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MOTEUR DE TRACTION A COURANT ALTERNATIF POUR FREQUENCES DE RESEAU;,
DE PLUS' DE 16 2/3 CYCLES.
Des moteurs de traction à courant alternatif pour 50 cycles présen- tent des différences essentielles par rapport aux moteurs pour 16 2/3 cycles.
Pour les mêmes efforts électriques et pour le même type de construction, la tension aux bornes s'élève approximativement à une valeur allant de la moitié jusqu'au tiers, et l'intensité et le nombre de pôles, pour une même puissan- ce;, s'élève au double jusqu'au triple. L'intensité élevée exige un long com: mutateur. Comme la.longueur axiale du moteur est cependant limitée, dans les types de construction ordinaire, par l'écartement, le paquet de tôles devient plus étroit et le diamètre extérieur augmente.
L'intensité élevée exige des relais de commande plus lourds ou la transformation en commande par haute tension, c'est-à-dire un transformateur plus lourd. Cela peut être évite en montant en série deux moteurs. Mais si ces moteurs sont montés sur des essieux différents non accouplés, les roues ont une plus grande tendance au dérapage et portent préjudice à la force de traction maximum du véhicule.
Comme le moteur pour 50 cycles doit avoir un diamètre plus grand, on ne peut, à partir d'une certaine vitesse de marche,, plus se contenter d'un seul moteur pour obtenir la puissance nécessaire pour un diamètre de roue donné. La puissance est alors fournie par deux moteurs qui fonctionnent sur un essieu commun, qui sont., par conséquent, accouplés et qui peuvent, sans inconvénient, être montés en série. De tels moteurs doubles sont con- nus en soi. On réalise des économies si on monte ces deux'moteurs sur un arbre d'induit commun et si on leur donne un carter commun. On obtient alors un moteur tandem, qui est également connu et dont les deux induits sont mon- tés en série.
Suivant la présente invention, on peut encore réaliser une meil- leure utilisation de l'espace disponible si l'on prévoit pour les deux mo-
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teurs non seulement un carter commun, mais si on emploie également pour les deux enroulements d'induit, un paquet de tôles d'induit commun. Les deux en- roulements d'induit conservent leur commutateur propre et sont complètement isolés l'un de'l'autre, ils sont montés en série. Dans un tel moteur à com- mutateur double, l'encombrement sera moindre que pour un moteur tandem, dans- lequel l'utilisation de l'espace axial est encore mauvaise, parce que entre les deux paquets de tôles d'induit, il faut encore prévoir de l'espace pour les tètes d'enroulement des deux enroulements d'induit et le cas échéant, un petit entrefer.
Mais c'est précisément pour des moteurs de traction, dans lesquels la longueur axiale est limitée par l'écartement, qu'il est important d'utiliser l'espace disponible de la meilleure manière possible.
Le dessin représente schématiquement une forme de réalisation du moteur à commutateur double. Celui-ci possède un paquet de tôles du stator commun 1 avec l'enroulement 2 et un¯paquet de tôles de rotor commun 3 avec les deux enroulements 4 et 5:, qui sont dirigés vers des commutateurs 6 et 7.
Les deux enroulements d'insuit sont montés en série.
Si le mbteur tandem comporte deux tôles d'induit de b mm de lar- geur chacune, qui sont écartées l'une de l'autre d'une distance de a mm, un moteur à commutateur double correspondant peut avoir une largeur de tô- le de plus de 2 b mm et, par conséquente sa puissance augmente pour un même encombrement. Comme l'intensité augmente en même temps que la puissance, les commutateurs deviennent plus longso Pour cette raison, on ne réalise pas une augmentation de puissance dans le rapport (2b = a) : b mais appro- ximativement une augmentation de puissance dans le rapport (2b + 1/2a): b.
Mais cette dernière est déjà fort importante, étant donné que pour un écar- tement normal,b estenviron égal à 120 mm et a environ à 160 mm, de telle sorte que le rapport (2b + 1/2 a) 2 b est de l'ordre de grandeur de 320 : 240. Cela signifie cependant que la puissance du moteur à commutateur dou- ble pour un même encombrement et pour un poids pas beaucoup supérieur est d'environ 30 % supérieure à celle du moteur tandem, ou que, pour une même utilisation des poids, la vitesse du véhicule puisse être augmentée d'en- viron 30 %, si au lieu du moteur tandem, on prévoit un moteur à commuta- teur double,
Des enroulements à commutateur double sont connus en soi.
Ils sont employés, par exemple, pour de petits moteurs à courant continu, par exemple des moteurs auxiliaires pour véhicules de 3.000 V, au cas où un seul commutateur pour 3.000 V, @ @ devrait avoir un diamètre trop grand. Ici le but du commutateur double ré- side donc à diminuer le diamètre du commutateur, tandis que la conserva- tion de la longueur axiale n'est pas tellement importante.
Les conditions et les buts sur lesquels le commutateur double connu pour courant continu est basé sont donc autres que pour le moteur de traction à courant continu, pour fréquences de réseau de plus de 16 1/2 périodes, suivant la présente invantiono
On a également employé des moteurs à commutateur double pour des trolleybus et des électromobiles ; cesvéhicules ne comportent qu'un seul moteur de ce type et, ici, le but du type de construction à commuta- teur double réside dans le fait de permettre de monter en série les deux enroulements pendant le démarrage, pour diminuer les pertes dans la résis- tance de démarrage.
Dans la disposition suivant la présente invention par contre, on ne fait pas usage de cette application ; aucontraire, le moteur est réglé de façon connue par fractionnement du transformateur.
Dans un moteur à commutateur double dans lequel les nombres de spires des deux enroulements d'induit sont égaux à ceux d'un moteur tan- dem, les ampères-tours par unité de longueur de l'induit deviennent le double pour un moteur à commutateur double, et augmentent même encore pour une augmentation de puissance ; peut provoquer des difficultés de commutation.
Pour cette raison, il est préférable, suivant une autre carac- téristique de l'invention, d'employer, au lieu d'un enroulement à boucles
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simple, un enroulement à boucles double. Il en résulte une diminution de la moitié du nombre des ampères-tours par unité longueur et l'on peut donc conserver les mêmes sections de rainure que pour un moteur tandem, abstrac- tion faite d'un isolement un peu plus fort dans la rainure elle-même. Si le noyau avait une largeur de 2b mm, on aurait exactement la¯même tension de commutation de courant que pour un moteur tandem, la puissance et la vi- tesse également ne seraient pas modifiées, étant donné que chaque enroule- ment d'induit se trouve dans un champ principal de valeur double.
Le champ principal de valeur double induit également dans l'en- roulement d'induit à commutation une tension de court-circuit de valeur dou- ble. Mais celle-ci ne peut dépasser une certaine limite, si l'on veut évi- ter d'endommager le commutateur par un démarrage trop dure Ici apparaît donc un avantage supplémentaire de l'enroulement à boucles double, qui di- minue de moitié la tension de court-circuit se présentant entre deux élé- ments de commutateur voisins.
Mais le but du moteur à commutateur double résidait dans le fait de donner au noyeu une largeur encore plus grande que 2 b mm, pour obtenir une puissance supérieure à celle du moteur tandem. Dans ce cas, malgré l'en- roulement à boucles double, le nombre d'ampères-tours par unité de longueur et la tension de court-circuit seraient plus grands que pour le moteur tan- dem, et augmenteraient dans la même proportion que l'augmentation de puis- sance. Dans certains cas, il sera possible d'admettre encore des augmenta- tions de l'effort, de telle-sorte que l'on obtient l'augmentation de puis- sance désirée.
On peut cependant appliquer des moyens spéciaux pour diminuer 'la fatigue malgré l'augmentation de puissance. On peut, par exemple, choi- sir un enroulement à boucles triple, les efforts ne sont, dans ce cas, pas modifiés, lorsque la largeur du paquet est égale à 3 b.
Une autre possibilité réside dans le fait d'augmenter, en cas de diamètre constant, le nombre de pôles dans une proportion égale à l'al- longement du paquet de tôles au-dessus de 2b. De cette manière, le champ par pôle et la tension de court-circuit garderaient l'ancienne valeur, et en même temps, le courant plus intense est distribué parmi plusieurs bran- ches d'induit, de telle sorte que le nombre d'ampères-tours par unité de longueur reste également constant.
On peut aussi appliquer simultanément ces différents moyens.
REVENDICATIONS.
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ALTERNATIVE CURRENT TRACTION MOTOR FOR MAINS FREQUENCIES ;,
MORE THAN 16 2/3 CYCLES.
Alternating current traction motors for 50 cycles have essential differences compared to motors for 16 2/3 cycles.
For the same electrical forces and for the same type of construction, the voltage at the terminals rises approximately to a value ranging from half to a third, and the intensity and the number of poles for the same power; , amounts to double to triple. The high intensity requires a long com: mutator. As the axial length of the motor is, however, limited, in ordinary types of construction, by the gap, the sheet bundle becomes narrower and the outside diameter increases.
High current requires heavier control relays or conversion to high voltage control, i.e. a heavier transformer. This can be avoided by connecting two motors in series. But if these motors are mounted on different unmated axles, the wheels have a greater tendency to skid and affect the maximum traction force of the vehicle.
As the motor for 50 cycles must have a larger diameter, it is not possible, from a certain running speed, to be satisfied with a single motor to obtain the power necessary for a given wheel diameter. The power is then supplied by two motors which operate on a common axle, which are, therefore, coupled and which can, without inconvenience, be connected in series. Such dual motors are known per se. Savings are made if these two motors are mounted on a common armature shaft and if they are given a common housing. A tandem motor is then obtained, which is also known and the two armatures of which are connected in series.
According to the present invention, a better use of the available space can still be made if provision is made for both methods.
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tors not only a common housing, but if one also uses for the two armature windings, a bundle of common armature plates. The two armature windings keep their own switch and are completely isolated from each other, they are connected in series. In such a motor with a double commutator, the size will be less than for a tandem motor, in which the use of the axial space is still poor, because between the two packages of armature plates, it is necessary still provide space for the winding heads of the two armature windings and, if necessary, a small air gap.
But it is precisely for traction motors, in which the axial length is limited by the spacing, that it is important to use the available space in the best possible way.
The drawing schematically shows one embodiment of the dual commutator motor. This has a common stator plate pack 1 with winding 2 and a common rotor plate pack 3 with two windings 4 and 5 :, which are directed to switches 6 and 7.
The two insuit windings are connected in series.
If the tandem mbtor has two armature plates of b mm wide each, which are spaced from each other by a distance of a mm, a corresponding double commutator motor may have a plate width. the more than 2 b mm and, consequently, its power increases for the same size. As the intensity increases at the same time as the power, the switches become longerso For this reason, we do not realize an increase in power in the ratio (2b = a): b but approximately an increase in power in the ratio (2b + 1 / 2a): b.
But the latter is already very important, given that for a normal distance, b is approximately equal to 120 mm and a approximately to 160 mm, so that the ratio (2b + 1/2 a) 2 b is l the order of magnitude of 320: 240. This means, however, that the power of the double-switch motor for the same size and for a not much greater weight is about 30% greater than that of the tandem motor, or that, for the same use of weights, the speed of the vehicle can be increased by about 30%, if instead of the tandem motor, a motor with double switch is provided,
Double switch windings are known per se.
They are used, for example, for small DC motors, for example auxiliary motors for 3,000 V vehicles, in case a single switch for 3,000 V, @ @ should have too large a diameter. Here the aim of the double switch therefore lies in reducing the diameter of the switch, while the conservation of the axial length is not so important.
The conditions and purposes on which the known double commutator for direct current is based are therefore other than for the direct current traction motor, for network frequencies of more than 16 1/2 periods, according to the present invention.
Double switch motors have also been used for trolley buses and electromobiles; these vehicles have only one motor of this type and, here, the aim of the type of construction with double switch is to allow the two windings to be connected in series during starting, to reduce losses in the resis. - starting tance.
In the arrangement according to the present invention, on the other hand, this application is not used; conversely, the motor is adjusted in a known manner by splitting the transformer.
In a double commutator motor in which the numbers of turns of the two armature windings are equal to those of a tan- dem motor, the ampere-turns per unit length of the armature becomes double for a commutator motor. double, and even increase further for an increase in power; may cause switching difficulties.
For this reason, it is preferable, according to another feature of the invention, to employ, instead of a loop winding
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single, double loop winding. This results in a reduction of half the number of ampere-turns per unit length and it is therefore possible to keep the same groove sections as for a tandem motor, apart from a slightly stronger insulation in the groove. herself. If the core had a width of 2b mm, we would have exactly the same current switching voltage as for a tandem motor, the power and the speed also would not be changed, since each armature winding is in a double-valued primary field.
The double-valued main field also induces a double-valued short-circuit voltage in the switching armature winding. But this cannot exceed a certain limit, if one wishes to avoid damaging the switch by too hard starting. Here therefore appears an additional advantage of the double loop winding, which halves the load. short-circuit voltage occurring between two neighboring switch elements.
But the purpose of the double commutator motor was to make the core even wider than 2 bmm, to get more power than the tandem motor. In this case, despite the double loop winding, the number of ampere-turns per unit length and the short-circuit voltage would be greater than for the tan- dem motor, and would increase in the same proportion as the increase in power. In some cases, it will be possible to allow further increases in effort, so that the desired increase in power is obtained.
However, special means can be applied to reduce fatigue despite the increase in power. It is possible, for example, to choose a winding with triple loops, the forces are not, in this case, modified, when the width of the bundle is equal to 3 b.
Another possibility lies in the fact of increasing, in the case of constant diameter, the number of poles in a proportion equal to the length of the stack of sheets above 2b. In this way, the field per pole and the short-circuit voltage would keep the old value, and at the same time, the more intense current is distributed among several armature branches, so that the number of amperes -turns per unit length also remains constant.
These different means can also be applied simultaneously.
CLAIMS.