Installation électrique comprenant une machine, mue électromagnétiquenient, qui possède un organe travaillant par chocs. L'invention a pour objet une installation électrique comprenant une machine, mue électro- magnétiquerrient, qui possède un organe tra vaillant par chocs. Cette installation est carac térisée en ce que cet organe est commandé par un induit mri au moyen d'un champ magnétique mobile engendré par un système polyphasé, les variations de vitesse de cet organe étant produites par des variations de la pulsation du courant polyphasé.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, . plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Commençons par établir quelques consi dérations théoriques: Soit un conducteur fermé; l'expression bien connue pour le flux magnétique le tra versant est: (h <I>=</I> (l' cos Si où 12 représente la phase du vecteur du champ magnétique, fj- fô w dt+a
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En posant: w <I>- fi</I> (t),( P <I>-</I> f.-, <I>(t)</I> on obtient: <I>0 = f :
(t)</I> cos [ f <I>ô f</I> i (t) dt -@- <I>a]</I> La f. e. m. induite dans le conducteur est alors
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<I>e=- <SEP> <B><U>d</U></B> <SEP> (P</I>
<tb> <I><U>@J#</U></I> <SEP> =-cos <SEP> <I>tft <SEP> fi <SEP> (t)dt+a] <SEP> <U>df2(t)</U></I>
<tb> <I>dt</I>
<tb> <I>-@- <SEP> f <SEP> (t)</I> <SEP> sin <SEP> <B>[</B><I>.(ô <SEP> <B>fi</B> <SEP> (t) <SEP> dt <SEP> <B>+</B> <SEP> a<B>]</B> <SEP> fi <SEP> (t) <SEP> -</I>
<tb> <I><U>ddt <SEP> </U></I> <SEP> cos <SEP> <I>12 <SEP> + <SEP> w <SEP> 0 </I> <SEP> sin <SEP> <I>D <SEP> --- <SEP> .E </I> <SEP> sin <SEP> (.S, <SEP> -@-- <SEP> d)
<tb> <U>d <SEP> (@</U>
<tb> <I>- <SEP> <U>d- </U></I> <SEP> et <SEP> <I>w <SEP> 0 </I> <SEP> peuvent <SEP> être <SEP> considérées comme les amplitudes momentanées de deux vecteurs mutuellement perpendiculaires tour nant avec la vitesse w.
L'amplitude B du vecteur résultant et l'angle ô que ce vecteur forme avec la per pendiculaire au vecteur du flux magnétique s'expriment par les formules (fig. 1)
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Dans les phénomènes qu'il y a lieu de considérer ici,<I>t</I> g <I>ô</I> est petit et; par consé quent,
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peut être négligé.
Supposons l'amplitude du flux magnétique constante, (1,.,=const. Dans ce cas
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et<I>e =</I> o) (ha sin<B><I>fi</I></B> = Eo sin (fô (a dt + cl) oit l'amplitude Eo --- (po <I>f</I> i <I>(t)</I> varie suivant la même fonction du temps que co.
Donc, l'amplitude du flux magnétique étant constante, le rapport de l'amplitude L'o à, la pulsation co est une constante pour n'im porte quelle fonction & o <I>= f</I> i (t), - c'est-à-dire
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Réciproquement, si on applique aux bornes d'un appareil ou machine d'induction (trans formateur, moteur asynchrone, machine de choc mue électromagnétiquement) un courant alternatif avec une amplitude variable Eo et une fréquence variable P telles que
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alors, dans ce cas,
l'amplitude du flux magné tique 0o dans la machine d'induction sera de valeur constante. De cette constance ré sulte la possibilité de travailler, dans des conditions de travail-très différentes, avec un rendement favorable et constant, aussi long temps que les pertes ohmiques sont négli geables.
Si le glissement n'est pas grand, on peut exprimer la force électromagnétique de trac tion P de faon suivante: <I>P= A</I> (ho\\' (Eu-T'.) où A = eonst.; 0o = amplitude du flux dans la machine; VI = vitesse de la pièce de choc; V I, = vitesse du champ magnétique.
D'autre part
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où t = temps; 31 = masse de la pièce de choc; h' --- résultante ,des forces apppliquées à la pièce de choc en plus de la force P (par exemple la pesanteur et les résistances de frottement); de là:
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et la vitesse de glissement
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Pratiquement, la force F est une fonction de la seule variable VI et même; dans beau- coup de cas, elle peut être envisagée comme constante.
En choisissant la loi de variation de T i et<B>0,</B> en fonction de temps, nous pouvons facilement trouver T,, et' conséquemment la pulsation c), d'où, en accord avec la formule sus-indiquée, la . valeur de Eo, amplitude momentanée de la force électromotrice.
Dans le cas particulier oit la pièce de choc est soumise < i un mouvement uniformé ment accéléré, on a
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Dans le cas d'une vitesse constante de glissement, 0. doit être constant et alors T.,, et par conséquent la pulsation (o sont des fonctions linéaires du temps. En accord avec ce qui a été dit plus haut=
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doit. être constant et ainsi Eo est également une fonc tion linéaire du temps.
Si nous désirons faire le glissement relatif constant, alois nous devons admettre
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V= b t où b --- const. et par conséquent
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Il est facile de voir que, dans ce cas, @o doit être inversément proportionnel à
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Examinons plus en détail le cas du mouve ment uniformément varié de la pièce de choc, avec le flux magnétique 0o const.,
c'est-à-dire le cas de la dépendance linéaire de la pul sation co et de l'amplitude de la force électro motrice L'o avec le temps; ce qui signifie: 0)-1r71+1 Eo <I>-</I> Ii # <I>t</I> + d' où h, Ii', l et<I>l,'</I> sont constantes.
Les différentes portions de la courbe e de la fig. 2 représentent les valeurs correspon dantes de la f. e. m. instantanée. Sur la portion 1-2, les amplitudes gran dissent linéairement; la longueur des périodes est inversément proportionnelle aux temps
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Sur la portion 2-3 se fait l'interruption du courant (l'organe de choc travaille par la force vive accumulée);
sur la portion 3-4 le champ se meut suivant un mouvement uniformément accéléré dans la direction op posée, selon la formule
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Dans la figure, l'accélération lors de l'éloignement de l'organe de choc de la posi tion de choc est deux fois plus petite que celle lors du mouvement aboutissant au choc et ainsi
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Sur cette figure sont également représen tées les courbes suivantes III - vitesse du champ, V,- vitesse de l'organe de choc, 0oi - flux dans la machine entre 1 et 2,
0.2 - flux dans la machine entre 3 et 4, 0,,; - flux dans la machine entre 4 et 5.
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Cette loi de changement de la pulsation ainsi que de l'amplitude peut être adoptée, avec avantage, dans beaucoup de cas, aux machines de choc telles que marteaux pilons, sonnettes etc.
On pourrait aussi adopter une autre loi. <I>Ti</I> T2 <I>Ta</I> représentent la courbe des périodes et l'on a:
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La forme d'exécution de fig. 3 comprend un arbre 1V tournant à vitesse constante et muni du volant régulateur >T Cet arbre com munique air moyen de la bielle K un mouve ment oscillatoire au rotor du générateur syn chrone, lequel alimente l'inducteur 112i 11,12 d'une machine de choc dont le marteau J constitue en même temps l'induit.
Sur l'arbre TY est fixée une came non représentée qui peut. agir sur le rhéostat d'excitation du géné- rateur synchrone. Si d'ailleurs cette excita tion est maintenue constante, les changements de vitesse du rotor du générateur font varier la f. e. in. et la période de faon que donc<B>0.</B> = const.
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Passons â la description de la forme d'exécution des fig. 4 â 10.
La fig. 4 montre un transformateur du nombre de phases (par exemple un dispositif construit comme un moteur asynchrone, avec rotor immobile). Le primaire possède trois phases I, II et III, et le secondaire possède douze phases; toutes ces phases sont con nectés aux anneaux R et chaque anneau R est connecté â une lame spéciale du collec teur K (fig. 5).
Sur la fig. 6, le cercle en gros traits re présente la circonférence du collecteur, le cercle en traits fins représente la position momentanée de la vague du potentiel sur le collecteur, laquelle, lorsque le collecteur est immobile, fait le même nombre de tours que le courant du transformateur a des périodes.
Lors de la rotation du collecteur dans le sens de la rotation de la vague du potentiel, le nombre de périodes aux balais est<B>fi,</B> = f -f- 11-'r, où<B><I>NI,</I></B> est le nombre .de tours du col lecteur par seconde. Lors de la rotation du collecteur dans le sens inverse de la rotation de la vague du potentiel fi, = f - N,;.
Dans cette forme d'exécution, avec un seul collecteur et à tension constante aux bornes du transformateur, la tension aux balais est également constante quel que soit le nombre de périodes.
La machine décrite ci-dessus est équi valente au "changeur de fréquence à collec teur'\ (voir: 1 Arnold, Wecliselstronrtechnih, 1.912, Vol. V-2, page 280 et 2 "Revue Générale de l'Electi-icité\' du 16 septembre 1922, page 319) et se différencie par ceci que ses enroulements sont immobiles et sont reliés avec les lames du collecteur par inter médiaire des anneaux R et balais 13i (fig. 5 et 6), tandis que le "changeur de fréquence à collecteur" possède un enroulement placé sur le rotor et tournant avec ce dernier.
Gràce à l'immobilité de l'enroulement, on obtient plus facilement des changements rapides de fréquence.
Pour obtenir une vitesse périodiquement variable du collecteur h est prévu le dis positif montré à la droite de la fig. 4. r est un rouleau mû par la came F fixée sur l'arbre à rotation constante D.
On pourrait aussi utiliser le dispositif de fig. 7 mû par le moteur synchrone IM. <I>Lu Li</I> L2 est un différentiel dont la roue Li est reliée à JI et la roue L2 au collecteur.
Le mécanisme est tel que quand l'organe portant les pignons Lu du différentiel est sans mouvement (alors, comme il est connu, les vitesses des roues Li et L= sont égales et contraires l'une à l'autre), le collecteur tourne avec une vitesse égale à la vitesse de la courbe de potentiel mais en sens opposé; par conséquent, la vitesse absolue de la courbe de potentiel est égale à zéro et par les balais BI, passe du courant continu.
Quand l'organe portant les pignons Lu tourne dans le sens opposé à celui du mouvement du collecteur, la vitesse angulaire de ce dernier diminue, cette diminution étant égale à la vitesse angulaire double de celle du porte pignons et la courbe de potentiel du collec- teur acquiert la même vitesse absolue, ce qui amène une augmentation correspondante du nombre de périodes du courant passant par les balais Bir. Le porte-pignous est com mandé par le rouleau r qui, lui-même, est sous la dépendance de la came b'.
La machine que nous venons de décrire sert à faire varier la fréquence seulement. La machine à laquelle se rapportent les fig. 8, 9 et 10 sert à faire varier cri même temps la tension aux bornes.
En fig. 8, chaque phase de l'enroulement de la machine 1I est connectée à deux balais en contact avec les deux collecteurs Ii' et Ii" semblables à ceux représentés sur- les fig. 4 à 7.
Le vecteur l' de la tension aux bornes de chaque phase de l'enroulement de 11I est égal à la différence géométrique des potentiels Yi et 1's aux balais auxquels cette phase est connecté. Si ces balais se trouvent sur les phases opposées de la courbe de potentiel (collecteurs disposés à 180 électriques l'un par rapport à l'autre) alors le vecteur de tension V est égal au double du vecteur de potentiel de chaque collecteur (fig. 9).
La fig. 10 montre deus; transformateurs méaniques de fréquence<I>R'</I> h' et<I>R"</I> Ii", similaires à ceux représentés sur la fig.4 dont les balais de collecteurs sont connectés comme indiqué en fig. 8 avec les enroule ments d'une machine de choc.
Le transformateur mécanique de fréquence R' K' est lié avec le moteur synchrone S'G air moyen du différentiel L'i <I>Lu</I> L':; sem blable à celui décrit en fig. 7.
Un différentiel similaire L"i L"o L"s relie le transformateur mécanique de fréquence R' K' avec le trans formateur mécanique de fréquence R" K". Deux cames l%' et F" agissant sur les rou leaux î' et i@" et fixées sur le même arbre règlent les mouvements des transformateurs.
La vitesse du pignon L'o du premier mécanisme différentiel est alors proportion nelle à la vitesse de la courbe de potentiel sur le collecteur Ii' et l'angle de déplacement du pignon L"o dit second différentiel est pro portionnel à l'angle de déplacement du col lecteur Ii" par rapport à K'. Par une forme de came appropriée, on peut obtenir la rela tion voulue entre la tension et le nombre de périodes, par exemple leur proportionalité, laquelle assure une constance approximative au flux magnétique dans la machine de choc.
La fig.11 montre une variante de la machine sus-décrite; dans cette variante S est l'enroulement statorique produisant un champ immobile, R est le rotor pouvant tourner à vitesse constante avec les collec teurs K' et K"; l'enroulement de ce rotor, non représenté, est relié avec les lamelles des collecteurs, de la faon employée usuelle ment dans les machines à courant continu.
Les porte-balais, avec les balais B',,<I>et</I> B"z,, sont commandés au moyen de cames F' et F" et de rouleaux<I>r'</I> et<I>r"</I> et se meuvent avec une vitesse variable relativement aux collec teurs K' et K". Sur les porte-balais se trou vent des anneaux contre lesquels appuient les balais immobiles B'I et B"i (voir schéma de fig. 12): Si les porte-balais étaient im mobiles, il y aurait production de courant continu. Grâce à la rotation des porte-balais, il y aura production de courant alternatif.
Fig. 13 montre une autre variante, dans laquelle le moyen pour faire mouvoir le porte- balais n'est pas purement mécanique mais électrique. Le disque en cuivre Cu fixé sur le porte-balais est le rotor d'une machine unipolaire dont M est l'inducteur.
Le courant se communique au disque C" par les balais bi et b2. En reliant, les balais bi et<I>b2</I> avec une source du courant continu, on peut lan cer le porte-balais ou 1e retenir, variant de cette manière la vitesse de rotation du porte- balais et avec cela la fréquence.
Toutes les formes d'exécution décrites jusqu'ici comprennent des machines à vitesse variable traversées par toute l'énergie destinée à l'alimentation des machines de choc. Pour des machines de choc de grande puissance, ces formes d'exécution peuvent ne pas être très pratiques.
Dans ces cas, l'emploi d'un alternateur à collecteur du genre de ceux décrits au brevet 1i 97724 peut être très avantageux. Lesdits générateurs comprennent une machine à collec- teur avec excitation par courant alternatif dans laquelle le nombre de périodes du cou rant excitateur détermine le nombre de pério des du courant de travail, le nombre de tours du générateur restant constant. Dans ce cas, les dimensions de l'excitatrice, dont on peut faire varier la vitesse pour obtenir le nombre variable de périodes voulu, deviennent beau coup plus petites que celles de la génératrice.
La fig. 14 montre le schéma général d'une installation, dans laquelle la source d'énergie électrique est un alternateur à collecteur du- dit genre. L'excitatrice E produit un courant à nombre de périodes variable, lequel alimente l'alternateur G tournant à une vitesse cons tante; le nombre de périodes du courant polyphasé produit par cet alternateur pour l'alimentation des induits illi et M2 de la, machine de choc change aussi et ce courant crée dans cette machine un champ magné tique de vitesse variable lequel à son tour meut à une vitesse variable l'induit Z portant l'organe de choc.
La fig. 15 montre le schéma électrique de l'alternateur sus-indiqué G avec excitation sur le rotor. R représente ce rotor avec le collecteur .g et l'enroulement indépendant d'excitatrice 0 auquel le courant triphasé est envoyé par des bagues de contact.
16, 28, 36, 48, 56, 6B sont les phases de l'enroulement du stator de l'alternateur; 1u, 2", 3", 4,m, 5,m, 6m les phases des enroule ments des induits illi Ms de la machine de choc.
Jusqu'à maintenant, nous ne nous sommes occupés que de machines de choc, dans les quelles l'organe de choc est animé d'un mouve ment rectiligne. Dans la forme d'exécution de fig. 16, cet organe de choc est constitué par un levier oscillant; il est commandé par un moteur asynchrone rotatif ordinaire ali menté lui-même par un courant polyphasé à pulsation variable.