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Société dite : 30CIETA ITALIANA ERIESTO BREDA per Costruzioni Meccaniche, à Milan, Italie.
L'invention a pour objet une génératrice d'un type particulier ayant des propriétés d'autorégulation pouvant être utilisées soit directement soit indirectement, par l'in- termédiaire d'autres machines, pour la régulation de certains circuits. Cette génératrice est caractérisée par un circuit magnéto-électrique capable de donner aux bornes une tension zéro du courant d'excitation fourni per le circuit à régler lui même, la dite tension aux bornes peuvent rapidement aug- menter, soit positivement soit négativement, suivant que le dit courant d'excitation augmente ou diminue par rapport à la valeur déterminée susindiquée qu'on appellera dans la suite pour la simplicité, "valeur caractéristique".
Cette "valeur caractéristique" est indépendante, comme on le verra, de la vitesse de rotation de la machine suivant laquelle c'est seulement la valeur désirée de la tension aux bornes vis à vis du courant d'excitation qui varie, c'est-à- dire la "sensibilité" de la machine.
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Ces résultats sont obtenus, suivant une forme de réali- sation préférée de l'invention, en donnant au circuit magnéto- électrique de la machine une structure particulière, suivant laquelle au moins deux enroulements principaux d'excitation sont prévus, agissant simultanément sur des branches du circuit magné- tique dont le flux varie automatiquement avec le courant d'excita tion, et respectivement des branches s'alternant avec les précé- dentes dont le flux est pratiquement constant ou varie suivant une loi différente.
Les dites branches peuvent être constituées, par exemple, par les parties de culasse reliant les noyaux des pièces polai- res ou bien par des parties convenablement façonnées des dits noyaux, auxquelles on donne en coupe transversale des dimensions très réduites, correspondant à des conditions de saturation et alternativement des dimensions plus grandes, avec l'interposi- tion éventuelle d'entrefers, transversalement aux lignes de force, de manière à obtenir une réluctance pratiquement constante.
Il s'en suit que le circuit magnétique intérieur de la machine, c'est-à-dire le circuit comprenant l'induit sera parcouru dans les traits correspondant aux intervalles entre deux pièces polaires consécutives par un flux dirigé dans un sens ou dans le sens opposé suivant que le courant d'excitation aura une valeur plus grande ou plus petite de la dite "valeur caractéris- tique".
En effet, lorsque le dit courent varie, le flux reste dans certaines branches presque constant à cause de la satura- tion, tandis que le flux dans les branches adjacentes varie environ proportionnellement au courant d'excitation.
Lorsque les deux flux sont égaux, aucun flux ne passe le long du circuit magnétique intérieur de la machine et aucune force électromotrice ne se produit ; condition est réalisée, comme on l'a dit, seulement pour la "valeur caractéristique" du courant d'excitation indépendamment du nombre de tours de la machine. La différence entre les deux flux produite par une
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variation du courant d'excitation donne au contraire la valeur et la direction de la force électromotrice se manifestant aux bornes de la machine.
L'invention sera mieux comprise par la description qui suit, faite en se reportant aux dessins ci-joints qui en montrent schématiquement une forme de réalisation ainsi que quelques appli- cations pour le cas, le plus simple, d'une machine bipolaire.
Il est toutefois entendu que ces illustrations à titre d'exemple ne limitent d'aucune façon l'invention, la machine dynamoélectrique qui en forme l'objet pouvant être réalisée avec un circuit magnétique présentant une autre structure et un nombre différent de pièces polaires.
Dans les dessins ci-joints :
Fig. 1 montre le schéma électro-magnétique d'une généra- trice suivant l'invention.
Fig. 2 montre le schéma électrique de la même machine.
Fig. 3 montre le schéma d'une génératrice suivant l'inven- tion agissant indirectement par l'intermédiaire d'une autre génératrice électrique.
Fig. 4 montre le schéma d'un circuit comprenant une batte- rie d'accumulateurs pour véhicules dont la génératrice suivant l'invention règle la charge, et
Fig. 5 montre le schéma d'un circuit analogue, utilisé dans des buts d'éclairage, dans lequel la dite génératrice règle en même temps la tension aux bornes du circuit d'éclairage.
L'enroulement d'excitation de la génératrice qui dans le cas d'une machine bipolaire se compose de deux parties 1, 2, donne naissance à un flux dans un circuit magnétique annulaire constitué par deux branches 3 et 5 de structure différente; la branche 3 sur laquelle est enroulée la partie 1 de l'enroulement d'excitation présente une portion avec dimensions transversales réduites, donc facile à saturer, tandis que la branche 5 sur laquelle est enroulée la partie 2 de l'enroulement d'excitation présente des dimensions transversales beaucoup plus grandes ainsi que de grands entrefers 6.
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Les deux enroulements sont enroulés sur ce circuit magnétique de façon à exercer une action simultanée.
Le circuit magnétique intérieur comprenant le rotor 7 de la machine est branché entre deux points diamétralement opposés du circuit annulaire, les noyaux 8 des pièces polaires prenant naissance des traits 4 de la culasse. Le dit circuit magnétique intérieur est parcouru par un flux différentiel, dont le sens est établi par la valeur du courant parcourant les enroulements 1 et 2 et passe d'une direction à l'autre suivant que le dit courant a une valeur supérieure ou inférieure à la "valeur caractéristique".
En effet, lorsque le dit courant d'excitation varie, le flux produit par l'enroulement 1 dans la branche 3 reste à peu près constant à cause de la saturation, tandis que le flux pro- duit par l'enroulement 2 dans le branche 5 varie, à peu près, proportionnellement au courant. Lorsque ces deux flux sont égaux, aucun flux différentiel ne passera dans le rotor 7 et par conséquent la machine ne donnera pas de tension aux bornes, même en tournant. Cette condition sera satisfaite pour la seule valeur du courant correspondant à la "valeur caractéristique", indépendamment du nombre de tours de la machine.
Si la valeur du courant parcourant les enroulements d'excitation descend en-dessous de la dite "valeur caractéristi- que", la valeur du flux dans la branche 5 descendra en-dessous de celle du flux dans la branche 3, de sorte que le rotor 7 et les pièces polaires 8 seront parcourues par un flux différentiel dans le même sens que celui parcourant la branche 5. On aura donc aux balais de la machine une tension de signe déterminé.
Si au contraire, la valeur du courant d'excitation monte au- dessus de la "valeur caractéristique", le flux dans la branche 5 devient plus grand que le flux dans la branche 3 et le rotor sera traversé par un flux différentiel en sens contraire au précédent ; la tension aux bornes de la machine sera aussi invertie.
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Lorsque la vitesse varie ce n'est que la valeur absolue des dites tensions qui variera, et la machine aura donc une sensibilité plus ou moins grande. En comparant le fonctionne- ment de cette machine spéciale à celui d'un relai on peut dire qu'elle se comporte aux variations de vitesse comme un relai dont on varie la sensibilité sans en varier l'étalonnage.
Dans le circuit magnétique annulaire la branche saturée 3 à flux constant peut être avantageusement remplacée par un aimant permanent. Cet aimant ne saurait pas se démagnétiser, sa magnétisation étant constamment renforcée par l'enroulement 2 qui, comme on l'a dit, agit en concordance avec l'enroule- ment 1 et par conséquent aussi en concordance avec l'aimant permanent.
Suivant une autre variante, l'enroulement 1 peut être alimenté par une source indépendante. Dans ce cas la saturation de la branche 3 n'est pas nécessaire, attendu que la valeur du flux est en relation avec la valeur du courant d'excitation parcourant l'enroulement 1 qui peut être réglée suivant les nécessités.
Sur la branche non saturée 5 du circuit magnétique annulaire d'autres enroulements 17 (figs. 1 et 2) peuvent être prévus, d'étalonnage ou de régulation, qu'on fait parcourir par un courent déterminé dans le but de varier la "valeur caracté- ristique" du courant d'excitation, c'est-à-dire en d'autres termes l'étalonnage de la génératrice en fonction du relei.
Cette particularité est très importante lorsqu'on désire obtenir des effets de régulation déterminés.
Si la génératrice doit être très sensible sans atteindre des dimensions exagérées, il convient que le rotor ordinaire de la machine soit remplacé par un rotor du type d'une dynamo amplificatrice, tel que celui représenté dans la fig. 2. En effet, la tension aux balais due à la rotation de l'induit 7 dans le flux différentiel émis par les pièces polaires 8 est généralement petite et il faut l'amplifier. Dans la fig. 2
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l'enroulement 1-2 d'excitation exerce son action sur l'induit 7 suivant le schéma magnétique donné par la fig. 1. Le flux différentiel produit engendre dans l'induit une tension aux balais verticaux 9. Cette tension donne lieu;malgré sa petite valeur, à un courant remarquable dans l'induit et dans l'enrou- lement 10 (en série avec l'induit et enroulé de façon telle à produire un champ magnétique en accord).
Ce courant aura une valeur remarquable en raison de la petite résistance du circuit et les ampères-tours du rotor et du stator engendrés par lui donneront une tension amplifiée aux balais horizontaux 11.
Si un courent s'écoule des dits balais,on aura une réaction d'induit telle qu'elle provoque une grande réduction du courant dans le circuit des balais verticaux 9 et par conséquent de l'effet utile.
Pour éliminer cet inconvénient il convient de disposer sur le stator un enroulement 12, en série avec les balais hori- zontaux 11, capable d'engendrer une quantité d'ampères-tours de stators égale et de signe contraire aux ampères-tours de rotors, pour la neutralisation plus ou moins complète de la réaction d'induit.
Lorsque la génératrice est appelée à fournir à ces bornes une puissance considérable il peut être plus économique, au lieu d'augmenter ses dimensions, de la faire agir indirecte- ment, suivant le schéma de la fig. 3. Selon le dit schéma, le circuit des balais 11 de la génératrice suivant l'invention alimente l'enroulement 13 d'excitation de la dynamo 14 aux balais de laquelle est branché le circuit d'utilisation. Les rotors des deux machines 7 et 14 peuvent avantageusement être montés sur un arbre moteur unique.
La génératrice suivant l'invention est susceptible de plusieurs applications ; deux de ces applications seront décrites ci-après à titre d'exemple :
Fig. 4 donne le schéma d'une installation pour la charge d'accumulateurs pour véhicules, où la dynamo 15 est destinée à
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charger la batterie 16. La génératrice suivant l'invention y est employée pour fournir et régler l'excitation de la dynamo 15 (directement ou suivant le schéma de la fig. 3) et est mise en rotation soit par l'arbre de la dynamo 15 soit par un moteur auxiliaire. L'enroulement 1-2 d'excitation de la machine régu- latrice est alimenté, dans oe cas, par la tension aux bornes de la dynamo principale 15.
Il est évident que dans ces condi- tions, la dynamo 15 ne reçoit pas d'excitation lorsque la ten- sion aux bornes de la batterie aura une valeur qu'on appellera "valeur nominale" correspondent à la tension faisant circuler dans l'enroulement 1-2 de la génératrice 7 un courant ayant la "valeur caractéristique". La dynamo 15 est excitée lorsque cette tension s'abaisse en-dessous de la dite valeur. Si la machine régulatrice à une sensibilité suffisante il est possi- ble d'obtenir des valeurs très élevées de l'excitation de la dynamo 15 par de très petites réductions de la "valeur nominale" de la tension aux bornes.
La "valeur nominale" étant indépendan- te du nombre de tours de la dynamo 15 et de la génératrice 7, le système représenté dans la fig. 3 est capable de maintenir la tension constante (avec une approximation d'autant plus grande que la sensibilité est plus élevée) pendant les varia- tions de vitesse et de charge. La batterie d'accumulateurs sera par conséquent chargée à tension constante et le courant de charge s'éteindra une fois la tension de fin de charge atteinte, si la "valeur nominale" de la tension sera convenablement choi- si e.
Puisque dans des installations de cette espèce on a intérêt non seulement à ne pas dépasser la tension de fin de charge, mais aussi à ce que le courant ne dépasse pas, au commencement de la charge, (lorsque la batterie est épuisée) une valeur déterminée, on utilise à cet effet l'enroulement 17 de régulation sus-indiqué, qui est disposé en série avec le circuit de la batterie 16, dans le but de réduire la tension
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de la dynamo 15 lorsque le courent de charge augmente. Il est toutefois évident qu'il est possible d'ajouter d'autres enroulements de régulation pour atteindre d'autres buts éven- tuels; par exemple pour accélérer la charge lorsque le courant augmente dans le circuit d'utilisation ou pour des buts sembla- bles.
Pour de petites installations, par exemple des véhicu- les automobiles, on peut supprimer la dynamo 15, la machine régulatrice effectuant directement la charge à tension constante, de la batterie 16. Dans ce cas l'enroulement d'excitation sera branché directement à ses bornes.
La génératrice suivent l'invention peut être employée aussi pour la régulation d'installations d'éclairage pour véhi- cules. Dans ces installations, en plus de satisfaire aux exi- gences normales des installations susindiquées pour la charge des batteries, il faut aussi insérer, en série avec le circuit d'éclairage, un organe dapable de faire augmenter ou diminuer la tension de manière à maintenir constante la tension d'alimen- tation des lampes lorsque la tension de la batterie, qui varie suivant le degré de charge, change.
Le schéma de la fig. 5 représente la solution du problè- me moyennant l'emploi de la machine régulatrice suivant l'inven- tion. D'une manière analogue au schéma de la fig. 4, la dynamo principale 15 est ici excitée par une génératrice régulatrice 18 du type décrit. Une autre génératrice 19 du même typa, excitée par l'enroulement 20 branché sur le circuit d'éclairage et ayant ses balais 11 en série avec le dit circuit fonctionne en sur-dévolteur. Il est évident que, si la tension aux lampes 21 a la valeur voulue, c'est-à-dire correspond à la "valeur caractéristique" du courant dans le circuit 20 de la génératrice 19, cette dernière ne donnera pas de tension aux balais.
Si au contraire, la tension appliquée aux lampes 21 dépasse..la valeur voulue, la génératrice 19 donnera aux balais une .tension dont le sens tendra à faire diminuer la tension au lampes, en
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agissant comme dévolteur. Le contraire aura lieu lorsque la tension aux lampes sera inférieure à la valeur voulue et la génératrice agira en survolteur.
La tension juste aux lampes sera d'autant mieux maintenue, que la "sensibilité" de la génératrice 19 sera plus élevée.
Contrairement à ce qu'on voit dans l'installation illustrée dans la fig. 4, deux génératrices 18 et 19 sont dans ce cas entraînées en rotation par un petit moteur auxiliaire 22 branché sur le circuit de la batterie, au lieu d'être montées sur l'arbre de la dynamo 15. L'augmentation de poids et le coût plus élevé, dus au petit moteur 22 seront certainement largement compensés par la réduction de poids et le coût des génératrices 18 et 19 et par- ticulièrement de cette dernière qui est celle qui doit développer la puissance plus grande. En effet, puisqu'elles tournent à vitesse constante, au lieu qu'elles tournent en relation au nombre de tours minimum, comme dans le cas de commande directe par l'arbre de la dynamo principale 15, elles pourront être dimen- sionnées par rapport eu nombre de tours maximum, ce qui se traduit par une diminution de poids.
Pour des installations d'une certaine puissance on peut faire agir la génératrice fonctionnant en sur- dévolteur indirectement, c'est-à-dire suivant le schéma de la fig. 3 au lieu du schéma de la fig. 5, pour des raisons d'économie de poids et par conséquent de coût.
Il est sous-entendu que l'invention n'est pas limitée aux dispositions et applications qu'on vient de décrire, et qu'elle est susceptible d'autres réalisations et applications parmi les- quelles l'une des plus importantes est, par exemple, la régulation de tension des alternateurs.