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La présente invention se rapporte à des perfectionne- ments apportés aux machines synchrones du type décrit dans le brevet belge n 546.230, et notamment à celle d'entre elles dont les inductances de l'excitatrice se composent d'enroulements d'in duit et de compoundage et où ces derniers, ainsi que le collec- teur dont les lames sont reliées à l'enroulement d'induit, sont fixes, tandis que le porte-balais est rotatif et accouplé à l'ar- bre de la machine.
La présente invention a pour objet une machine synchrone
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compoudée dans laquelle 1'excitatrice peut, à puissance égale et pour un nombre de pôles déterminé de la machine (p égal ou su pé- rieur à 4, correspondant à un nombre de tours/minute égal ou supé- rieur à 1500), être réalisée sous de plus faibles dimensions que dans le cas de machines synchrones équipées d'une excitatrice classique ou conforme au brevet précité.
Plus précisément, la présente invention vise à fournir une excitatrice ayant des dimensions constantes pour une certaine puissance donnée de la machine synchrone, indépendamment de la vitesse de rotation au lieu d'avoir, comme c'est généralement le cas, une plus grande longueur axiale et éventuellement un plus grand diamètre, quand la vitesse de rotation est plus lente (plus grand nombre de pôles).
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L'invention se propose également de fournir des groupes synchrones à vitesse lente ayant des dimensions réduites, en par- ticulier dans la direction axiale.
Un autre but de 1 r invention est d'apporter des perfec- tionnements aux groupes synchrones de façon à permettre de rédui- re le nombre des types d'excitatrices nécessaires pour alimenter toutes les génératrices synchrones de diverses puissances que l'on rencontre en pratique.
Selon la présente invention, la machine synchrone est caractérisée en ce que son excitatrice est de construction bipo- laire quel que soit le nombre de pales p du rotor de la machine synchrone,'en ce que le collecteur comprend un nombre de lames égal à p/2 fois le nombre des bobines de l'enroulement d'induit de l'excitatrice et est subdivisé en p/2 groupes, chacune des la-*' mes dé chaque groupe étant connectée à une lame correspondante de chacun des groupes restants et aux bornes des bobines de l'enrou- lement d'induit, ce qui permet de prélever aux bornes du porte.- -balais, qui tourne à la même vitesse que la machine synchrone, une tension continue résultant d'un champ tournant à une vitesse
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angulaire égale à p/2 fois celle de la machine synchrone.
D?autres particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé,'dans lequel :
La figure 1 est une vue schématique en bout d'une exci tatrice destinée à une génératrice synchrone tétrapolaire; et la figure 2 est une vue schématique analogue illustrant les caractéristiques essentielles d'une génératrice synchrone hexapolaire.
Sur la figure 1, ainsi que sur la figure 2 d'ailleurs, les références 1 et 2 désignant deux parties concentriques du noyau du stator, présentant des encoches 3 et 4 destinées à rece- voir respectivement les enroulements d'induit et de compoundage de l'excitatrice (désignés sur la figure 1 du brevet antérieur mentionné par 5 et 6, respectivement). Ces derniers enroulements n'ont pas été représentés, mais les connexions reliant l'enroule- ment d'induit aux lames du collecteur fixe 7 sont représentés en 8.
En ce qui concerne l'excitatrice de la figure 1, on sup pose qu'elle comporte 24 encoches 3 pour l'enroulement d'induit et que le collecteur 7 comprend 48/lames. Les lames du collecteur 7 sont subdivisées en deux groupes dont chacun couvre la moitié de la circonférence du collecteur, les lames diamétralement oppo- sées étant reliées entre elles par les fils de connexion ou conduc teurs 9. Ainsi, au moyen des connexions 8 et 9, toutes les bobines de l'enroulement d'induit sont connectées de façon similaire aux lames des deux groupes.
Le porte-balais, qui est monté sur l'ar- bre de la machine et tourne, par conséquent, à la même vitesse que celle-ci, est représenté schématiquement par quatre balais 10 équidistants angulairement, qui sont interconnectés alternativement comme représenté, par des conducteurs 11, et reliés par des con- ducteurs 12 à l'enroulement d'excitation (référencé 3 sur la figu
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re 1 du brevet antérieur déjà cité)de la machine synchrone il importe de souligner que les quatre balais existants, travaillent en fait comme deux balais seulement du fait que chaque paire 'de balais interconnectés s'applique à tout moment contre deux lames diamétralement opposées reliées enre elles par des conducteurs
9.
Ainsi, l'excitatrice est en fait bipolaire et pourrait fonctior ner avec seulement deux balais, quoi qu'il soit avantageux d'aug- menter la surface de conact de ceux-ci en profitant de la pos- sibilité d'en utiliser quatre.
D'une manière identique à celle décrite dans le brevet mentionné, on développe un champ tournant dans l'excitatrice en faisant passer le courant d'induit de la machine synchrone dans les enroulements d'induit et de compoundage de l'excitatrice. Le nombre de tours de ce champ est fonction du nombre de pôles de la machine synchrone. Dans le cas d'une machine synchrone tétrapo- laire avec une excitatrice comme décrite dans le-brevet antérieur, le nombre de révolutions du champ sera égal au nombre de tours de .la machine synchrone, mais en conjuguant l'excitatrice, comme il est décrit précédemment, à une machine synchrone à quatre pôles, la vitesse de rotation du champ est doublée.
Ainsi, le résultat est qu'il devient possible d'utiliser une excitatrice bipolaire pour une machine synchrone tétrapolaire; or, du fait que de telles excitatrices peuvent être réalisées sous des dimensions plus pe- tites, et surtout être raccourcies, par rapport à des excitatri- ces tétrapolaires de même puissance et sous une ders ité de flux dans le fer donnée, l'invention atteint donc le but visé qui est de réduire les dimensions extérieures de cette machine, et notam- ment sa longueur.
L'excitatrice de la figure 2, qui est destinée à une génératrice synchrone hexapolaire, diffère de celle déjà décrite en ce que les lames de son collecteur 7 sont subdivisées en trois groupes, dont chacun s'étend sur 1/3 de la longueur de la circon-
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férence du collecteur, les lames des trois groupes occupant des positions correspondantes,'c'est-à-dire celles qui sont espacées entre elles de 120 , étant reliées aux mêmes bobines de l'enroule- ment d'induit et entre elles par des conducteurs 13 et 14 respec- tivement. Etant donné que l'enroulement d'induit de cette excita- trice est,lui aussi,,réparti dans 24 encoches, il faudra donc 72 @ lames aur le collecteur.
L'excitatrice est pourvue d'un porte-ba- lais comportant six balais 15 qui sont alternativement interàon- nectés de manière à former deux groupes.. comprenant chacun trois balais', par des conducteurs 11, chaque groupe étant relié,par les conducteurs 12 à l'enroulement d'excitation de la machine synchro- ne. Ainsi, dans ce cas, l'excitation est également bipolaire, les ' trois balais de chaque groupe, qui sont espacés angulairement de
120 entre eux,s'appliquent à tout moment contre trois lames re- liées entrd elles, et travaillent, par conséquent, @ la manière d'un balai unique.
Pendant le fonctionnement du groupe formé de la géné- ratrice hexapolaire synchrone et de l'excitatrice qui vient d'ê- tre décrite, il se développe dans cette dernière un champ tournant dont la vitesse angulaire est triple de celle de l'arbre portant le porte-balais.
Le rapport entre les dimensions d'une telle excitatrice bipolaire pour une génératrice hexapolaire et celles d'une exci- tarice à six p8les pour la même génératrice est généralement le même que le rapport entre le nombre des p8les, soit 1/3. Généra- lement, si le nombre des pôles de la génératrice synchrone est p, le collecteur aura alors un nombre de lames égal.. à p/2 fois le nombre de bobines formant l'enroulement d'induit de l'excitatrice et ces lames seront subdivisées en p/2 groupes, et les dimensions
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de l'excitatrice seront p/2 fois çelieg quelle aurait s/él.e avait été cs'xuite pour p p81e, Pl.lis8,nGe de àor<1? g4le 4T la génératrice.
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The present invention relates to improvements made to synchronous machines of the type described in Belgian Patent No. 546,230, and in particular to that of them in which the exciter inductances are composed of induction windings and of inductors. compounding and where the latter, as well as the collector whose blades are connected to the armature winding, are fixed, while the brush holder is rotatable and coupled to the shaft of the machine.
The present invention relates to a synchronous machine
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compoudée in which the exciter can, at equal power and for a determined number of poles of the machine (p equal to or greater than 4, corresponding to a number of revolutions / minute equal to or greater than 1500), be carried out in smaller dimensions than in the case of synchronous machines equipped with a conventional exciter or in accordance with the aforementioned patent.
More precisely, the present invention aims to provide an exciter having constant dimensions for a certain given power of the synchronous machine, independently of the speed of rotation instead of having, as is generally the case, a greater axial length. and possibly a larger diameter, when the speed of rotation is slower (greater number of poles).
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The invention also proposes to provide slow speed synchronous groups having reduced dimensions, in particular in the axial direction.
Another object of the invention is to provide improvements to synchronous groups so as to make it possible to reduce the number of types of exciters necessary to supply all the synchronous generators of various powers which are encountered in practice. .
According to the present invention, the synchronous machine is characterized in that its exciter is of bipolar construction whatever the number of blades p of the rotor of the synchronous machine, 'in that the collector comprises a number of blades equal to p / 2 times the number of coils of the armature winding of the exciter and is subdivided into p / 2 groups, each of the blades of each group being connected to a corresponding blade of each of the remaining groups and to the the terminals of the coils of the armature winding, which makes it possible to take from the terminals of the brush holder, which rotates at the same speed as the synchronous machine, a direct voltage resulting from a field rotating at a speed
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angular equal to p / 2 times that of the synchronous machine.
Other features of the invention will emerge from the following description, with reference to the accompanying drawing, in which:
Figure 1 is a schematic end view of an exciter for a tetrapolar synchronous generator; and FIG. 2 is a similar schematic view illustrating the essential characteristics of a hexapolar synchronous generator.
In FIG. 1, as well as in FIG. 2, moreover, the references 1 and 2 designate two concentric parts of the stator core, having notches 3 and 4 intended to receive the armature and compounding windings respectively. the exciter (designated in Figure 1 of the prior patent referred to as 5 and 6, respectively). These latter windings have not been shown, but the connections connecting the armature winding to the blades of the fixed collector 7 are shown at 8.
As regards the exciter of FIG. 1, it is assumed that it comprises 24 notches 3 for the armature winding and that the collector 7 comprises 48 / blades. The blades of the collector 7 are subdivided into two groups, each of which covers half of the circumference of the collector, the diametrically opposed blades being interconnected by the connecting wires or conductors 9. Thus, by means of the connections 8 and 9 , all the coils of the armature winding are connected similarly to the blades of the two groups.
The brush holder, which is mounted on the shaft of the machine and therefore rotates at the same speed as the machine, is shown schematically by four angularly equidistant brushes 10, which are alternately interconnected as shown, by conductors 11, and connected by conductors 12 to the excitation winding (referenced 3 in FIG.
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re 1 of the previous patent already cited) of the synchronous machine it is important to emphasize that the four existing brushes, in fact work as two brushes only because each pair of interconnected brushes is applied at all times against two diametrically opposed blades connected between them by conductors
9.
Thus, the exciter is in fact bipolar and could operate with only two brushes, although it is advantageous to increase the contact area of these by taking advantage of the possibility of using four.
In a manner identical to that described in the mentioned patent, a rotating field is developed in the exciter by passing the armature current of the synchronous machine through the armature and compound windings of the exciter. The number of turns of this field depends on the number of poles of the synchronous machine. In the case of a tetrapolar synchronous machine with an exciter as described in the previous patent, the number of revolutions of the field will be equal to the number of revolutions of the synchronous machine, but by combining the exciter, as is previously described, in a four-pole synchronous machine, the field rotation speed is doubled.
Thus, the result is that it becomes possible to use a bipolar exciter for a tetrapolar synchronous machine; now, because such exciters can be produced in smaller dimensions, and above all be shortened, compared to tetrapolar exciters of the same power and under a given amount of flux in iron, the invention therefore achieves the desired goal of reducing the external dimensions of this machine, and in particular its length.
The exciter of FIG. 2, which is intended for a hexapolar synchronous generator, differs from that already described in that the blades of its collector 7 are subdivided into three groups, each of which extends over 1/3 of the length of the circum-
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collector, the blades of the three groups occupying corresponding positions, that is to say those which are spaced apart by 120, being connected to the same coils of the armature winding and to each other by conductors 13 and 14 respectively. Since the armature winding of this exciter is also distributed in 24 notches, it will therefore require 72 @ blades in the collector.
The exciter is provided with a balustrade comprising six brushes 15 which are alternately interconnected so as to form two groups, each comprising three brushes', by conductors 11, each group being connected by the conductors. 12 to the excitation winding of the synchronous machine. Thus, in this case, the excitation is also bipolar, the 'three brushes of each group, which are angularly spaced apart by
120 between them, apply at all times against three blades linked together, and therefore work in the manner of a single broom.
During the operation of the group formed by the synchronous hexapolar generator and the exciter which has just been described, a rotating field develops in the latter, the angular speed of which is three times that of the shaft carrying the brush holder.
The ratio between the dimensions of such a bipolar exciter for a six-pole generator and those of a six-pole exciter for the same generator is generally the same as the ratio between the number of poles, ie 1/3. Generally, if the number of poles of the synchronous generator is p, the collector will then have a number of blades equal to ... p / 2 times the number of coils forming the armature winding of the exciter and these blades. will be subdivided into p / 2 groups, and the dimensions
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of the exciter will be p / 2 times çelieg which would have s / el.e had been cs'exuite for p p81e, Pl.lis8, nGe de àor <1? g4le 4T the generator.