire la compensation ou hypercompensation des moteurs asynchrones en marche à vide, le fonctionnement de ces moteurs devenait instable.
Cet inconvénient provient du fait que 1'enroulement nor- mal au stator produit dans ce cas un effet nuisible. En choi- sissant les ampères-tours au stator, de sorte qu'ils produisent en même temps une composante suffisante pour obtenir une bonne
<Desc/Clms Page number 3>
commutation et une autre composante suffisante à l'autoexcita- tion, la phase de cette dernière devient telle que le moteur asynchrone montre la tendance de fonctionner en même temps comme une génératrice, produisant un courant d'une fréquence un peu plus faible que celle du réseau. Si la machine était actionnée mécaniquement en génératrice, son glissement négatif et sa vitesse s'adapteraient automatiquement à cette autoexci- tation en génératrice asynchrone.
Mais en marche comme moteur asynchrone, une phase du champ de l'excitatrice qui ne s'adap- te pas à ce fonctionnement produit ainsi cette seconde fré- quence, provoquant de cette manière de forts et inadmissibles à-coups de çourants au réseau .
Par contre, la disposition selon le brevet belge N 326.341 présente, dans cette application,d'abord, le grand avantage que les effets envisagés, aussi bien la formation des champs de commutation que l'autoexcitation de ces machines, sont ob- tenus par une autre répartition du courant au stator, qui a pour conséquence que le dit inconvénient peut être facilement et complètement évité.
Pour le fonctionnement en excitatrice série autoexcitée, c'est-à-dire en génératrice, les balais sont placés de manière que l'axe des ampères-tours du rotor est approximativement opposé à ceux au stator, et sous un angle de 30 en arrière au sens de rotation V du rotor. On obtient ainsi, par exemple,, une position des balais comme représentée dans la Fig. 1, dans laquelle la phase 1 du stator est raccordée en série avec le balai 1, phase II avec balais 2, phase III avec balai 3. Les zônes de commutation des balais se trouvent aux endroits indi- qués par 6 petites flèches, aux croisements des bobines de différentes phases du stator.
En considérant ensuite par exemple
<Desc/Clms Page number 4>
les deux zônes de commutation des deux moitiés de la spire marquée qui, dans cette position, est court-circuitée sous le balai 1, on peut constater que, d'unes, part, dans les encoches du stator qui suivent ces zônes, la phase du courant se trouve exactement en sens opposé au courant au rotor en cet endroit, comme cela serait le cas pour un enroulement de compensation, que, d'autre part, dans les encoches du stator qui précèdent ces zônes, la phase du courant se trouve exactement en sens opposé au courant du-balai, comme cela serait le cas pour un' enroulement/ de pôles de commutation.
En outre, on trouve que ce dernier courant produit avec le courant au rotor en cet en- droit une composante qui forme les ampères-tours magnétisants de la machine.
Cette décomposition, présentant trois effets sépares obtenus par cette disposition d'enroulement, permet facilement, par des mesures de dimensionnement et d'autres détails d'exécu- tion, d'arriver à .ce que, d'une part, la commutation devient la plus parfaite et, d'autre part, de choisir la phase du champ résultant de l'excitatrice par rapport au courant au rotor, de manière que son sens de rotation vedevient le même que le sens de rotation V du rotor, et que la fréquence de la,'tension produite et celle du glissement du moteur s'adaptent automati- quement l'une à l'autre.
Le résultat est que, dans tous les cas où les exeitatrices polyphasées série autoexcitées, exécutées d'après cette dis- position ont- été employées, et contrairement aux expériences faites avec de telles machines à enroulement normal au stator, le fonctionnement absolument stable des moteurs asynchrones est produit précisément par cette autoexcitation série.
Cet effet
<Desc/Clms Page number 5>
a étédémontré d'ailleurs d'autant plus clairement que, même en ajoutant sur l'excitatrice un enroulement shunt et en ré- glant par ce dernier l'hypercompensation du moteur asynchrone dans n'importe quelles limites, cette excitation série suppri- me également et complètement toute tendance à des mouvements pendulaires du moteur, lesquels, comme il est connu, se pro-' duisent facilement, quand on se sert pour un tel réglage des excitatrices normales shunt.
Les explications données ci-dessus concernant les diffé- rents :effets obtenus par la disposition connue d'après le brevet belge N . 326.341, ont été d'abord reproduites ici, parce que pour certains cas il paraîtrait avantageux de pou- voir produire les mêmes effets aussi d'autre manière, c'est-à- dire en se servant d'une autre exécution des enroulements des stators.
La Fi. 2 montre, pour la disposition selon Fig. 1, le schéma correspondant d'enroulement et de couplage. Si les bobines sont formées par un certain nombre de conducteurs de faible section, leur exécution avec 1/2 pas polaire a l'avan- taie que leurs longueurs des spires deviennent petites, et que les bobines d'une phase, par exemple, dans ce schéma bipolaire, les deux bobines I - 10, qui pour le sens indiqué du courant produiraient les deux pôles de polarité opposée N et S, doi- vent être raccordées seulement par des connexions d'une sec- tion également faible, car exemple en série comme indiqué.
Généralement, ces excitatrices polyphasées servant pour des courants élevés sont exécutées comme machines multipolai- res, et avec des nombres de pôles d'autant plus élevés que leurs courants et puissances deviennent plus élevés, tandis que leurs rotors sont exécutés comme induits avec enroulement;.
<Desc/Clms Page number 6>
parallèle. Dans ces cas, on constate qu'il est très important que toutes les bobines qui se trouvent aux pâles différents de la même polarité, soient raccordées en série. Car, en les raccordant en parallèle , des déviations des courant-, et de leurs phases par rapport à la répartition caractérisée plus haut peuvent se produire à différents endroits, déviations qui peuvent encore être renforcées par réaction des courants au rotor et produire ainsi des à-coups de courants.
Cette condition a pour conséquence que, pour des machines pour courants élevés, les enroulements, de préférence à barres, forcent des bobines d'un faible nombre de barres par pôle et phase.
La Fig. 3 montre un tel schéma, dans lequel, par exemple, les bobines sont formées par deux spires par pôle et phase.
Pour toute clarté (le schéma est 4-polaire; pour des nombres de pôles plus grands, il suffit de l'allonger de façon analo- gue, tandis que la disposition des bornes amenant le courant peut rester la .même. Un tel enroulement à barres, formant des bobines séparées,ne peut être exécuté qu'en logeant les barres l'une à côté de l'autre, et on obtient, en choisissant à nou- veau 6 encoches par pôle, donc 24 encoches, 2 barres par en- coches, ou bien par exemple pour 48 encoches 1 barre par enco- che. Le pas d'enroulement moyen reste alors également ici, comme inscrit dans le schéma, c'est-à-dire 1/2 pas polai- re, si p présente le pas polaire.
Dans un tel enroulement à .bobines, les raccordements entre barres doivent être exécutés comme raccords formant des arcs qui se trouvent dans un autre plan, et avec une section correspondant à celle des barres. La
Fig. 3 montre que surtout les raccorda, qui forment les conne- xions entre les différentes bobines, doivent être disposés, en prolongeant les barres, dans quatre distances différentes du
<Desc/Clms Page number 7>
stator, et qu'ils occupent ainsi relativement beaucoup de place.
Il pourrait paraître avantageux dans certains cas, de pouvoir obtenir les mêmes effets par une autre exécution de l'enroulement du stator à 1/2 pas polaire, dans laquelle les barres seraient disposées de manière semblable que dans certains enroulements triphasés normaux, c'est-à-dire comme dans un enroulement tambour à courant continu en deux plans qui se trouvent aux encoches l'un sur l'autre, et où on se sert d'une connexion différente es autres connexions uni- formes et symétriques par phase résultante, pour former un enroulement triphasé normal.
Le schéma d'enroulement Fig. 2 montre, de même que Fig.. 3 qu'essentiellement, pour obtenir l'effet exposé, la répartitiom du courant au stator doit être une telle que, pour un sens donné du courant, il doit être réparti par phase et paire de pôles sur quatre différents endroits distants de 90 , et que, en ces endroits qui se suivent, son sens doit être alternati- vement le même et l'opposé. Il est évident que ce résultat ne pourrait Des être obtenu par un semblable enroulement tambour à 1/2 pas polaire.
D'autre part, nous allons démontrer que la même réparti- tion du courant, comme celle obtenue Fig. 2 et 3 par 1/2 pas polaire, peut être obtenue aussi par un enroulement dont le pas moyen est égal au pas polaire, par des connexions en quelques endroits par phase, qui diffèrent des autres connexions symétriques.
L'objet du brevet est d'exécuter les enroulements des stators de sorte que leur pas d'enroulement moyen corresponde
<Desc/Clms Page number 8>
au pas normal du rotor, et de prévoir, en certains endroits, des connexions différentes des autres connexions symétriques, de-telle manière que la répartition résultante du courant da.ns l'enroulement du stator devient telle, comme si son pas d'en- roulement était réduit à une fraction du pas d'enroulement normal au rotor.
Dans les Figs. 4 à 11, les schémas d'enroulement rentrent différentes formes d'exécutions. Les schémas sont tous présen- tés comme 4-polaires; pour des nombres de pôles plus élevés, ils seront prolongés de manière analogue. Les schémas sont suppo- sés à nouveau pour 6 encoches par pôle. Les conducteurs ou barres sont présentés de la manière usuelle, leurs parties extérieures étant.présentées pour les barres aux fonds des encoches par des lignes interrompues, et pour les barres au- dessus, par des traits continus.
La Fig. 4 montre un schéma, dans lequel le pas d'enrou- lement, comme inscrit du côté arrière, est égal au pa.s polaire p. Sur le côté avant, d'abord les connexions différentes a sont les mêmes que celles employées pour des enroulement triphasés normaux. En outre, le schéma montre les connexions différentes h, ici deux par phase, lesquelles, ici par exemple, raccordent en ces endroits deux barres distantes del 1/2 pas polaire. Si on suit le sens du courant pour une phase, par exemple I - lo, les flèches indiquées montrent que la répartition du courant devient exactement la même, que dans le schéma également 4- polaire de la Fig. 3, avec 1/2 pas polaire.
La Fig. 5 montre le même schéma, toutefois sans les con- nexions a, l'enroulement pro Phase étant raccordé en deux grou- pes en parallèle, dont les barres se trouvent dans les mêmes encoches. On obtient ainsi comme effet, au lieu de 2 barres
<Desc/Clms Page number 9>
efficaces par encoche (Fig. 4), ici 1 barre efficace par en- coche. Dans des machines multipolaires les bouts d'un côté par phase, par exemple I et I' se trouvent à des distances plus grandes, tandis que les autres bouts , comme ici par exemple lo, peuvent être formés par une connexion telle que b.
Les connexions b peuvent, comme par exemple supposé dans les Figures,être formées en prolongeant un peu les barres en ces endroits.
La Fig. 6 montre un schéma comme celui de la Fig. 4, à, nouveau à 2 barres efficaces Dar encoches, avec la différence que les connexions b , différentes des autres connexions symétri- ques, raccordent deux barres distantes de 1/2 pas polaire.
La Fig. 7 montre, avec la même différence, un schéma d'vn
EMI9.1
effet analogue due la FiS' 5, c'est-à-dire avec raccor- dement le l'enrC1J1e(1ent par ;:nase en deux groupes en parallèle, et ' -r. -a.nt c'insi 1 barre +=ric*ce par encoches.
Pour des enroulements avec de plus grands nombres de barres par phase et pôle, les exécutions d'après les Figs. 4 et 5 deviennent plus avantageuses , parce que tous les endroits de soudure des différentes connexions deviennent plus facile- ment accessibles.
La Fig. 8 montre un schéma pour une autre exécution, dans laquelle le oas d'enroulement est alternativement 1 1/2 et 1/2 pas polaire, donc à nouveau le pas moyen égal au pas polairepp.
Le schéma montre que cette exécution permet également d'employer une disposition des barres comme pour un enroulement tambour courant continu, parce que toutes les parties extérieures des barres qui se trouvent au-dessus sont pliées dans le même sens, et celles des barres en-dessous dans le sens contraire.
Ici les connexions différentes 12 sont à nouveau deux par phase,
<Desc/Clms Page number 10>
et elles sont par exemple choisies de telle manière qu'elles raccordent deux barres distantes d'un pas polaire. Le schéma est à nouveau pour 2 barres efficaces par encoche , comme dans les Fig. 4 et 6. Si on suit le sens du courant pour une phase, par exemple I - lo,les flèches montrent à nouveau la. même répartition.
La Fig. 9 montre le même schéma, avec changement de rac- cordement en deux groupes en parallèle pro phase , comme explique plus haut pour les Figs. 5 et 7 donc formant 1 barre efficace par encoche.
Cette disposition permet ensuite d'obtenir encore un autre résultat. Ainsi qu'il a été dit plus haut, dans des machine? multipolaires, il faut éviter que des barres, qui se trouvent en des endroits analogues par rapport à des différents pôles de la même polarité, ne soient raccordées en parallèle, et on constate qu'on obtient, avec cette. disposition, 4 groupes de barres qui remplissent ces conditions , comme il sera démontré dans la Fig. 10.
Dans la Fig. 10, pour plus de clarté, seulement les barres d'une des trois phases sont indiquées, et les circuits de ces barres sont divisés en 4 groupes , 1'-1o', I"-1"o, 1'-1o, 1-1o. Si on suit le sens de courants dans ces 4 groupes, on constate comme il a été inscrit au-dessus du schéma, que toutes les barres se trouvant dans les mêmes encoches des groupes I" et 1', par exemple .aux endroits identiques , par rapport aux N-pôles , que toutes les barres aux autres mêmes encoches des groupes I' et 1' par rapport aux S-poles. C'est-à-dire que les 4 groupes par phase peuvent dans ce cas sans inconvénient être raccordées en parallèle, ce qui, avec 2 barres par enco- che sera équivalent à l'effet de 2/4 = 1/2 barre par encoche.
<Desc/Clms Page number 11>
Cett effet peut devenir utile pour le cas exceptionnel où il s'agit d'une machine pour un courant extrêmement élevé.
Dans la Fig. 11, un raccordement analogue en 4 groupes en parallèle est représenté pour un enroulement similaire ayant 6 barres par encoche, ce qui sera équivalent à l'effet de 6/4= 1 1/2 barre par encoche. C'est-à-dire que la disposition per met d'obtenir des valeurs qui ne sont pas un nombre entier.
De manière analogue comme décrit ici, le couplage peut aussi être employé pour d'autres genres d'enroulements, c'est- ,,.-dire qui ne sont pas exécutés, par exemple, à la façon d'un enroulement tombour à courant continu.
En outre, on peut aussi disposer sur le stator, outre l'enroulement décrit et raccordé dans le sens exposé, n'im- porte quel autre enroulement, par exemple aussi, de manière connue, un enroulement pour pôles de commutation, permettant éventuellement d'obtenir d'autres effets ou réglages.
Au lieu des dispositions démontrées par ces schémas, dans lesquelles les conducteurs de l'enroulement principal, qui se trouvent dans les mêmes encoches,appartiennent à la même phase, ceux-ci peuvent naturellement aussi être disposés de manière que différents conducteurs set trouvant dans les mêmes encoches, appartiennent à différentes phases.
Dans ce cas, en principe, la seule différence donnée par le nombre de phases par encoche et leur couplage qui doit être choisi tel que la phase du courant total résultant par encoche donne une répar- tition du courant telle, comme si le pas d'enroulement était réduit à une fraction du pas d'enroulement normal au stator, ou bien que, en raccordement série du stator et du rotor, pour une certaine position des balais, le courant au stator d'un côté d'une zône de balai devient opposé au courant au rotor et,
<Desc/Clms Page number 12>
de l'autre côté de la zone, il devient opposé au courant du balai.