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"Dispositif pour maintenir la polarité voulue dans les génératrices électriques".
Certains types de machines à courant continu sont exposées, en service, au danger d'un changement de polarité, Parmi ces machines, on citera par exemple les excitatrices et les machinesde soudure excitées en série. Dans l'e cas des machines de soudure, le changement de pôle se produit lorsque la machine est mise par mégarde en parallèle avec une autre source de courant, par exemple une autre.machine de soudure, dont la tension est plus haute. Un courant, dont l'intensité est parfois grande, travers.e alors l'enroulement en série, Dans beaucoup de machines, un court-circuit de @
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choc provoque un changement de polarité du champ par suite de la prépondérance de la réaction d'induit.
Lorsqu'il s'agit d'ex- citatrices, il arrive qu'un courant intense traversant l'induit de l'excitatrice et l'emportant sur le champ soit produit par induction dans le bâti inducteur par suite d'un court-circuit dans la génératrice principale. Le changement de polarité d'une exci- tatrice peut aussi se produire lorsque le courant de champ est affaibli rapidement par le régulateur shunt, parce que la self- induction du champ inducteur de la machine principale entretient dans l'induit de l'excitatrice un courant ayant une grande réac- tion d'induit. Il y a encore d'autres raisons qui provoquent le cas échéant un changement de polarité dans les machines.
Il en résulte parfois de graves inconvénients, en ce qu'il est néces- saire (avant de continuer le service), de changer des connexions ou de rétablir la polarité voulue par des moyens particuliers (-).
L'utilisation d'un aimant permanent comme matière de construction pour l'ensemble du système inducteur ou les pôles n'apporte aucun remède, si le courant qui provoque le changement de polarité est assez intense pour vaincre la force coercitive du système inducteur.
Or, suivant l'invention, il y a un aimant permanent en un point du 'système inducteur, et une dérivation magnétique mon- tée en parallèle avec cet aimant. Il faut que la force coercitive de l'aimant permanent soit plus grande que celle de tout le reste du système inducteur (en fer doux), pour que cet aimant soit ca- pable d'assurer la polarité voulue de la machine, même lorsque celle-ci a été désaimantée auparavant par un courant intense.
Il faut aussi que la section de l'aimant soit assez grande pour envoyer dans l'induit un nombre suffisamment grand de lignes de force ayant 'la polarité voulue, déduction faite de toutes les li- gnes de dispersion, en particulier aussi de celles qui passent par le shunt magnétique. Pour que le nombre de ces dernières ne soit pas trop grand, il faut que la résistance magnétique du chemin parallèle ne soit pas trop petite ;
d'autre part, il faut qu'elle
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soit assez petite pour absorber, en cas de changement de po- larité.de la machine, le flux magnétique maximum qui circule dans le sens opposé, avec une différence de potentiel magné- tique notablement plus petite que la force coercitive de l'ai- mant permanent, de façon qu'il ne se produise aucun change- ment de polarité de cet aimant.
Le principe de l'invention est représenté schémati- quement dans la fig. 1. 15 est un aimant permanent, 12 le shunt en fer doux monté en parallèle avec cet aimant, de préférence avec un entrefer fixe ou variable 13. Cet entrefer peut aussi être rempli de matière amagnétique, telle que de la tôle de laiton ou de la tôle d'acier amagnétique. Lorsqu'on utilise cette dernière, elle peut aussi être soudée, de façon à former une colonne solide et ininterrompue en vue du travail mécanique des corps. On supposera que l'aimant permanent est parcouru de bas en haut par des lignes de force dans le sens de la flèche 14.
Il y a quatre cas dont il faut tenir compte avec cette disposition .
1 ) Si la machne non excitée a la polarité voulue pro- venant de la marche antérieure, la force coercitive de l'ai- mant permanent agit dans le même sens que la rémanence du reste du champ magnétique. Une partie des l;ignes de forée produites par l'aimant permanent traverse de haut en bas la résistance magnétique 12 montée en parallèle avec cet aimant.
20) Si la machine est convenablement excitée en marche, les lignes de force passent de bas en haut dans le shunt magné- tique 12.
6 ) Si la machine a changé de polarité, par exemple par suite d'un faux couplage en parallèle, le shunt magnétique 12' 'est traversé pat la totalité des lignes de force, celles de l'aimant permanent 15 et celles du reste du système inducteur.
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4 ) Lorsque la machine est séparée du circuit, toutes les pièces en fer du reste du circuit magnétique sont d'abord aimantées dans le mauvais sens. Le flux de l'aimant permanent se divise alors en deux composantes, dont l'une se ferme par le shunt magnétique 12, tandis que l'autre passe par le reste du système magnétique, son intensité étant assez grande pour vaincre le magnétisme rémanent des autres parties du champ magnétique.
La dispersion des lignes de force a une action semblable à celle du shunt magnétique.
Si l'on adopte, dans l'entrefer 13 du shunt magnétique, une densité d'environ 12. 000 lignes de force par centimètre carré, cette densité exige environ 1.000 ampères-tours pour vaincre un entrefer de 1 mm de longueur. Si la force coerciti- ve de l'aimant 15 doit être plus grande, il faut que cet ai- mant soit constitué par un barreau de plusieurs centimètres de longueur en matière excellente, ou un barreau encore plus long en matière médiocre.
Le dispositif représenté schématiquement dans la fig. 1 peut être monté en différents endroits du champ magnétique.
Plusieurs exemples de réalisation sont représentés dans les fig. 2 à 7.
La fig. 2 est une vue d'une machine bipolaire normale pouvant servir par exemple d'excitatrice. L'induit 20, les inducteurs 21 et les bobines inductrices 22 n'ont rien d'extra- ordinaire. Le. culasse magnétique 23 est divisée dans un plan horizontal. Dans la moitié de gauche de la figure, un entre- fer horizontal 24 est traversé par un barreau magnétique 25.
Des vis 26 ne sont indiquées que par leurs axes. Elles peuvent être en matière amagnétique. Dans la moitié de droite de la fi- gure, l'entrefer est rempli par une plaque 29 en acier amagné- tique soudée aux deux moitiés de la culasse inductrice. L'en- trefer est shunté par un aimant en fer à cheval 27 ayant une
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plus grande longueur et par conséquent une plus grande force coercitive qu'un barreau rectiligne en même matière. Des vis 28 servent à fixer l'aimant en fer à cheval aux deux moitiés de la culasse inductrice.
Dans la fig. 3 le barre au magnétique 35 est monté entre deux parties 31 et 32 d'un inducteur, ces parties étant séparées par uh entrefer 34.
Les fig. 4 et 5 sont deux projections montrant l'ap- plication de l'invention à une machine à champ transversal comme celles qui servent fréquemment de machines de soudure excitées en série. L'induit 50 comporte deux balais court-cir- cuités 51 et des balais d'utilisation 52 montée à une demi- distance polaire de ces balais 51. Les pièces polaires 65 ont la forme connue pour les machines à champ transversal. L'in- ducteur supérieur 54 est fait en forme de pôle de réglage, un corps 56 en forme de piston pouvant être déplacé au moyen d'une vis 57 et d'un volant 58 dans une partie en forme de go- belet comportant des ouvertures 55. L'inducteur inférieur 59 ainsi que l'inducteur supérieur 54 sont entourés par des bobines en série 40.
La culasse inductrice 41 est coupée dans un plan horizontal, un entrefer 42 étant visible. Cet entrefer est traversé de chaque côté par des plaques 45 en acier magnétique dur fixées au moyen de vis 43 sur les deux moitiés de la cu- lasse. Des anneaux 44 en matière amagnétique séparent la culas- se et les flasques de paliers 46, de façon que le flux magné- tique ne soit pas court-circuité par ces flasques.
Les fig. 6 et 7 sont des vues de modes de réalisation de machines à champ transversal avec et sans pôles de réglage, machines dans lesquelles l'invention est appliquée non pas dans la culass,e., mais en un point du pôle inférieur. On utilise ,dans un cas un aimant rectiligne en acier et dans l'autre un aimant en forme dé cloche, dont la partie intérieure, est aiman- tée par exemple en pôle nord et la partie extérieure, en pôle
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sud. Pour contribuer à, sa fixation dans le bâti, le pôle in- férieur peut être relié au pôle supérieur par exemple au moyen de plaques amagnétiques 60 et de vis 61.
Dans la fig. 6 la pièce polaire 53 est reliée au moyen de vis 67 à une plaque 63 qui, dans la figure, est re- présentée enferme de plateau. En face de cette plaque, séparée par l'entrefer 66, se trouve un anneau intermédiaire 64, qui assure de son côté la liaison entre l'aimant permanent 65 et le bâti 62. L'anneau intermédiaire 64 comporte un pas de vis et permet de faire varier l'entrefer 66. L'aimant permanent en forme de cloche 65 est relié à la plaque 63 au moyen d'une vis 68, qui assure une deuxième fixation de l'inducteur in- férieur.
D ans la fig. 7, on a représenté un aimant permanent cylindrique 75. La pièce rapportée 73, en fer doux, à forme prismatique, est soudée à la pièce polaire 53. En face de cette pièce se trouve la plaque de fer 74, qui est vissée dans la culasse inductrice 72. On peut faire varier l'entrefer 76 par exemple en insérant des cales en fer entre la plaque 74 et l'aimant permanent 75, ou entre cette plaque et la pièce rapportée 73. L'aimant permanent 75 et la pièce polaire 53 peuvent encore être fixés au moyen d'une vis 77 qui traverse la plaque 74.
Les dispositif des figures 4 à 7 ont ceci de commun que le maintien de la polarité voulue a lieu dans le champ primaire de la machine à champ transversal, bien que le champ secondaire puisse aussi changer de polarité en marche. Des essais ont montré toutefois qu'il n'est pas nécessaire de pren- dre des dispositions particulières dans le circuit du champ secondaire, parce que, lorsque le dispositif du circuit primai- re est convenablement établi, la polarisation voulue du champ secondaire s'établit d'elle même en marche.
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Si l'entrefer est variable, on peut utiliser sans inconvénient un aimant permanent ayant une force coercitive très grande, parce qu'on peut dériver les lignes de force en excès de l'aimant permanent, en réduisant l'entrefer, de façon que les lignes de force qui traversent le reste du champ magné- tique et qui atteignent. ltinduit n'aient pas de valeur exagérée, ainsi que la tension de marche à vide de la machine n'atteint pas non plus une valeur élevée inopportune.
Un autre moyen de maintenir la tension à vide à une valeur modérée consiste à utiliser un enroulement démagnéti- sant en dérivation relié aux balais d'utilisation ou à un balai d'utilisation et à un balai auxiliaire. Pour les machines d'ex- traction, un dispositif analogue est connu sous le nom de "cou - plage de suicide". Le schéma est représenté dans la fig. 8.
Le courant dutilisation est emprunté aux balais 52 et passe dans l'enroulement principal 40. Dans la figure, il sert à alimenter un arc 80. L'enroulement en opposition 81 est relié aux balais d'utilisation 52 ou à un balai 52 et à un balai auxiliaire 51. L'enroulement en opposition n'est calculé que pour quelques pourcents seulement des ampères tours de l'enrou- lement principal et il n'a par conséquent que peu d'influence sur la fourniture du courant en marche.
L'aimant permanent est calculé pour un nombre de li- gnes de force suffisant pour assurer la bonne polarisation de la machine. Ce n'est qdune fraction de la totalité du flux magnétique qui se produit lorsque la machine fournit toute sa tension en marche , ou lorsqu'elle est branchée sur une ten- sion étrangère. C'est pourquoi le shunt magnétique est calculé pour un nombre de lignes de force beaucoup plus grand que celui de l'aimant permanent. En marche normale, le nombre des lignes de force dans un sens ne sera pas sensiblement plus petit que le nombre des lignes de force dans le sens opposé, en cas de change-
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ment de polarité, par des influences extérieures. En ce der- nier cas, il existe une tendance à l'affaiblissement de l'aimant permanent.
En cas de marche normale, qui sont incomparablement plus fréquents, la chute de potentiel dans le shunt magnétique agit toutefois dans le sens d'un renforcement de l'aimant per- manent ; c'est pourquoi un affaiblissement del'aimant par vieil- lissement après un service prolongé de la marche n'est pas à craindre.
Cependant, si l'aimant était considérablement affai- bli, il est possible, pour plusieurs des dispositifs représen- tés, de remplacer l'aimant permanent par un nouveau sans démon- ter le reste de la machine, par exemple dans le cas des dispo- sitifs de la moitié de droite de la fig. 2 et des fig. 4 à 7.