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"Moteur monophasé à collecteur pour la propulsion directe de véhicules"
Pour la propulsion directe de véhicules sur un réseau à courant monophasé, on utilise des moteurs à collecteur et à couplage en série. Dans ces moteurs, la commandé de la tension de transformation crée des difficultés entre les lames consécutives. Pour réduire cette tension de transfor- mation, on utilise dans de nombreux pays un réseau de voies spécial à basse fréquence (16 2/3 cycles en Europe).
Plus récemment, on a réussi à faire fonctionner des moteurs à collecteur et à couplage en série directement sur la fréquence industrielle de 50 cycles, par exemple, ce qui paret de connecter les conducteurs de prise de courant au
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réseau gonoral do distribution d'un pays 31 on construit ces moteurs dits "dircts" de la manière classique, le flux par pole doit être fortement réduit, étant donne que la torsion de transformation en raison de la.quelle une certaine valeur ne doit pas être dépassée au démarrage et à faible vitesse pour tenir compte de la formation des étincelles, est proportionnelle au produit du flux multiplié par la fréquence du réseau.
A cet effet, on a trouvé que le moyen le plus efficace est le bobinage double en parallèle, dans lequel une spire de l'enroulement de l'induit n'est pas connectée à des lames consécutives, mais toujoui à une lame sur deux, de sorte que la tension aux lames ne corres- pond qu'à la moitié de la tension aux extrémités des spires. il est ainsi possible de porter le flux de chaque pôle au double de la valeur adoptée pour le bobinage classique simple, en paral- lèle.
Un bobinage de ce genre est représenté schématiquement sur la fig. 1 et en coupe axiale sur la fig. 1a. Ce bobinage exige des conducteurs de compensation spéciaux. C'est ainsi que, pour la boucle a. le conducteur de compensation est connecté par une extrémité à la lame 4 intercalée entre les lames 1 et 3, auxquelles aboutissent les deux extrémités de la boucle a, tan- dis que l'extrémité opposée est connectee à la tête de bobinage faisant partie de la boucle et disposée sur le côté opposé au collecteur. Les conducteurs de compensation doivent passer sous l'empilage des tôles de fer g. Cependant, cet agencement ne per- met que la construction d'un bobinage à boucles doubles, pour lequel a = 2p, 2a désignant le nombre des branches parallèles du bobinage d'induit, et 2p étant le nombre des pôles.
L'objet de l'invention est un moteur monophasé à coJ.lec- teur pour la propulsion directe de vehicules, destine notamment a être alimenté par une fréquence industrielJe, et qui permet de remédier d'une manière simple aux difficultes précitées duos a la tension de transformation.
Belon l'invention, on atteint
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t'our tenir compte de l'inver- sion du courant, c'est-à-dire de la tension dite de réactance, il est bon de prevoir un nombre au moins suffisant de conducteurs de compensation pour que toutes les branches parallèles du bobi- nage soient couplees entre elles aussi rigidement que possible.
Le moyen le plus efficace est la connexion directe des conduc- teurs de compensation avec le collecteur. Pour des raisons concernant la construction, ou d'autres raisons, il peut être également avantageux de connecter tous les conducteurs de compen- sation ou une partie de ces conducteurs au côté opposé au col- lecteur, ou de prévoir des ramifications au-dessous de l'empi- lage des tôles.
Le dessin annexe représente quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention. La fig. montre schématiquement un bobinage triple en parallèle (a = 3p), tandis que la fige 2a est une vue en coupe axiale de ce même bobinage. Si on suit la boucle k, on voit qu'elle est connectee aux lames 1 et 4 du collecteur. Entre les lames 1 et 4 sont intercalées les lames 2 et '5. La tension aux lames (c'est-à-dire la tension entre deux la.mes consécutives) ne correspond donc qu'au tiers de la tension aux extrémités de la boucle. L'empilage do tôles est divisé en deux parties i et h, dont les longueurs axiales présentent de préférence entre elles un rapport de : 1. Les conducteurs de compensation passent dans l'intervalle 1.
Ils sont connectés par une extrémité au bobinage principal, et par l'extrémité opposée au collecteur. Les conducteurs de compensation passent sous l'empilage de tôles, c'est-à-dire
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Les boucles formoes par les barrettes m-c, o-k-p et p-n embras- sent respectivement un tiers du flux à l'intérieur des barrettes m-k-n. il en résulte que la tension entre les lames 1-2, 2-3 et 3-4 atteint effectivement le tiers de la tension entre les L'aies 1 et 4.
Dans les bobinages, pour lesquels a/p donne un nombre impair, par exemple a/p =3 comme dans le present exem- ple, le point milieu électrique des boucles, situé dans la tête de bobinage, ne peut pas servir de prise pour un conducteur de compensation, à l'opposé de ce que permet un bobinage double en parallèle. lJans un bobinage multiple en parallèle, les potentiels des branches parallèles ne sont pas fixes d'une façon générale les unes par rapport aux autres. ün peut construire un bobinage de ce genre sous la forme d'un bobinage ferme simple. Dans celui-ci, les potentiels de toutes les lames sont determinés.
On peut ainsi obtenir automatiquement une distribution correcte des tensions sur le collecteur sans être obligé de prévoir des conducteurs de compensation tels qu'ils viennent d'être décrits.
Or, si on suit le phenomène de l'inversion du courant, et si on examine notamment les variations de ce courant qui se pré- sentent lorsque le courant amene sur une lame doit passer sur une lame adjacente, on constate que le courant doit être inversé dans un très grand nombre de spires, ce qui engendre une haute tension de reactance. Le bobinage ferme simple sans conducteur de compensation devrait donc refuser de fonctionner en charge.
On remédie à cette difficulté précisément par les conducteurs de compensation décrits, parce qu'ils assurent le couple direct des lames consécutives, de sorte que le passage du courant d'une lame a la suivante n'exige qu'une commutation sur un parceure de
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très faible longueur. Il est par consequent capital que toutes les lames consécutives soient couplées entre elles aussi intime- ment que possible par des conducteurs de compensation. Toutefois, il est possible d'imaginer un compromis, les conducteurs de com- pensation étant alors supprimés ou groupés dans les limites d'une certaine tolérance.
Ceci est par exemple possible avec les conducteurs de compensation normaux, qui relient entre eux des points présentant des potentiels égaux sur un côté de l'em- pilage de tôles, éventuellement même sur les deux côtés (dans un intervalle de 3600 el.). 11 faut insister sur le fait qu'il est très avantageux, non seulement de coupler aussi intimement que possible entre elles les lames consécutives, mais egalement de maintenir aussi parfaitement que possible des points à poten- tiels egaux, sur un ou sur les deux côtés du bobinage, par des conducteurs de compensation normaux et usuels. Le mieux est donc de connecter à des conducteurs de compensation toutes les lames présentant des potentiels égaux. Cependant, il est égale- ment possible de disposer les conducteurs de compensation sur le côte opposé, quoique l'effet obtenu ne soit pas aussi favorable.
L'agencement le plus efficace est celui des conducteurs de compen- sation disposes sur les deux côtés. De toute façon, on choisit le nombre et la position des conducteurs de compensation de façon qu'ils n'introduisent pas une trop grande complication dans la construction de la machine, que leur utilisation reste constructivement et économiquement ..dans des limites acceptables, et qu'ils n'exercent pas une action nuisible sur les proportions du moteur, tout en restant cependant suffisamment efficaces.
Les figures 3 et 3a sont respectivement un schema et une vue en coupe axiale d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention pour un bobinage quadruple en parallèle (a = 4p). Les mêmes caractères de référence désignent les mômes elements representes sur la fig. 2. L'empilage des tôles de fer est divise dans ce cas au milieu ou à peu près au milieu de la longueur axiale.
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Dans un bobinage de ce genre, pour lequel a/p est un nombre pair, c'est-à-dire 4 dans cet exemple, le point milieu électri- que des spires, situé dans la tête de bobinage, est utilisé pour la connexion du conducteur de compensation r. il n'est pas nécessaire de prévoir des prises sur les barrettes du corps de bobinage dans l'intervalle entre les deux parties de l'empilage des tôles. Un peut connecter tous les conducteurs de compensation ou une partie de ces conducteurs sur un côte de l'empilage de tôles. Autant qu'il est nécessaire,. on peut faire passer ces conducteurs avec les barrettes dans les encoches de l'empilage de tôles.
La fig. 4 montre un bobinage quadruple en parallèle dans lequel le conducteur de compensation médian est connecte au milieu de la boucle, tandis que les deux conducteurs de compensation o,p sont connectés directement aux lames du collecteur.
Dans l'exemple de mise en oeuvre que montre la fig. 5, tous les conducteurs de compensation partent du milieu de la boucle.
Par contre, la fig. 5a montre un agencement dans lequel les conducteurs de compensation sont connectes en partie de la manière indiquée sur la fig. 4 (conducteurs o), et en partie de la manière indiquée sur la fig. 5 (conducteurs p), ce qui offre l'avantage que les encoches des deux parties h, i de l'em- pilage de tôles sont uniformement garnies de barrettes princi- pales et de conducteurs de compensation. Dans l'exemple de la fig. 6, les deux extrémités des conducteurs de compensation o, p, r aboutissent aux lames du collecteur, de sorte que le bobinage principal ne comprend que des boucles sans prises ni soudures entre leurs extrémités.
Il n'est pas indispensable que les conducteurs de compensa- tion soient connectes sur le côte du collecteur. A cet effet on peut, au contraire, également utiliser le côte opposé, et ce pour tous les conducteurs de compensation ou seulement pour une partie
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de ces conducteurs. Un peut également les connecter en partie sur un côté et en partie sur le côte opposé. Cet agencement offre la possibilité de la réduction des points de soudure par une disposition appropriée des conducteurs de compensation dans les encoches sur le pourtour extérieur. A titre d'exemple, la fig. 7 montre un bobinage quadruple en parallèle dans lequel les conducteurs de compensation 2. p, r passent complètement sous l'empilage de tôles, tandis que la connexion est effectuée sur le côte oppose au collecteur.
La fig. b montre une variante de cet agencement qui permet de supprimer un point de soudure pour tous les conducteurs de compensation. Il est alors néces- saire de loger les conducteurs de compensation partiellement dans les encoches recevant le bobinage principal. Sur les figures '/ et 8, les lames du collecteur sont désignées par 11, 12, 13, etc.., parce que les conducteurs de compensation o, p, r. doivent être connectes autrement, par rapport au bobinage prin- cipal, que dans les modes de réalisation précédemment decrits.
De toute façon les conducteurs de compensation doivent passer sous l'empilage de tôles sur une partie de leur longueur.
Il convient donc de les mettre à l'abri de toute induction. Il est notamment nécessaire de reduire au minimum leur inductivité de dispersion et leur constante de temps pour l'inversion du courant. 11 faut donc veiller a ce que les courants de polarités opposées s'annulent autant que possible. A cet effet on peut réunir en faisceau les conducteurs de compensation aboutissant a deux ou plusieurs lames consécutives ou à plusieurs paires de lames consécutives, et les faire passer dans un couloir commun entre l'empilage de tôles et l'arbre.
Pour faciliter le passage non contrarié d'un faisceau au suivant, il convient de faire passer les conducteurs de compensation au bord d'un faisceau par le couloir adjacent avec l'autre faisceau, c'est-à-dire en double, de sorte que les conducteurs de compensation correspondant à la fin d'un faisceau sont alors connectés en parallèle avec les
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conducteurs du début du fa,isceau suivant. D'autre part, il est avantageux d'augmenter la résistance au flux magnétique qui peut se former autour d'un couloir. A cet effet on peut, par exemple, intercaler une cale d'isolement magnétique entre l'empilage de tôles et l'arbre.
Afin que les courants à l'interieur d'un fais- ceau de conducteurs de compensation s'annulent autant que pos- sible, on choisit avantageusement le nombre des encoches par pôle et le nombre des conducteurs par encoche de façon que K/2a (K = le nombre des lames) donne un nombre entier.
Grâce à l'agencement selon l'invention, il est possible d'augmenter le flux par pôle dans les moteurs de chemin de fer pour basse fréquence, par exemple de 16 2/3 ou 5 cycles. Un seul moteur peut alors fournir une puissance beaucoup plus grande.
Le nombre des pôles, le diamètre et le poids sont réduits, a construction devient moins coûteuse et le poids de la locomotive diminue. Four un poids donne, on peut construire des locomo- tives plus puissantes.
L'invention est importante, notamment pour la construction de moteurs fonctionnant directement sur une frequence industrielle (par exemple de 50 ou 60 cycles). L'augmentation de la fréquence ne crée plus aucune difficulté. Un peut même obtenir de grandes puissances, sans qu'il soit nécessaire de choisir un nombre de pôles désagréablement important. Il semble inutile d'insister sur l'énorme économie politique de l'électrification à frequence industrielle, qui se traduit par la. suppression de réseaux spé- ciaux pour voies ferrées, la simplification de la distribution de l'énergie, une plus grande économie dans la. consommation de l'énergie, etc...
Les nouveaux moteurs peuvent repondre aux conditions de fonctionnement les plus sevères, telles que les démarrages difficiles, notamment sur une forte rampe,. le service sur une ligne de montagne, la circulation avec des arrêts fréquents, la traction de trains lourds de marchandises, les longs parcours à faible vitesse, etc...
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L'agencement selon l'invention offre de grands avantages en ce qui concerne la commutation. La tension de reactance est fortement réduite. La securite contre les arcs circulaires est augmentée. Les avantages concernant la tension de transforma- tion sont manifestes. Mais il est également possible d'imaginer des dispositifs complémentaires destinés à combattre la tension de transformation et à améliorer la commutation, tels que les conducteurs à résistance, qu'on peut intercaler entre le collec- teur et le bobinage, la connexion pouvant être effectuée sur des têtes de bobinage sur le côte du collecteur ou sur le côte opposé.
Même les conducteurs decompensation peuvent être des conducteurs à résistance plus grande.
Le bobinage principal peut être exécute sous la forme d'un bobinage Latour, deux spires à orientation differente étant connectées en parallèle, le courant inverse étant ainsi distri- bué sur des encoches différentes. un peut également utiliser un bobinage en "pattes de grenouille" pour economiser des conducteurs de compensation normaux.
Les charbons en "sandwich" ou écartés réduisent le courant de court-circuitage aux balais réagissant sur la tension de transformation, et améliorent les conditions mécaniques d'en- trée et de sortie du courant. Lorsqu'on utilise des charbons divisés, on peut intercaler entre les deux moitiés des charbons des enroulements d'arrêt diviseurs de courant, qui;opposent d'une part une résistance inductive à la tension de transforma- tion, et qui assurent d'autre part une distribution uniforme du courant sur les deux moities des charbons. Par l'intermédiaire de ces enroulements d'arrêt on peut également, par'voie de transfonnation, appliquer une tension en opposition avec la ten- sion de transformation.
Si la vitesse n'est pas trop faible, on annule bien entendu plus ou moins la tension de transformation par les pôles inverseurs, ., par des dérivations bien connues des pôles inverseurs qu'on
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peut également combiner avec des résistances inductives ou capacitives , ou court-circuiter par étages selon la vitesse, Il peut être également avantageux d'utiliser une autre excitation des pôles inverseurs, par exemple en dérivation par le transformateur de la locomotive.
RESUMA.
1. - Ce moteur monophasé à collecteur pour la propulsion directe de véhicules, notamment pour l'alimentation a fréquence industrielle, est caracterise en ce que ce moteur est construit avec un bobinage multiple en parallèle de a > p, et comporte des conducteurs de compensation qui passent dans au moins un intervalle divisant l'empilage des tôles.
2.- Toutes les lames consécutives du collecteur sont couplées rigidement entre elles par des conducteurs de compensation.
3. - Toutes les têtes de bobinage consecutives sur le côte opposé au collecteur sont couplees rigidement entre elles.
4. - Toutes les boucles consécutives du bobinage principal sont rigidement couplees entre elles par des conducteurs de compensation, qui sont connectes en partie aux lames et en partie aux têtes de bobinage sur le côte opposé au collecteur.
5. - L'empilage des tôles est divise dans le sens axial, et les conducteurs de compensation passent entre les parties séparées de l'empilage.
6. - Les conducteurs de compensation sont connectés au moins en partie aux barrettes du bobinage principal dans l'intervalle entre les parties de l'empilage des tôles.
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