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PERFECTIONNEMENTS AUX MACHINES ELECTRIQUES A VITESSE VARIABLE.-
Cette invention concerne les machines électriques à courant continu ou à courant alternatif tournant à la vitesse variable et a pour ob- jet de maintenir la tension de ces machines essentiellement proportionnelle à la tension d'une sourcebase malgré la variation de la vitesse; en plus l'invention a pour objet l'ajustement automatique du rapport de cette pro- portionnalité.
Cette invention a de multiples applications, Une application importante est faite aux équipements électriques des voitures mues par les essieux de la voiture et fournissant l'énergie électrique nécessaire pour l'éclairage et le chauffage de la voiture. Quand la vitesse dépasse une cer-
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taine limite inférieure l'équipement doit fournir aux lampes et aux autres appareils d'utilisation, une tension constants qualle que soit la vitesse de la voiture, et quel que soit le sens de rotation;en plus il doit charger convenablement une batterie d'accumulateurs qui assurera la continuité du débit d'énergie aux vitesses inférieures à la limite mentionnée plus haut, en particulier au repos.
Une autre application est faite aux générateurs, dynamos ou alternateurs, mus par une machine hydraulique dont la vitesse ne peut pas être réglée facilement et varie avec la charge; le dispositif conforme à cette invention permettra de maintenir constante la tension du générateur malgré la variation de la vitesse.
L'équipement objet de cette Invention comporte essentiellement la machine principale, dynamo ou alternateur, générateur ou moteur, mue par l'arbre à vitesse variable, et une métadyne montée sur le même arbre ou un arbre géoaniquement solidaire, et dont les balais secondaires alimentent l'excitation de la machine principale tenais que les balais primaires sont alimentés par la même base*
La métadyne a été l'objet de plusieurs brevets belges, notam- ment du brevet N 358.188 du 15 février 1929 (déposé comne 3e perfectionne- ment au brevet 331.158 du 24 décembre 1925), et elle est décrite dans le Bulletin scientifique de l'Association de l'Institut MONTEFIORE N 4 d'Avril 1931 & Liège.
Le degré de saturation du fer de la machine principale dépend naturellement de la vitesse de rotation à laquelle elle tourne, la satura- tion étant d'autant plus grande que la vitesse est basse pour obtenir une tension déterminée. Si alors on s'arrange pour que le degré de saturation soit le même dans la machine principale et dans la métadyne le rapport de la tension de la machine principale à la tension base sera bien constant; si au contraire on s'arrange pour que le degré de saturation ne soit pas le marne on pourra obtenir un rapport des tensions qui variera dègèrement en fonction de la vitesse suivant une loi arbitrairanent prédéterminée entre certaines limites.
La métadyne pourra ttre quelquefois dotée d' enroulements sta- toriques agissant par leurs ampères tours soit, sur la courant primaire, en @
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général en vue de réduire la puissance que doit fournir la source base, soit sur le courant secondaire pour ajuster l'excitation de la machine principale; les premiers enroulements sont des variateurs primaires et les deuxièmes des variateurs secondaires.
Pour l'intelligence de l'invention elle est illustrée par les figures des planés ci-joints,* la Fig.1 donne le schéma général; les Fig.2 et S donnent des courbes des rapports des tensions en fonction de la vitesse*, les Fig. 4,5 .... 9 donnent des schémas d'applications différentes.
La Fig.l donne le schéma général de l'invention: I est le gé- nérateur principal dont le circuit d'excitation 2 est alimenté par les balais secondaires b,d de la métadyne 3 montée sur le marna arbre 4 que le générateur principal; les balais primaires de la métadyne a et c sont alimentés par la source base non représentée.
Si l'on travaille loin de la saturation du fer le courant secondaire de la métadyne, c'est-à-dire le courant d'excitation du générateur principal, sera proportionnel à la tension V appliquée aux ballais primaires a et c de la métadyne, et inversement proportionnel à la vitesse N de rotation de l'arbre commun; donc le générateur principal induira une tension U qui sera indépendante de la vitesse et proportionnelle à V;
si maintenant la vitesse se réduit à tel point que le fer du générateur se sature, il faudra une excitation plus forte, mais cela est automatiquement obtent si en marne temps la métadyne se sature aussi au marne degré car alors le courant secondaire, qui doit assurer l'excitation magnétique nécessaire pour induire entre les balais primaires at et c la tension V, augmentera exactement dans la proportion voulue.
La Fig.2 donne la caractéristique d'un tel arrangement. Pour des faibles vitesses le rapport U/V diminue naturellement vers zéro, mais à partir d'une certaine vitesse limite inférieure, le rapport U/V reste bien cons- tant quelle que soit la vitesse et le sens de rotation,
Si maintenant on combine convenablement le degré de saturation de la machine principale avec le degré de saturation de la métadyne on obtien- dra des caractéristiques légèrement montantes ou descendantes ou montrant un maximum comme OB, OC, et OD de la Fig.3.
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La Fig.4 donne un schéma complet d'une installation d'éclaira- ge et de chauffage sur une voiture, installation conforme à l'invention. Le générateur I est excité par la métadyne 3, fournit le courant à des lampes 6 n
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des appareils de chauffage 7, et à une batterie 8, par les interrupteurs 9,
10 et 11 et les fusibles 12, 13. Le primaire de la métadyne -est alimenté par la batterie elle-même. Le circuit principal comporte un disjoncteur 14 exci- té par deux enroulements 15 et le,le premier connecté aux bornes de la machi- ne principale et le deuxième inséré en série avec la'batterie. Le disjoncteur
14 est ouvert quand il n'est pas excité; les enroulements 15 et 16 sont anta- gonistes quand la batterie décharge sur le générateur principal.
La résistance
17 connectée entre la batterie et le primaire de la métadyne, permet à la bat- terie d'alimenter le primaire de la métadyne marne quand le disjoncteur 14 est ouvert. Le contacteur 18 a un enroulement d'excitation 19 inséré à travers l'in- terlock 20 du disjoncteur 14 et permet de connecter la batterie au générateur principal quand 14 se ferme, mais avec un certain retard dans le temps, dû par exemple au dash-pot 21. Quand l'interrupteur II est fermé, même avec les con- tacteurs 14 et 18 ouverts, un faible courant est fourni au primaire de la méta- dyne à travers la résistance 17.
Quand l'axe tourne une force électro-motrice sera donc induite par le générateur principal de sorte qu'arrivés à une vitesse limite déterminée, le contacteur 14 se ferme grâce à l'enroulement 15, court- circuite la résistance 17 et la teision fournie par le générateur principal est accrue à une valeur suffisante pour la charge de la batterie; peut après 18 se ferme aussi; si alors la vitesse de l'arbre na varie pas ou bien si elle aug- mente à n'importe quelle valeur la batterie sera régulièrement chargée. Sinon- suite la vitesse se réduit au-dessous de la limite, la batterie tendra à se dé- charger sur le générateur principal et alors l'enroulement 16 compensera l'ac- tion de l'enroulement 15, et 14, puis 18 s'ouvriront.
Afin d'éviter de surcharger la batterie une résistance 22 est in- sérée par l'ouverture du contacteur 23 excité par l'enroulement 24 alimenté par la tension de la batterie elle-même.
Au lieu d'insérer la résistance 22 quand la tension de la batte- rie impose une certaine tension correspondante à la pleine charge, on pourra insérer par un relais convenable excité lui aussi par la tension de la batterie elle-même, un enroulement variateur secondaire de la métadyne, c'est-à-dire un enroulement statorique dont l'age magnétique coïncide avec l'axe de commutation du courant secondaire. L'action de ce variateur sera de réduire le courant se- caudaire; ainsi toute surcharge de batterie est évitée.
---IL
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Dans le schéma de la Fig. 5 la source base est uné petite batterie
B ; la métadyne MT comporte des enroulements statoriques primaires W et WI, c'est à-dire ayant leur axe magnétique dans l'axe de commutation du courant primaire et dont le but est de réduire l'énergie absorbée par le primaire de la métadyne l'énergie est alors fournie par l'arbre et la batterie qui constitue la source base pourra ainsi être maintenue pratiquement chargée toujours.
La Fig.6 montre le schéma d'un équipement où la source base est le générateur principal lui-même; un régulateur VR est prévu qui règle le cou- rant qui parcourt le variateur primaire WI; en série avec le primaire de la mé- tadyne une résistance R est ineérée. Le régulateur est sensible à la tension du générateur principal et par son action, il augmente ou diminue le courant pri- maire, donc il augmente ou diminue la chute chmique de la résistance R et par là il ajuste la tension aux bornes du primaire de la métadyne de manière à main- tenir la tension du générateur principal constante.
La Fig.6 montre aussi un autre perfectionnement consistant dans l'insertion automatique de la résistance TI quand la batterie est connectée au générateur principal; quand la batterie est déconnectée du générateur principal elle ne peut que se décharger et alors la résistance TI est court-circuités; quand au contraire la batterie est connectée au générateur principal elle se charge et la tension à ses bornes est élevées, mais alors la résistance est in- sérée entre la batterie et les lampes ; ces dernières seront donc soumises à une tension pratiquement constante dans tous les cas.
La Fig.6 indiqua un autre perfectionnement consistant essentiel- lement en l'adoption d'un aimant p-ermanent M sur la métadyne, capable dtindui- re la force électromotrice nécessaire pour former le contacteur du fonctionneme ment normal quand la vitesse limite est atteinte. Au lieu de doter la métadyne de l'aimant permanent on peut en doter le générateur principal dans le cas où le sens de rotation doit pouvoir changer cet aimant est représenté en lignes pointillées en M' et créera une force électromotrice entre les balais auxiliai- res b et d calés sur le collecteur du générateur principal et alimentant le circuit d'excitation B représenté aussi en lignes pointillées.
La Fig.7 donne le schéma d'une variante de la Fig.6, le régula- teur CR, un régulateur à pile de carbone de préférence, shuntant plus ou moins l'enroulement d'excitation du générateur principal.
La Fig.8 donne le schéma d'une autre variante; un petit groupe @
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moteur générateur est composé d'une petite dynamo shunt RG non saturée et ali- mentée par le générateur principal, entraînant une petite dynamo RD très satu- rée qui alimente à son tour le circuit primaire de la métadyne.La petite dy- namo shunt n'étant pas saturée tourne à vitesse constante marne si la tension du générateur principal fluctue entre certaines limites; la petite dynamo RH étant fort saturée et tournant à vitesse constante fournira une tension constante mal- gré la fluctuation des ampères tours d'excitation. Cette dernière excitation est représentée sur la figure comme étant alimentée par la génératrice princi- pale ; on pourra doter la dynamo d'une excitation shunt aussi.
La Fig.9 donne le schéma d'une variante ultérieure, particuliè- rement adoptée pour l'application aux générateurs mû par une turbine hydrauli- que. Une petite turbine hydraulique auxiliaire entraîne une petite dynamo DY.
La turbine auxiliaire n'a pas de régulateur de vitesse mais elle tourne à vi- tasse constante tant que la charge de la petite dynamo varie entre certaines limites, car la plus grande partie de l'enssgie est perdue en frottements. La dynamo DY fournira ainsi une tension base constante à la métadyne qui excite le générateur principal, ce dernier quoique tournant à une vitesse variable car le régulateur de la tubbine hydraulique est un appareil paresseux, fournira une tension constante.