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Procédé pour empêcher la démagnétisation pernicieuse des aimants
Permanents de machines électriques lors d'un court-circuit.
Dans les machines électriques, telles que dynamos et moteurs, dont le stator ou le rotor comporte un aimant permanent il arrive que l'enroulement soit court-circuité.
Ce court-circuitage entraîne fréquemment le phénomène suivant: avant d'acquérir la valeur stationnaire, fonction du caractère inductif de l'enroulement de la machine et du moment du court-circuitage, l'intensité du courant par- court un stade de transition, dans lequel l'intensité est notablement plus élevée que celle obtenue à l'état station- naire.
En raison de son caractère impulsif, on désignera dans la suite du mémoire le courant obtenu dans ce stade de transition par "courant d'impulsion de court-circuit."
Ce courant d'impulsion de court-circuit se produit dans une dynamo, lorsque .le court-circuit se produit ( par
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exemple un court-circuit dans le circuit externe) à un moment tel que la valeur instantanée de la tension aux bornes soit exactement ou approximativement maximum.
Dans un moteur synchrone, il se produit un court- circuit au moment où, par suite d'une charge trop élevée, le moteur décroche et la machine fonctionne comme généra- trice; de ce fait elle développe dans l'enroulement une force électro-motrice court-circuitée par le secteur.
Abstraction faite de l'influence de la tension du secteur sur l'intensité du courant de court-circuit, il peut se produire, tout connue pour la génératrice envisagée précé- demment, un courant d'impulsion de court-circuit. En réalité, l'intensité du courant de court-circuit est aussi déterminée par la tension du secteur et est maximum lorsque la tension du secteur et la force électro-motrice, suivant le déphasage résultant de la vitesse décroissante du moteur, coopèrent au moment le plus défavorable.
La Demanderesse a constaté que ce court-circuitage de la dynamo et du moteur peut, par suite de la. démagnétisation, exercer un effet nuisible sur le point de fonctionnement de l'aimant permanent utilisé. Ce fait peut s'expliquer à l'aide de la figure annexée, relative tant au court-circuitage d'une dynamo que d'un moteur, lorsque, dans le dernier cas, on néglige momentanément, pour faciliter l'exposé, l'influence de la tension du secteur sur l'intensité du courant d'impul- sion de court-circuit.
La courbe I représente schématiquement une caracté- ristique de démagnétisation ou une caractéristique B-H, qui donne la relation entre l'induction B et l'intensité de champ
H, portées respectivement suivant les axes 2 et 3. Les points d'intersection Br et Hc avec la courbe de démagnétisation 1 donnent les valeurs de la rémanence et de la force coercitive.
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L'aimant permanent, qui constitue par exemple le rotor d'une machine,est magnétisé, comme usuellement, après son montage dans le stator. Admettons qu'après la magnéti- sation, par suite de la reluctance dans le circuit rotor- stator, le point de fonctionnement de cet aimant se trouve au point 4. Par ce point, on trace une droite 5, parallèle à l'axe B2. La droite 5 peut aussi faire office d'axe B ; dans ce cas, les valeurs de l'échelle sur l'axe H doivent être modifiées dans le rapport.
O'Hc/OHc
Comme on le sait, au lieu des valeurs de B et de H, on peut aussi porter sur les axes 5 et 3, respectivement, des valeurs, des tensions et des intensité de courant, en partant, comme point initial, du point 0'. A cet effet, il faut porter sur l'axe des intensité de courant, ou axe H, la composante des ampère-tours statoriques qui est en phase ou en opposition de phase avec la force magnéto-motrice de l'aimant, c'est-à-dire avec la projection du courant stato- rique vectoriel sur la direction H de l'aimant. Pour simplifier l'explication du principe, on considère une machine sans résistance et sans dispersion, donc une machine telle qu'en cas de court-circuit, les ampère-tours du stator soient en opposition de phase avec la force magnéto-motrice de l'aimant.
Le point 4 de la courbe de démagnétisation 1 re- présente, par exemple, une tension à vide de 60 V (1=0 mA, E= 60V). En admettant que la réactance interne de la machine soit de 1000 ohms, l'intensité du courant de court-circuit est égale à 60/1000 =60mA. Lorsque le rapport entre la selfinduction L et la résistance ohmique R de machines élec- triques est égale à l'infini (R=0), le rapport qui, dans le cas le plus défavorable, puisse exister entre l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit et l'intensité du courant stationnaire de court-circuit est égal à 2.
Il est
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vrai qu'on pratique le rapport WL n'a pas une valeur infinie
R ce rapport sera par exemple 5, et dans ce cas, le rapport entre l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit et l'intensité .du courant stationnaire de court-circuit sera de 1,54 environ, En général, ce rapport est compris entre 1,2 et 1,8 environ. Pour faciliter l'exposé, on s'en tiendra dans l'exemple envisagé, à la valeur 2. Ceci implique que, dans le cas le plus défavorable, l'intensité déterminée plus haut du courant de court-circuit, à savoir 60mA, est doublée.
Pour cette valeur de 120 mA environ, le point de fonctionne- ment se déplace, le long de la courbe de démagnétisation.1, du point 4 vers le point 6. Ceci implique qu'après le court- circuit, le point de fonctionnement de l'aimant se déplace, en régime normal, sur la courbe réversible 7 qui est parti- culièrement défavorable. Il va de soi que, de ce fait, le rendement de l'aimant est très faible.
L'invention permet d'obvier à cet inconvénient; elle assure à l'aimant utilisé un rendement plus élevé par une disposition qui ramène le point de fonctionnement, après le court-circuit, sur une courbe réversible plus avantageuse que celle obtenable sans cette disposition.
Suivant l'invention, dans une machine électrique, munie d'un aimant permanent, on démagnétise partiellement 7.'aimant après son aimentation usuelle dans le circuit mag- nétique.
Cette désaimantation peut s'obtenir en alimentant l'enroulement soit en courant continu, soit en courant alter- natif. Dans le casdagenératrices, on peut brancher, à cet effet, l'enroulement sur une charge judicieusement choisie de manière à désaimanter l'aimant par la tension engendrée dans la génératrice elle-même et par le courant qui en résulte. L'intensité du courant doit être amenée progres- sivement de zéro jusqu'à la valeur fixée.
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Dans les moteurs, en particulier dans les moteurs synchrones, branchés sur un secteur, le procédé ne peut être appliqué d'une façon aussi simple. Dans ce cas, l'enroulement est alimenté par une source qui fournit un courant d'intensité requise. Pour ces machines, l'invention est particulièrement importante, car son appliqation permet de construire des moteurs synchrones d'assez faible en- combrement utilisables, par exemple, comme organes d'en- trainement des rasoirs à sec, dont les dimensions sont si petites, pour un peigne normal, que l'appareil peut se'loger dans une poche-revolver ou même dans une poche de gilet.
Même dans le cas le plus défavorable, un court-circuit ne démagnétise pas l'aimant, de sorte que la puissance mécanique fournie reste pratiquement constante.
Suivant une autre particularité de l'invention, la désaimantation partielle amène le point de fonctionnement de l'aimant sur une courbe réversible telle que le rapport de l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit et de l'intensité du courant stationnaire de court-circuit ulti- plié par le quotient de la tension à vide correspondant au point d'intersection de la courbe réversible et de la courbe de démagnétisation (qui peut en même temps être la courbe intensité de courant-tension) et de la réactanceinterne de l'enroulement de. la machine soit égal, ou pratiquement égal à 1'intensité du courant d'impulsion'de court-circuit correspondant à ce point d'intersection.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tantu texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Comme il a déjà été mentionné dans l'exemple consi- déré, lors d'un court-circuit, le point de fonctionnement se
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déplace le long de la courbe de démagnétisation du point 4 vers le point 6, de sorte qu'en fonctionnement normal et suivant l'intensité du courant, le point de fonctionnement se trouve en un certain point sur la courbe réversible 7.
C'est ainsi que si la composante du courant de régime, qui est en opposition de phase avec la force magnéto-motrice de l'aimant, est de 20 mA, le point de fonctionnement se règle au point 8.
Par contre, si on démagnétise partiellement l'aimant, par exemple jusqu'au point 9 de la courbe 1, d'après le calcul précité, l'intensité du courant d'impulsion de court- circuit est de 50 . 2= 100 mA. Ceci implique que le
1000 point de fonctionnement tombe alors jusqu'au point 10, de sorte qu'en régime normal l'aimant travaille sur la courbe réversible 11. Pour une même intensité de régime de 20 mA, le point de fonctionnement se trouve au point 12, correspon- dant à une tension notablement plus élevée, à savoir égale à plus du double de celle correspondant au. point 8. Le même aimant permet ainsi d'obtenir une puissance plus que doublée.
Si l'aimant est démagnétisé jusqu'au point 13, on obtient une plus grande amélioration encore du point de fonctionnement, déterminé d'après le même calcul, par une intensité de courant de court-circuit de 37.5. 2= 75 mA, 1000 jusqu'au point 14, et on obtient la courbe réversible 15, de sorte que, pour une intensité de courant de régime de 20 mA, le point de fonctionnement final se trouve en 16.
Il va de soi qu'en procédant de cette manière, on trouve finalement sur la courbe 1, un point pour lequel les points 9 et 10, respectivement 13 et 14 coïncident, ce qui détermine en même temps la courbe réversible la plus avan-
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tageuse. Dans ce cas, le courant d'impulsion de court-circuit le plus défavorable ne démagnétise plus l'aimanta
Ce point est le point 17, caractérisé par le fait- qu'il se trouve sur une courbe réversible 18 telle que le rapport de l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit et de l'intensité du courant stationnaire de court-circuit (dans l'exemple considéré ce rapport est égal à 2), multiplié par le quotient de la tension à vide (enrivon 33 volts)
corres- pondant au point d'intersection 17 de cette courbe et de la courbe de démagnétisation 1 ( qui est en même temps la courbe intensité de courant-tension) et,de la réactance interne de l'enroulement (environ 1000 ohms), est égal ou pratiquement égal à l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit correspondant au point d'intersection 17 (environ 66 mA).
Il y a lieu de noter que des écarts maxima de 30% du point optimum 17 sont encore admissibles.'. De plus, le rapport WL qui, dans l'exemple considéré, est supposé égal
R à l'infini, est, en pratique, plus petit et ce, suivant la forme de construction'de la machine. Ce rapport- peut, comme il a été déjà signalé, être de 5, de sorte que le rapport intensité du courant d'impulsion de court-circuit intensité du courant stationnaire de court-circuit n'est pas égal à 2, mais à 1,54 environ.
De cette-manière, la machine est protégée contre les perturbations de fonctionnement les plus défavorables, à savoir contre les courants d'impulsion de court-circuit. Le degré auquel les machibes électriques sont sujettes à de pareilles perturbations dépend partiellement de la forme d'exécution et de 'l'utilisation de cette machine.
,Dans ce qui précède, il n'a provisoirement pas été tenu compte de l'influence de la tension du secteur dans le cas où la machine est un moteur synchrone. En réalité, l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit dépend
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aussi de la tension du secteur. En général, cette intensité sera maximum lorsque la tension du secteur et la force électro-motrice engendrée par l'aimant agissent dans le même sens, c'est-à-dire lorsque la force électro-motrice engendrée est en phase avec la tension du secteur, parce que dans ce cas, l'intensité du courant de court-circuit est déterminée par la somme de la tension du moteur travaillant comme géné- ratrice et de la tension instantanée maximum du secteur .
Pour cette intensité, l'intervalle de temps compris entre le moment de décrochage du moteur et le moment de la coïncidence de phase des deux tensions est d'importance essentielle; cet intervalle peut être tel que la somme des tensions en phase comporte une valeur de crête. Ce cas est le plus désavantageux.
Cependant comme la valeur maximum de la tension du secteur est connue et que l'on peut calculer la pointe de courant résul- tant de la tension du secteur, on peut aussi calculer l'intensité du courant d'impulsion de court-circuit obtenu et modifier en conséquence le choix de la courbe réversible.
Le point 17 se trouve alors plus bas que la position indiquée sur la figure.
De ce qui précède il ressort nettement que l'appli- cation du procédé conforme l'invention ramène le point de fonctionnement de l'aiment plus bas que le point qu'il serait possible d'utiliser s'in ne se produisait pas de court-circuit pendant le fonctionnement. De ce fait, l'acier magnétique n'est pas complètement utilisé. Par contre, la machine est protégée contre les courts-circuits, ce qui est indispensable dans les moteurs synchrones, lorsqu'on désire utiliser aussi économiquement que possible l'acier pour obtenir dans les conditions de fonctionnement considérées un aimant d'encombrement minimum.