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MONTAGE POUR LE REGLAGE AUTOMATIQUE DE L'EXCITATION DES POLES DE COMMUTATION
DE MOTEURS SERIE A COURANT ALTERNATIF A COLLEOTEUR.
Dans les moteurs série à courant alternatif à collecteur, les spires d'induit qui sont mises en court-circuit par les balais sont, comme on le sait, le siège non seulement d'une tension de réactance comme dans les machines à courant continu, mais en outre d'une tension dite tension de transformation; en effet, l'axe de la spire sous commutation coïncide avec l'axe du pôle principal et par suite le champ principal induit dans cette 'spire une force électro-motrice déphasée de 90 en arrière de celle du cou- rant de l'induit
Il est connu de monter en parallèle avec l'enroulement des pô- les de commutation, qui possède une résistance principalement inductive, une résistance ohmique et par là de retarder comme on le désire le courant dans l'enroulement des pôles de commutation.
Actuellement, ce moyen est employé d'une manière générale pour les moteurs construits pour une fréquen- ce de 16 2/3 pér/sec.
Lorsqu'un moteur de ce genre doit être alimenté par un réseau à 50 périodes/secondés , une telle résistance ohmique en dérivation est an- ti-économique, car la tension aux bornes de l'enroulement des pôles de com- mutation monte à une valeur à peu près triple, et la perte dans la résis- tance augmente dans la même proportion. Il faut chercher des moyens de réa- liser le déphasage nécessaire du courant avec des pertes moindres. L'un de ces moyens consiste à mettre en dérivation aux bornes de l'enroulement des pôles de commutation un condensateur au lieu d'une résistance. L'emploi d'un condensateur pour ajuster l'intensité et la phase du courant dans l'enroule- ment des pôles de commutation a déjà été,souvent prévu.
C'est ainsi, par exemple, qu'il est connu d'obtenir dans des machines alimentées par du cou- rant continu pulsatoire, le réglage correct du courant en prévoyant un con- densateur du côté secondaire d'un transformateur dont le primaire est monté en série avec l'enroulement des pôles de commutation.
Mais même pour une
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machine à courant alternatif il a déjà été fait mention dans des publications de la disposition d-'un condensateur en dérivation sur l'enroulement des pôles de commutation; dans l'un-de ces'montages, ce condensateur se trouve en série avec une résistance. @
Un problème qui depuis nombre d'années déjà, occupe les construc- teurs, consiste à obtenir un réglage automatique du courant dans le circuit des pôles de commutation afin de créer l'état de choses nécessaire pour une commutation, satisfaisante entre des limites de charge relativement éloignées.
Il est connu de..régler les résistances en dérivation par les gran- deurs qui dépendent indirectement des courants de court-circuit des balais et qui à leur tour sont une mesure de la compensation plus ou moins parfaite de la tension de transformation par le champ de commutation. Mais cela n'ap- porte qu'à peine une solution satisfaisante du problème, vu que les courants de court-circuit des balais dépendent encore dans une large mesure de l'é- tat du collecteur et' des surfaces sur lesquelles frottent les balais, état qui peut être très'variable.
D'autres dispositifs connus prévoient des machines auxiliaires accouplées au moteur principal et dont l'excitation est influencée de telle sorte qu'elles modifient de la façon nécessaire l'inductance du circuit dé- rivé en fonction de l'intensité du courant et de la vitesse dudit moteur.
L'emploi de machines auxiliaires de vitesse correspondant à celle du moteur entraîne cet inconvénient que, en général, il est à peine possible de trou- ver la place nécessaire pour l'accouplement direct ou indirect de la machine auxiliaire, vu que l'on a un pressant besoin de cette place pour loger la puissance du moteur lui-même. Il est trop précieux pour qu'on soit autorisé à l'employer pour des buts secondaires de ce genre.
Dans le cas d'une capacité en dérivation, on a aussi la possi- bilité d'adaptation automatique de l'excitation des pôles de commutation aux exigences d'une bonne commutation. La modification désirée de la capa- cité en dérivation lorsque le courant du moteur varie pourrait s'obtenir par exemple en mettant plusieurs condensateurs en dérivation et en les fai- sant mettre en circuit et hors circuit par des interrupteurs influencés par le courant. Ce mode de réglage a pour lui l'avantage d'une grande simplici- té, mais l'inconvénient de régler par paliers, et d'utiliser des interrup- teurs sujets à usure.
Pour éviter cet inconvénient on peut, suivant la présente inven- tion, mettre en série avec le condensateur une petite bobine de self telle que la somme de ces deux réactances (WL-1 ) donne la valeur demandée. Le
WC réglage ne se fait que sur la bobine de self. Pour réduire la sensibilité aux variations de fréquence on peut monter une résistance ohmique en série avec le condensateur. Le réglage de la self-induction d'une bobine de self montée en dérivation sur l'enroulement des pôles de commutation n'est rendu possible que par l'emploi d'un condensateur.
Si l'on utilise une résistance ohmique branchée en parallèle avec l'enroulement des pôles de commutation, ce moyen ne peut évidemment pas en- trer en ligne de compte, car ici il est essentiel que la dérivation ne possè- de si possible pas du tout de self induction pour obtenir aux moindres frais (avec la moindre dépense de résistance ohmique, c'est-à-dire de pertes) le retard désiré du courant dans l'enroulement des pôles de commutation. Mais ce moyen offre en même temps une possibilité d'influencer la forme de la courbe de l'intensité dans l'enroulement des pôles de commutation. En effet l'inductance résultate (x= WL-l pour la fréquence f du réseau) 'ne donne
WC pour les deux valeurs L et C qu'une' seule condition.
Comme deuxième condi- tion on peut convenir que pour une fréquence vf la valeur x doit s'annuler, c'est-à-dire que l'on doit avoir LC = 1 @ Alors la dérivation représen-
V2 W2 te pour la fréquence vf une résistanceohmique pure (et faible), le courant de l'harmonique de rang vf passera ainsi par la dérivation et non par l'en- roulement des pôles de commutation. Il est donc utile d'en tenir compte
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lorsqu'on fixe L et Ca On peut encore poursuivre plus loin cette idée.
Si l'on divise la dérivation par exemple en deux combinaisons (condensateur et bobine- de self) et que l'on fasse en sorte que l'une entre en résonance pour la fré- quence v1f et l'autre pour la fréquence v2f, l'enroulement des pôles de com- mutation se trouvera protégé contre des courants tant de fréquence v1f que de fréquence v2f.
Mais il sera pratique de ne régler que l'une des deux bobines de self, et de préférence la plus grande. Il est également possible de ne faire-' la division qu'après la self réglable, c'est-à-dire de mettre un condensa- teur en parallèle avec un circuit comprenant la deuxième self et un deuxième condensateur.. La figure 1 du dessin annexé montre cette disposition.
Or comme la self induction de la bobine de self doit être réglée, il n'est évidemment pas possible de respecter cette condition de résonance sur toute l'étendue du domaine de réglage. Il faudra se contenter de réali- ser la résonance des harmoniques à peu près au milieu de ce domaine. Le do- maine total de réglage de l'inductance de la dérivation n'étant pas grand, l'enroulement des pôles de commutation sera encore toujours suffisamment pro- tégé contre les harmoniques de courant dans ce domaine.
L'inductance de la bobine de self peut se régler de plusieurs manières. On peut par exemple exécuter son enroulement avec des prises de courant que l'on met en circuit et hors circuit suivant les besoins. On peut aussi doter la bobine de self d'une armature mobile pouvant se déplacer de telle sorte que lorsque le courant augmente, la self induction varie dans le sens voulu. L'analyse montre que la considération d'une bonne commutation é- quivaut à demander que l'impédance capacitive de la dérivation décroisse lorsque le courant croit, c'est-à-dire que la self induction de la bobine de self croisse lorsque le courant croit. On ne peut donc pas obtenir ce résul- tat par la saturation magnétique, car ainsi qu'on le sait, la self induction tombe lorsque la saturation magnétique croit.
Dans le cas de l'armature mo- bile, lorsque le.courant croit, l'entrefer doit donc être réduit suffisamment pour que la self augmente malgré une saturation accrue. Ce réglage est conti- nu et ne nécessite pas d'organes de couplage, mais dans certains cas il sera fâcheusement influencé par les vibrations sur un véhicule. Son installation sur un tel véhicule devra donc.se faire avec beaucoup de prudence et de soin.
Une autre possibilité réside dans l'utilisation de bobines de self préalablement saturées, dont la' self sera réglée par variation de la saturation préalable-. La figure 2 représente à titre d'exemple le schéma com- plet de montage d'un moteur série monophasé ainsi réglé,
Circuit principal :Le courant alternatif J circule de la borne A du transformateur principal HT par l'enroulement de compensation Kp, le @ transformateur d'intensité Sw, le transformateur d'intensité St (côté primai- re), l'excitation HP des pôles principaux et l'induit A pour retourner à la borne A2 de HT.
Circuit des pôles de commutation : L'enroulement secondaire de St alimenté l'enroulement w, des pôles de commutation. En parallèle avec w se trouve l'enroulement 3 de la bobine de self Dr et le condensateur K éven- tuellement suivant figure 1.
La bobine de self Dr porte encore deux autres enroulements 1 et 2 parcourus respectivement par des courants continus il et i2. Ces'enroule- ments agissent en opposition l'un à l'autre. L'enroulement 1 reçoit son cou- rant d'un groupe de redresseurs en montage de Graetz (en pont) Gr 1 dont.les bornes à courant alternatif sont reliées à la tension constante Ao A1 du transformateur principal. Dans ce circuit est intercalé (outre une self d'é- galisation non représentée) un rhéostat de réglage R1. Le courant il est donc fonction de la charge du moteur. L'enroulement 2 est monté en parallè- le avec une résistance régla.ble R2.
Tous deux sont alimentés (éventuellement encore par l'intermédiaire d'une self d'égalisation) à partir des bornes à courant continu d'un deuxième pont de Graetz Gr2 dont les bornes à courant alternatif sont reliées aux bornes secondaires du transformateur d'intensi- té Sw. En conséquence le courant i2 dans l'enroulement 2 varie, pour une
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position fixe de R2, comme le courant J du moteur. Avec ces moyens on peut obtenir, en ajustant convenablement les résistances R1 et R2, toutes les variations désirées de la saturation préalable. En agissant sur R1 on amène la ligne de courant il de la figure 3 à se déplacer parallèlement à elle- même. Si l'on déplace R2, la ligne de courant i2 peut tourner à volonté autour du point 0 de cette même figure 3.
Si par exemple R1 est dans une position telle que le courant il soit représenté par la droite il et si i2 varie suivant la droite i2, le domaine de réglage est donné par l'aire F1, c'est-à-dire que lorsque le courant J croit, la saturation préalable dé- croit et la self induction de la bobine Dr augmente. Si, en augmentant la résistance Rl on réduit la valeur de il à il' sans toucher au rhéostat R2, le réglage automatique est représenté par la surface F2, ainsi donc, lors- que le courant J ira en croissant, la saturation préalable ira également en croissant, par contre la self induction de'Dr décroîtra.
Si en réduisant la résistance du régulateur R2 la modification de 12 est représentée par la droite i2, la surface F3 indique le changement éprouvé par la satura- tion préalable comme le fait voir la figure 3, cette saturation décroît ain-. si de nouveau quand le courant J croit, toutefois la variation est plus fai- ble que dans le cas représenté par F1. Il peut être désirable de ne pas fai- re passer la droite i2 par le point 0 (figure 3) mais de lui donner la po- sition représentée à la figure 5 pour la ligne (i2 + i3).
Cela peut s'obte- nir avec une extension de peu d'importance du montage de la figure 2 ; cette modification est indiquée à la figure 4 : la bobine 2 de la self n'est pas seulement traversée par le courant i2, mais également par un courant i3 qui est fourni par Gr 1 par l'intermédiaire d'une résistance de réglage R3.
Les deux courants d'excitation pour la saturation préalable de la bobine de self Dr peuvent être branchés sur un enroulement d'excitation commun. Le montage qui sert à cet effet est représenté à la figure 6. Dans ce montage il est tenu compte de ce que l'enroulement est parcouru par la différence (il-i2) des deux courants. Par cette simplification, non seule- ment on économise du cuivre, mais on réduit également l'énergie nécessaire au réglage de la self induction de la bobine de self. Les tensions aux deux ponts de Graetz ne peuvent alors plus être choisies indépendantes l'une de l'autre; il faut plutôt les accorder l'une sur l'autre de telle sorte qu'en réglant les rhéostats R1 et R2 on obtienne les caractéristiques d'excitation désirées.
Tant que le moteur est relié à deux bornes déterminées de ET (par exemple à Ao A2) la relation entre la vitesse de ce moteur et le courant J est bien déterminée. Il suffit dès lors que le réglage automatique de la bobine de self Dr ne soit commandé que par le courant. L'amplitude du ré- glage (courbe de réglage) dépend de la vitesse et de l'intensité J ; est donnée par la construction du moteur. C'est par un ajustement approprié de R1 et R2 (et éventuellement R3) que la variation automatique de la self induction doit être adaptée au réglage demandé. Or si le moteur est branché sur une autre tension du transformateur principal HT, il s'établit entre la vitesse et l'intensité du courant une autre relation également bien détermi- née, qui conditionne éventuellement une modification déterminée de la courbe de réglage.
En même temps que cette commutation des bornes de raccordement, on modifie alors R1 et R2 (et éventuellement R3), de: sorte que le réglage automatique s'effectue en conformité de la nouvelle exigence.
A chaque tension du moteur correspond ainsi une position détermi- née des rhéostats R1 et R2 (et éventuellement R3). De cette manière, on ob- tient que sur toute l'étendue du domaine de réglage, le courant des pôles de commutation prenne pour chaque valeur de la tension une intensité correcte, naturellement pour autant seulement que cet ajustement soit possible, car aux très faibles vitesses, on sait que la tension de transformation ne peut plus être compensée.