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La présente invention concerne les machines dynamo-électriques à dispositifs de contact rotatifs,tels que bagues ou collecteurs, et elle a pour but de procurer un moyen 'assurer un fonctionnement satisfaisant des dispositifs de contact et, par conséquent, de la machine, pendant une durée de vie plus longue qu'il n'a été possible, jusqu'ici, tout en réduisant, en même temps, le travail d'entretien.
Le problème de la commutation des machines électriques a été sou- mis à de nombreuses recherches et a donné lieu à l'utilisation de divers remèdes, comme l'emploi de connexions résistives ou de balais à chute de ten- sion de contact élevée, à l'effet de supprimer ou delimiter l'éventuelle sur- intensité se produisant dans la zone de commutation. Il a été constaté que la surintensité donnant une mauvaise commutation est due à un ou à plusieurs des phénomènes suivants : a) La différence de potentiel entre lames de collecteur, suivant le chemin lame de collecteur - face du balai - lame de collecteur voisine.
Cette surintensité est présente, à des degrés différents, dans de nombreuses machines électriques, son existence est admise, et des mesures, comme les remèdes précités, ont été prises pour la limiter. b) Tension réactive produite par la variation forcée du courant dans les bobines soumises à la commutation. c) Libération brusque d'énergie emmagasinée dans un circuit- induc- tif, quand la résistance de contact entre un des balais et le collecteur va- rie soudainement. Cette surintensité se produit quand la surface du collec- teur n'est pas dans un état mécanique satisfaisant, ou quand sa caractéris- tique de contact n'est pas régulière.
En ce qui concerne le dernier phénomène, il faut remarquer que souvent la self-induction du circuit relié aux balais est considérable et que, lorsque le courant véhiculé est relativement grand, l'énergie emmagasi- né est importante. Si donc le circuit à haute conductibilité entrele balai et les contacts tournants est momentanément ouvert, c'est-à-dire entre balai et collecteur ou bague, un arc à forte énergie s'établit et peut même endom- mager les surfaces de contact, l'effet étant donc cumulatif.
La présente invention a pour but de réduire ou d'éliminer la quan- tité d'énergie pouvant se décharger aux surfaces de contacts et d'augmenter ainsi la durée de vie du dispositif à contacts rotàtifs et de ses balais.
Quoique la présente invention se rapporte spécialement à l'élimi- nation du phénomène c) décrit ci-dessus, elle a, par le fait même, une in- fluence bienfaisante sur les phénomènes a) et b) précités.
En ce qui concerne le phénomène c), les machines dynamo-électriques. à contacts rotatifs peuvent être classé en deux groupes du point de vue commutation.
A. Les machines dont les enroulements inductifs sont reliés physi- quement à des balais électriques et sont fortement couplés magnétiquement à une source à faible impédance ou connnectés, par deux bornes ou plus, à une source de faible impédance.
B. Les machines dont les enroulements inductifs sont reliés physi- quement à des balais électriques, mais ne sont pas fortement couplés magné- tiquement à une source à faible impédance et ne sont pas connectés, par deux bornes ou plus, à une source de faible impédance.
Des exemples de la caisse A sont représentés aux figures la et 1b la figure la représentant un moteur shunt à courant alternatif alimenté par le stator, dont une seule phase est représentée pour la simplicité , et la
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figure 1b représentant un moteur shunt à courant continu.
On remarquera que les enroulements inductifs de ces machines sont normalement parcourus par un courant I. Si ce courant est momentanément in-
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tenrompuµ3ùxaQVrOê à bàS Sè 1impëda.nc e:L:ES atbsotseret l1'lp@,eh ,,1 ,:,-pJ1*>UC- tion de toute tension transitoire excessive, cette tension étant amortie par la source à basse impédance. Ces sources à basse impédance interviennent, à la figure la, par l'intermédiaire d'un couplage magnétique et, à la figure 1b, par connexion directe.
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Des exemples de machines de lardasse :B soht donnés "schématiquemèlit"aur fign4; xa-s 1, 1¯d et le. La figure le montre une partie d'un moteur Schrage,un odu- Tant f traversant une phase S du stator.Si, pour une irrégularité'mécanique - ou électrique dans le collecteur, le courant I s'interrompt au seonda1re,è . est-à-dire dans l'enroulement stâtorique,1Ôtension transitoire'résultante -- ne peut pas être amortie efficacement par des basses impédances LIS,puisque - le seul couplage entre elle et les sources à basse impédance se'fait, via un
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entrefer G à réluctance élevée.
La tension transitoire continue donc à monter jusqu'à atteindre une valeur quirétablit le passage du courant interrompu, ce rétablissement ayant toutes les chances de causer'l'établissement d'un are entre le bâclai et le collecteur; avec perte de matière en conséquence.
La figure 1d représente un moteur série dans lequel un enroulement d'excitation F, parcouru par un courant I, n'est connecté à une source à bas- se impédance que par un seul conducteur, l'autre extrémité y étant reliée par l'intermédiaire de l'induit. Un transitoire produit, dans l'enroulement d'excitation, par interruption du courant au collecteur, montera donc jusqu'à provoquer un arc comme décrit avec référence à la figure 1c.
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La figure le représente le rotor R d'un turbo-alternatéur, alimen- té par une excitatrices. Dans ce cas, un transitoire dans le rotor de 1'altP> :-,ID.$tn.P:'ll:C produit un courant élevé passant par les bagues du rotor de l'al- ternateur et le collecteur de l'excitatrice, avec les mêmes inconvénients précités'. Il faut remarquer que le couplage entre les enroulements de rotor
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et la source à basse impédance LIS, est insuffisant, à cause del'présence de l'entrefer G, comme à la figure 1c.
Suivant l'invention, un découplage des surintensités est réalisé par des condensateurs, et les façons de connecter ces condensateurs pour é- viter les surintensités dans les cas 1c, 1d, le sont représentées sohémati-
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quementsax'fguresToorrespqndahtës28d 2.11 2e. Aux figures 2o 2d, 2e un condensateur est mis en shunt sur l'enroulement pouvant produire les sur- intensités, et à la figure 2d1 en série, de façon à découpler l'énergie de surintensité ou, comme dans le dernier cas, pour la diriger vers la source à basse impédance connectée au système.
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On peut motltrer--aussi' que l'invention' , une influence bienfaisante sùr'les... phénomènes a) et b) - précités.
Le mécanisme du passage du courant dans un contact à frottement, spécialement dans le cas du glissement de balais en carbone sur une surface métallique,' n'étant pas entièrement élucidé,les limites de fonctionnemerit sûr de contacts de ce génie doivent être établies empiriquement.L'expérience a cependant montré
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que ces limites peuvent être gfçndues,si on introduit,conformément à l'inventior un circuit de découplage capacitif,ceci constitue un avantage important.qt.une caractéristique secondaire de la présente invention. @ ,--,.
vlan. ta figure 3a représente schématiquement le système de commutation
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d'une machine de la c3.Bsse B, où des remèdes courants, comme des p$les de commutation, ne peuvent être utilisés, par exemple une machine Schrage compor- tant respectivement les balais b. les lames de colleteur k, l'enroulement de régulation r et l'enroulement secondaire s. La figure 3b donne la forme
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d'onde de tension d'une machine de ce genre, elle comprend une onde fondamen- tale à la fréquence de travail (elle peut être égale à zéro), et une onde superposée oscillant à la fréquence de commutation. Ce phénomène de tension
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superppodée est connu dans tous les systèmes de commutation et est attribué à différentes causes.
Quelle que soit la cause, cette tension superposée à fréquence élevée indique des fortes concentrations de courant sur de petites surfaces spécialement à la fin de la période de contact du balai avec chacune des lames du collecteur.
L'expérience montre que l'invention réduit ces concentrations de courant et les arcs résultante.
Il ressort clairement'que la présente invention peut être utile- ment appliquée à tous types de machines dynamo-électriques à courant alter-
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natif ou courant contintumifieu de tout genre' de dispositif à contacts rotatifs comme les collecteurs.
Il est courant de connecter des condensateurs aux balais et aus-
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si aux enroulements des machines dynamo-èlectrïques pour supprimer les para- sites radio-électriques produits par la commutation et pour améliorer le facteur de puissance. Cependant les capacités utilisées pour le déparasita-
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ge sont devaleur relativement faible, par exemple aieune fraction de miorofa- rad jusqu'à quatre morofarads. D'autre part, pour l'amélioration du facteur de puissance, ce qui'ne se pose qu'en courant alternatif, le condensateur doit toujours être parcourue par un certain courant, même dans les conditions de fonctionnement normal de 1a machine dynamo-électrique.
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Tout au contraire, le but poursuivi par la présente invention re- quiert que la valeur du condensateur connecté au dispositif à contacts soit avec le potentiel de travail normal aux balais, beaucoup plus élevée que
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celle nécessaire pour le déparasitage, cette valeur pouvant atteindre'or** dre de trente microfarads 'dans les machines où ce phénomène de commutation est important.
En outre, le circuit suivant l'invention qui comprend le oonden-
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sateur en question, doit être calculé de façon à éviter des surintenstés in- désirables quand les conditions de fonctionnement du moteur et surtout l'é- tat des surfaces de contact dont anormaux.
Le condensateur utilisé peut être associé à un dispositif qui l'isole ou-'-tend à l'isoler, quand la tension est faible, et le me en circuit quand la tension est élevée. Par exemple une résistance non linéaire, de ca-
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ractéristique telle que l' aognent,t3.on du courant admis par la résistance est la plus rapide que l'augmentation de la tension à ses bornes, mise' en série avec le condensateur, isolera partiellement celui-ci à basas 1 tension; tout en lé rendant entièrement effectif en substance sous haute tension.
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Suivant un aspect génial, le but de!.13:tn peut être atteint dans une machine dynamo-électrique à courant continu ou alternatif ayant un dispositif à contacts rotatifs sur lesquels spnt appliqués des balais, et un condensateur, ou un condensateur avec résistance, connecté aux triais 'ou
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à un enroulement de la machine de; manière là constituer un circuit de décou- plage ne laissant passer qu'un courant faible ou nul dans les conditions normales de fonctionnement, mais laissant passer un courant notable quand la chute de tension aux balais atteint une valeur déterminée à cause, par exem-
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ple, d'irrégularitéede la surface de contact.
Le condensateur de JàéàJup1age peut être de toute fabrication courante et d'un type le mieux adapté aux conditions de fonctionnement. Si, on le désire, le condensateur peut être couplé aux balais par un transforma-
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teur élévateur inséré entre le dispositif à contacts et le condensateur.
L'invention ressortira plus clairement de la description détail- lée donnée ci-dessous avec référence aux dessins annexés qui représentent schématiquement, à titre d'exemple, des formes d'exécution préférées de l'in- vention.
La figure 4 représente un moteur du type Schrage muni de circuits de découplage suivant l'invention connectés aux enroulements secondaires; et pouvant avoir aussi des circuits de découplage de ce genre connectés aux enroulements primaires, si nécessaire.
La figure 5 représente une machine dynamo-électrique du type à ré- action d'induit servant de génératrice et ayant un circuit de découplage suivant l'invention connecté à ses balais secondaires.
Comme la figure 4 lenmontre, le rotor porte, par exemple, des en- roulements primaires triphasés 1 connectés, par l'intermédiaire de bagues col- lectrices, aux conducteursrs 2,3, 4 d'un circuit d'alimentation, ainsi que, comme d'habitude.dans les moteurs de ce genre, un enroulement de régulation 5 dont des points corlvenables sont reliés aux lames d'un collecteur 6. Cha- cun des trois enrouléments secondaires 7 du stator est relié par ses extré- mités à des balais associés au collecteur. Comme il est connu, les balais de chaque paire correspondant à un enroulement secondaire, peuvent être dé- placés l'un par rapport à l'autre et les axes despaires de balais peuvent être décalés par des mdyens classiques, non représentés parce qu'ils ne font pas partie de la présente invention.
Quand les balais se trouvent sur, la mê- me lame de collecteur, l'enroulement secondaire est pratiquement court-circui- té, et quand les balais sont écartés, la tension appliquée à l'enroulement secondaire dépend de l'écartement des balais entre eux. On peut régler ainsi le couple et la vitesse, le facteur de puissance étant réglable en décalant les axes des paires de balais. Suivantla présente invention, des circuits de découplage comprenant des condensateurs 8 sont connectés aux extrémités des enroulements 7, c'est-à-dire entre les bàlais du collecteur, de manière à réduire l'usure des bilais et de la surface du collecteur, comme décrit ci-dessus.
En outre, des circuits de découplage, comprenant des condensateurs 9 et des résistances non linéaires 10, sont connectés entre les balais asso- ciés aux bagues collectrices, afin d'empêcher une détérioration prématurée des surfaces de contact respèctives. Pour la simplicité du dessin, ces,cir- cuits de découplage sont représentés connectés entre les conducteurs d'alimen- tation 2, 3, 4.
Comme la figure 5 le montre, une machine dynamo-électrique 11 à excitation par réaction d'induit pu amplydine fonctionne en génératrice ali-. mentant l'inducteur 12 d'un moteur 13. Comme il est connu, des balais, primai- res 14 associés à un collecteur 15 sont court-circuités de manière a établir un courant primaire produisant le flux de réaction d'induit, tandis que des balais secondaires 16 'décalés électriquement en substance de 90 par rapport aux balais primaires sont connectés au circuit de charge, l'inducteur 12 dans le cas'considéré. Un enroulement d'excitation de compensation17 est prévu en série avec la charge, pour s'opposer à la réaction d'induit du,secondaire.
Il est prévu de façon classique un inducteur de commande 18 alimenté via une résistance de réglage 19. Suivant l'invention, un circuit de découplage com- prenant un condensateur 20 est connecté aux balais secondaire,pour empêcher une usure de contact exagérée, comme précité, et on peut aussi connecter un condensateur 21 entre les balais primaires 14, si on le désire.
Il va de soi, que quoique l'invention s'applique à tous types de machines dynamo-électriques, elle s'applique spécialement aux machines al- ternatives à collecteur alimentés par le rotor.
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On sait qu'une particularité importante des servo-mécanismes'; surtout ceux à commande électronique, est une réponse rapide aux variations de charge. Ceci peut donner lieu à des conditions de commutation très diffi- ciles, surtout dans le cas de moteurs à grande inertie, si on exige une va- riation de vitesse brusque.
Un condensateur supplémentaire en parallèle sur des moteurs de ce genre peut changer la constante, de temps et freiner la vitesse de répon- se.
Dans des cas de ce genre, le circuit de découplage suivant l'in - ovention peut devoir subir une modification de l'impédance supplémentaire constatant en l'introduction d'une résistance ou d'une self-induction ou d' un filtre passe bande en série, servant à séparer les fréquences de commuta- tion et les fréquences de marche normale. Un commutateur électronique, com- me une lampe à commande par grille ou une paire de lampes montées en pa- rallèle et en 'composition peut être incluse dans le circuit de découplage afin de nelaisser passer le courant que dans des conditions de surintensité déterminées. D'autres'modifications peuvent être apportées'sanssortir du cadre de l'invention.