. la présente invention se rapporte aux dispositifs de commande de moteurs à courant alternatif comportant un enroulement bobiné sur un noyau, et concerne plus particulièrement
un dispositif. de commande de moteur à courant alternatif utilisant les pertes d'énergie et les courants électriques tur- bulents ainsi que leur dépendance de la fréquence, et qui comporta un enroulement produisant un champ électromagnétique bo.biné sur un élément conducteur en forme ou autour d'un ensemble
de plusieurs corps d'éléments.
Il est connu que, pendant la période de démarrage d'un moteur, la variati.on du courant et le couple électromagnétique dépendent des paramètres du moteur et sont indépendants du
couple de charge. Etant donné qu'un courant de démarrage intense a un effet nuisible sur le moteur et sur sa charge, il
est souhaitable de limiter dans la mesure du possible ce courant de démarrage du moteur, sans que cela modifie sa courbe couple-vitesse.
Dans le but d'obtenir la courbe couple-vitesse voulue avec
un courant de démarrage relativement'réduit, des résistances variables sont connectées au moteur et constituent des impédances extérieures du rotor. l'impédance totale instantanée
est réglée manuellement ou automatiquement pendant la période
de démarrage du moteur au moyen d'une unité de commande constituée par des résistances et. plusieurs contacts. Mais ce procédé destiné à obtenir le faible courant de démarrage voulu présente de nombreux inconvénients. La courbe couple-vitesse résultante n'est plus régulière, mais elle augmente par gradins ; la multiplicité des éléments tels que les contacts, les résistances, etc. de l'unité de commande nuit considérablement
à la sécurité et la fiabilité du fonctionnement de l'unité;
et, enfin$ la nécessité de cet élément de commande à éléments multiples fait que l'ensemble est encombrant et coûteux à construire et à entretenir.
Il a donc été proposé d'utiliser les pertes d'énergie et
les courants turbulents induits dans les éléments du noyau
comme une impédance externe du rotor, en profitant du fait que
les pertes d'énergie dans les moteurs dépendent de la fréquence
de fonctionnement et de l'induction magnétique.
Dans les dispositifs connus de démarrage de moteurs, et pour un élément de noyau de fer donné, le rapport entre la
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La plage d'utilisation de ces dispositifs est donc très limitée .
Sous son aspect le plus large, l'invention concerne donc
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comprenant un élément de noyau, qui élimine les inconvénients précités, et dans lequel le rapport.entre la puissance active
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quence peuvent être commandés. L'invention concerne également un dispositif du type précisé dont les caractéristiques d'échange thermique sont améliorées et dont les dimensions sont plus réduites.
Un dispositif selon l'invention destiné à commander un moteur à courant alternatif comporte un enroulement produisant un champ électromagnétique bobiné sur un élément conducteur qui comprend au moins une ouverture dirigée vers l'intérieur délimitée par la surface de l'élément, et un entrefer a entre
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longueur d'onde à la fréquence instantanée de fonctionnement de l'énergie électromagnétique induite, l'entrefer délimitant un volume ouvert dans les limites de l'élément. L'enroulement est' bobiné de manière à entourer le volume ouvert et l'élément de façon que la surface exposée de cet élément soit augmentée
afin d'amplifier l'absorption de l'énergie induite.
Selon un mode de réalisation, l'invention concerne un. dispositif dans lequel ledit élément consiste en un élément tubulaire creux séparé par au moins une fente qui s'étend sur au moins une partie de sa surface.
Selon un autre mode de réalisation, l'invention concerne
un dispositif dans lequel l'élément tubulaire comporte sur sa surface intérieure ou sur là surface extérieure au moine une partie en saillie vers l'intérieur ou vers l'extérieur, ce qui augmente sa surface.
Il faut noter que, en fait, l'élément de noyau peut être assemblé ou constitué par plusieurs corps d'éléments et qu'un grand nombre dé variantes de la configuration de cet élément est possible dans le cadre de l'invention, comme cela apparaitra par la suite.
Le dispositif simple bien qu'efficace.-,* qui sera décrit
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portées coaxiales, intérieures et supplémentaires et,de même que l'élément bobiné sur le noyau, un ou plusieurs autres éléments comportant chacun au moine une ouverture ou une fente peuvent également être prévus.
Des expériences faites avec des moteurs d'une puissance de sortie de 200 kW et de 1 000 kW ont montré qu'un dispositif de démarrage de moteur selon l'invention peut être réalisé
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dispositif similaire de type connu, c'est-à-dire un dispositif avec un élément de noyau qui ne comporte pas d'ouverture à sa surface.
Il y a lieu de penser que cette réduction des dimensions du dispositif selon l'invention est due à, l'augmentation de la surface qui est exposée pour l'absorption d'énergie. La ou les
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ques induites d'exciter une plus grande surface de l'élément. En même temps, les ouvertures constituent des zones supplémentaires de contact d'échange thermique par lesquelles la chaleur développée peut se dissiper par aération.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des des- sins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels :
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phasé connu destiné au démarrage d'un moteur,
les fig. 2 et 2a représentent une coupe longitudinale et une coupé transversale des noyaux du dispositif connu, de la fig. 1,
les fig. 3 et 3a représentent une coupe longitudinale et une coupe transversale d'un noyau selon un mode de réalisation de l'invention,
la fig. 4 est un diagramme montrant la pénétration d'une
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les fig. 5 à 7 sont des coupes d'éléments tubulaires comportant des fentes de formes différentes, La fig. 8 est une coupe transversale du dispositif de la fig. 3 comportant un dispositif destiné à régler la dimension effective d'une fente, . la fig. 9 est une coupe transversale du dispositif de la. fig. 3 avec un dispositif différent destiné à régler la dimen- sion effective d'une fente, la fig. 10 est une coupe transversale d'un autre mode de réalisation du dispositif de la fig. 3,
la fig. 11 est une coupe transversale d'un autre mode en- core de réalisation d'un dispositif selon l'invention, :
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laires fendus reliés entre eux et disposés concentriqûement,
la fig. 13 est une coupe longitudinale, d'un élément de noyau constitué par des pièces en forme de plaques espacées et reliées entre elles,
la fig. 14 est une coupe longitudinale d'un élément de noyau à ailettes,
ia iig. 15 représente, en coupe partielle, un dispositif permettant de régler la dimension effective d'une fente, et
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sation d'un dispositif connu de démarrage de moteur, montrent que ce dispositif consiste essentiellement en un élément de noyau tubulaire.2 dont-la surface extérieure est ajustée dans une entretoise isolante 4 sur laquelle un enroulement 6 est bobiné. Dans le cas d'un moteur triphasé, trois de ces en-
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et'10.
Ce dispositif connu fonctionne de la manière suivante. Au démarrage du moteur, la fréquence de la tension appliquée au rotor est modifiée pas à pas de 50 Hz à 2-3 Hz. Cette variation provoque un changement pas à pas de la profondeur de pénétration de l'onde électromagnétique dans le noyau, ce dont il
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les fig.3 et 3a représentent l'un des modes de réalisation les plus simples et les plus faciles à comprendre d'un dispositif selon l'invention. Il consiste en un élément.de noyau tubu-laire 12 coupé par une fente longitudinale 14 sur toute sa longueur. La largeur a de la fente et sa forme ne soht pas obligatoirement constantes sur toute la longueur, mais peu- . ' vent être variables comme cela sera expliqué ci-après. Cepen-
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d'onde de l'énergie électromagnétique. En option, l'élément
de noyau 12 peut comporter un ou plusieurs éléments tubulaires supplémentaires 16,. avec ou sans fente. Il faut également noter que chacun de ces éléments de noyau peut comporter plus. d'une seule fente et que les fentes peuvent avoir chacune une forme différente .
L'influence de la forme d'une fente sur l'opération de démarrage sera maintenant décrite en regard des fig. 4 à 7.
L'application des équations de Maxwell, tout en simplifiant par approximation, montre que la profondeur de pénétration d'une onde électromagnétique plane est totalement absorbée
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région conductrice. Ceci peut s'écrire sous la forme de l'expression :
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Par exemple, cornue le montre la fig. 4, à la fréquence de fonctionnement de 50 Hz, la profondeur maximale de pénétration d'une onde électromagnétique plane, dont l'intensité magnétique
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Il apparaîtra maintenant en regard des fige 5 à 7 que trois conditions générales peuvent prévaloir dans un élément tabulaire en fer fendu, pour une fréquence donnée.
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électromagnétique pénètre dans la fente et est'absorbée par la surface intérieure dé l'élément tubulaire 12 ; si un noyau intérieur supplémentaire 16 est présent, l'onde électromagnétique est également absorbée par sa surface extérieure (fig. 6).
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l'onde électromagnétique ne pénètre que partiellement dans la fente.
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lieu de supposer que l'onde électromagnétique ne pénètre pas dans la fente..
Dans ce dernier cas, l'effet de la fente consiste simplement à augmenter la longueur du trajet des courants de Foucault, ce qui, à son tour, augmente la partie inductive de l'impédance de l'élément tubulaire.
La variation de la largeur a de la fente suivant sa longueur, par exemple dans le cas d'une fente de forme générale trapézoïdale comme le montrent les fig. 5 et 6, ou triangulaire comme le mohtre la fig. 7, peut être analysée eri fonction des trois cas généraux mentionnés ci-dessus.. L'élément tubulaire peut être considéré comme un ensemble d'anneaux superposés ayant chacun la hauteur d'un enroulement d'une bobine. Par conséquent, les sections d'un élément tubulaire comportant par
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permettent la pénétration d'une onde électromagnétique dans la fente.
Il y a lieu d'examiner maintenant les fig. 4 à 7 avec une fréquence de 50 Hz ; à cette fréquence particulière,
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quent, quand la vitesse et la fréquence varient au démarrage, la longueur des sections de la fente dans lesquelles une onde
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h
rapport dépendant de la forme de la fente. Par conséquent,
la quantité d'énergie qui pénètre dans la fente, ou inversement la quantité d'énergie qui est absorbée par l'élément tubulaire dépend également de la forme de la fente. Il est donc clair que les variations introduites dans la forme d'une fente, c'est-à-dire dans sa largeur a, facilitent la commande du dispositif aux différentes fréquences, à savoir en commandant le <EMI ID=24.1>
et la puissance inductive du dispositif,'
Dans le but d'élargir la plage de commande effective pendant le fonctionnement d'un tel dispositif, au-delà de la plage prédéterminée prescrite par la forme particulière de la fente, il est proposé de prévoir un dispositif destiné à modifier la dimension de l'ouverture de la fente pendant le fonctionnement. La fig. 8 illustre un mode possible de réalisation d'un tel dispositif.
Comme le montre cette figure, une plaque 18 d'une forme appropriée peut pivoter dans la fente 14 et se comporter comme un obturateur rotatif, comme l'indique la flèche W, de manière à commander la dimension de l'ouverture de la fente. Cette disposition dynamique se caractérise par sa vitesse de fonctionnement relativement élevée, ce qui offre un moyen sensible et réagissant rapidement pour commander la quantité d'énergie électromagnétique qu'il y a lieu d'introduire dans l'élément tu-
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l'opération de démarrage d'un moteur.
La fig. 9 représente un autre mode encore de réalisation destiné à la commande dynamique de la dimension et de la forme d'une fente. Selon ce mode de réalisation, l'élément de noyau intérieur 16 comporte une languette 20 suivant au moins une partie de la longueur de sa surface extérieure, cette languette étant en saillie dans le volume situé entre l'élément de noyau
16 et l'élément tubulaire fendu <1>2. L'élément de noyau 16 est agencé de manière à pouvoir tourner autour de son axe 22, comme
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20 derrière la fente 14, ce qui autorise l'entrée commandée d'ohdes électromagnétiques pour l'excitation des surfaces intérieures du dispositif.
Bien que, jusqu'à présent, seuls des éléments de noyaux tabulaires fendus ont été décrits et illustrés, l'invention s'applique également à de nombreuses autres formes et configurations possibles de ces éléments de noyaux,toutes ces formes et configurations ayant pour but d'augmenter la surface de l'élément qui est exposée au champ électromagnétique induit.
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bulaire 24 comportant une fente 14 peut comporter à sa surface intérieure, plusieurs bossages 26 an saillie vers l'intérieur
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permettant l'entrée d'une onde électromagnétique.
La fig. 11 illustre un autre mode de réalisation. L'élément tubulaire 30 représenté comporte des parties en saillie
32 à sa surface extérieure délimitant entre elles des ouverturee 34 d'une largeur a.
La fig. 12 représente un élément 36 réalisé de manière à utiliser son intérieur pour offrir une surface supplémentaire
<EMI ID=29.1> figure, l'élément 36 comporte deux éléments , tubulaires 38 et
40 concentriques, reliée entre eux le long de leurs ouvertures
14 de manière à former des. passages ressemblant à un labyrinthe:
Le 'volume intérieur de l'élément 36 contient une surface supplémentaire que les ondes électromagnétiques induites peuvent atteindre.
Il est bien entendu que des formes ou configurations d'éléments autres que cylindriques pourraient être aussi bien
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offrant également les avantages constatés obtenus avec des éléments de noyau dont la surface est maximale pour un volume donné.
La fig. 13 représente un élément 42 qui consiste en plusieurs pièces 44 en forme de plaques conductrices; espacées les unes des autres et interconnectées. Ces plaques délimitent des ouvertures 46 entre elles, d'une largeur a et qui sont exposées au champ développé par l'enroulement 6. L'élément 42 peut avoir toute forme ou configuration voulue, être réalise en une seule pièce ou être assemblé à partir de pièces individuelles.
La fig. 14 représente un élément tubulaire 46 à ailettes comportant plusieurs ailettes 48 espacées les unes des autres montées sur un corps 50. Selon cette disposition, l'enroulement
52 est bobiné sur le corps 50, dans les intervalles entre les ailettes 48 voisines, de manière à n'envelopper qu'une partie de la surface de ces ailettes et à en laisser libres les bords extérieurs. '
La fig. 15 illustre un autre moyen qui permet un réglage - dynamique de l'absorption de l'énergie par au moins une partie d'un corps fendu creux.
Bien que, dans les différents modes de réalisation décrits jusqu'ici, l'énergie absorbée par le dispositif soit déterminée principalement par la forme et la dimension des ouvertures, selon ce mode de réalisation, l'énergie est également réglée au moyen d'un ou plusieurs éléments de noyaux intérieurs.
Ainsi que cela a été mentionné ci-dessus, l'intérieur d'un élément tubulaire fendu 12, tel que celui des fig.3 et 3a, peut contenir par exemple plusieurs éléments tubulaires fendus si-
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duellement et commandée par le dispositif dynamique qui sera décrit ci-après.
Le dispositif de commande dynamique est constitué par l'ensemble de démarrage d'un moteur triphasé, représenté sur
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chaque élément tubulaire 12 comporte une fente 14 et une plaque métallique 56 dont la forme est pratiquement la mène que celle de la fente. Les plaques 56 sont agencées de manière à être animées d'un mouvement alternatif dans les fentes, le
long de leur axe principal, à la commande d'un dispositif d'entraînement 58 électromagnétique.
Il ressort clairement de la description faite ci-dessus que la partie des ouvertures des éléments qui est bloquée par les plaques 56 n'autorise pas la pénétration d'une onde électromagnétique entrante. Ainsi, la quantité d'énergie absorbée par le dispositif est déterminée par la dimension instantanée de
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teur à induction est influencée d'une manière correspondante.
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plémentaire, en plus des formes prédéterminées des ouvertures et des fréquences instantanées de fonctionnement, grâce auquel le démarrags d'un moteur peut être commandé de façon dynamique.
Il est bien entendu que les formes des ouvertures et des plaques ne sont pas nécessairement les mêmes et que différentes modifications évidentes sont possibles. En outre, la vitesse à laquelle les plaques se déplacent dans les fentes peut être réglée afih d'obtenir la sensibilité voulue au cours de l'opération de commande.
]Par ailleurs, le mouvement alternatif des plaques qui vient d'être décrit peut être commandé automatiquement au moyen d'un signal de réaction provenant du moteur et qui est appliqué au dispositif d'entraînement électromagnétique 58.
A la, place ou en plus des dispositifs décrits ci-dessus de réglage d'ouverture, un élément du noyau intérieur 60 (fig.16) peut être agencé de manière à se déplacer d'un mouvement alternatif sous l'effet d'un dispositif de commande électromagnétique, à l'intérieur de l'élément tubulaire fendu 12 afin d'obtenir une plus grande plage et une plus grande variété de ré-
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de modes opératoires et une plus grande souplesse.
Le dispositif de démarrage et de commande selon l'invention permet de faire démarrer non seulement des moteurs à induction comportant un rotor bobiné, mais également aes moteurs à cage d'écureuil. Avec ce dernier type de moteurs, le dispositif de commande peut être connecté avec le stator du moteur dont.le démarrage s'effectue par le court-circuit du dispositif de démarrage ou par le changement des paramètres magnétiques du dispositif, comme cela a été décrit ci-dessus.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.