Machine électrique à induction pouvant donner du courant continu. Tandis que l'on construit couramment des machines à courant alternatif à grande vi tesse et avec un petit nombre de pôles, à induit fixe, pour des puissances considérables pouvant atteindre plusieurs dizaines de mille kilowatts, on a rencontré de grands obstacles pour la construction de machines à courant continu à grande vitesse et à grande puis sance, obstacles provenant avant tout de la difficulté de collecter nue grande puissance, au moyen de balais fixes, sur un collecteur tournant à grande vitesse.
La présente invention permet de parer à cette difficulté. Elle se rapporte à une ma chine électrique à induction, caractérisée en ce que son induit est fixe, tandis que son in ducteur tourne et en ce qu'elle présente deux collecteurs, l'un à bagues, l'autre à lamelles, tournant ensemble à une vitesse dont le rap port à celle dudit inducteur est constant, l'enroulement de l'induit étant relié aux ba gues du collecteur à bagues par l'intermé diaire de balais et ces bagues étant reliées aux lamelles du collecteur à lamelles, le tout de façon que des balais fixes appuyant sur le collecteur à lamelles puissent capter un courant continu. La vitesse de rotation des collecteurs peut ainsi être choisie plus petite que celle de l'inducteur, en vue de parer à la difficulté susdite.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Dans la forme d'exécution de fig. 1, R est l'inducteur et S' l'induit. Le collecteur à ba gues Q comprend huit bagues désignées au dessin par I, II, III, IV, V, VI, VII et VIII. Le collecteur à lamelles K comprend huit lamelles numérotées également de 1 à 8. L'in duit S comprend huit sections et les extré mités de ces sections sont reliées chacune à l'une des bagues du collecteur Q et chacune des bagues de ce collecteur est, à son tour, reliée à l'une des lamelles du collecteur K. Les deux collecteurs Q et K sont fixés sur l'arbre de l'inducteur R et tournent à la même vitesse. Deux balais fixes appuient sur la pé riphérie du collecteur à lamelles. Il ressort clairement du schéma qu'en circuit ouvert une force électro-motrice continue est constam ment développée entre ces deux balais.
L'ex- citation de l'inducteur a lieu par une déri vation faite sur le circuit d'utilisation.
Dans la forme d'exécution de fig. 2, l'in ducteur R comprend deux pôles principaux NS, tandis que, sur la périphérie du collec teur à lamelles K, sont disposés six balais fixes C D E F G H. Dans ce cas, naturelle ment, les deux collecteurs doivent tourner à nue vitesse moindre que l'inducteur, les deux vitesses étant telles que si Nr désigne le nombre de tours de l'inducteur et Nk le nombre de tours des collecteurs, P le nombre des pôles de l'inducteur et B le nombre des balais, on ait la relation Nr ³ P = Nk ³ B Dans le cas de la fig. 2, il faut donc que les inducteurs tournent à une vitesse égale au tiers de la vitesse de l'inducteur. L'induit S comprend huit sections, les extrémités et les points milieux de chaque section étant réunis chacun à l'une des seize bagues I-XVI du collecteur à bagues Q.
Chaque bague de ce collecteur est connectée avec trois lamelles du collecteur à lamelles K, lamelles distantes les unes des autres de 120 . Par exemple, la bague 1 est reliée avec les lamelles 1', 1" et 1"', II avec 2', 2" et 2"', etc. Les balais C E D, d'une part, et F G H, d'autre part, sont connectés à un instant donné avec la même bague. Ils peuvent donc être réunis par groupe de trois, ainsi qu'il est montré au schéma.
Le courant continu pour l'excitation de l'inducteur est produit par une excitatrice sé parée L. Pour faciliter la commutation, on a prévu sur l'inducteur deux pôles auxiliaires alimentés par un courant continu dont l'in tensité est proportionnelle à celle du courant du réseau principal. Ces pôles auxiliaires n et s sont connectés au réseau principal par l'intermédiaire de deux bagues rotatives.
La forme d'exécution de fig. 3 se distin gue des précédentes en ce qu'on a prévu une excitation spéciale pour les deux pôles auxi liaires n et s. L'excitatrice E M excite les deux pôles principaux de l'inducteur, tandis que l'excitatrice E S excite les deux pôles auxiliaires. Le bobinage inducteur S de l'ex- citatrice E S est connecté eu série avec le réseau principal; de cette façon, pour un nombre constant de tours de l'excitatrice, la force électro-motrice de celle-ci pourra être approximativement proportionnelle au courant du réseau principal.
Dans la forme d'exécution de fig. 4, l'in duit S comprend deux enroulements indépen dants 01 et O2, chacun de ces enroulements étant connecté à un collecteur à bagues cor respondant Q1 respectivement Q2. Le collec teur Q1 est relié à son tour au collecteur à lamelles K1, tandis que le collecteur Q2 est relié au collecteur à lamelles K2. Le nombre de pôles de l'inducteur est toujours supposé égal à deux, tandis que le nombre des balais appuyant sur le collecteur à lamelles est de quatre pour chacun de ces collecteurs. De cette façon, la vitesse des collecteurs Q1 et K1, d'une part, et Q2 et K2, d'autre part, est égale à la moitié de la vitesse de l'inducteur. Sur le schéma de la fig. 4, les deux collec teurs K1 sont reliés en série; de cette façon, la machine donnera une tension double de celle qui serait fournie par un seul collecteur.
Si l'on établissait sur l'induit S, a enroule ments séparés, on obtiendrait avec ce mon tage aux bornes de la machine une tension V = a ³ Vk, Vk etant la tension d'un seul collecteur. On pourrait, bien entendu, monter des collecteurs aussi en parallèle; avec la construction décrite, on peut connecter entre deux lamelles du collecteur une partie seule ment de chaque conducteur de l'induit, ce qui est particulièrement avantageux pour les machines à grande vitesse et à tension colt- sidérable, dans lesquelles la tension induite dans chaque conducteur peut dépasser la ten sion admissible entre deux lamelles d'un seul collecteur.
D'autre part, comme l'induit est immobile, les connexions de l'induit avec le collecteur à bagues pourront passer par les canaux de ventilation a b c d e f ainsi que montré en fig. 5.
Dans la forme d'exécution de fig. 6, S re présente l'induit immobile d'une commutatrice triphasée, induit dont l'enroulement 0 est connecté, d'une part, avec le secondaire du transformateur E et, d'autre part, comme pré cédemment décrit, avec les bagues du collec teur à bagues Q. L'excitation de l'inducteur de la commutatrice est empruntée par un shunt au réseau principal.
La forme d'exécution de la fig. 7 est dis posée de façon à réunir en une seule machine le dispositif de transformation du courant alternatif en courant continu avec le trans formateur de tension du courant alternatif. A cet effet, sur le stator S sont disposés côte à côte dans les mêmes encoches deux enroule ments indépendants W1 W2; l'enroulement W1, qui constitue le primaire du transformateur de tension, est connecté au réseau triphasé, tandis que l'enroulement W2, qui constitue le secondaire de ce transformateur, est connecté, comme précédemment décrit, avec les bagues du collecteur à bagues Q. Ce collecteur, ainsi que le collecteur à lamelles K, n'est pas commandé dans son mouvement de rotation par l'inducteur de la machine, comme cela était le cas aux formes d'exécution précédente.
Ces commutateurs sont commandés par le moteur synchrone L, le nombre de pôles de ce moteur étant égal au nombre de balais du collecteur K.
Examinons les conditions du travail des balais sur les collecteurs à bagues et à la melles. Du schéma de la fig. 2 ressort que dans l'instant montré sur cette figure le cou rant passe seulement par les bagues I-XVI et VIII-IX du collecteur à bagues, toutes les autres bagues et balais ne se trouvant pas sous courant. Lorsque l'arbre du collec teur a tourné dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre de deux divisions du collecteur; les bagues II-III et X-XI seront sous courant et ainsi de suite. Avec une rotation de l'arbre d'un angle égal à 60 (180 électriques), les bagues XVI-I et IX-VIII seront de nouveau sous courant.
Si l'on désigne le nombre total des bagues du collecteur à bagues par m et le nombre total de lamelles couvertes par les balais, sur une onde de la courbe de potentiel du collecteur à lamelles, par n (ce qui revient à dire que le nombre de lamelles du collec- teur à lamelles couvertes par un balai est
EMI0003.0000
), alors chaque bague et le balai appuyant contre elle se trouvera sous courant
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de la durée d'un tour et sans courant
EMI0003.0002
de la duré d'un tour.
Si nous désignons par J l'intensité du cou rant aux bornes de la machine, en supposant que la distribution du courant sous les balais du collecteur à lamelles soit uniforme, le cou rant maximum aux balais d'une bague sera
EMI0003.0003
L'intensité efficace du courant sous chaque balai, qui détermine l'échauffement des bagues et des balais appuyant contre elles; sera égale approximativement à
EMI0003.0004
Désignons la densité du courant aux ba lais du collecteur à lamelles par Sk et la densité du courant sur les balais du à bagues par Sq.
Ordinairement, la den sité Sq sera choisie plus grande que Sk; poserons:
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La surface totale des balais du collecteur à lamelles K est
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La surface totale des balais du collecteur à bagues est
EMI0003.0007
Le rapport des surfaces des balais des collecteurs à bagues et à lamelles est égal à
EMI0003.0008
Supposons que la surface des bagues Fq soit B fois plus grande que la surface des balais appuyant sur elles, on a Fq=Bfq La surface du collecteur à lamelles sera
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Le rapport de la surface du collecteur à bagues Fq à la surface du collecteur à la melles Fk est égal à
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Par exemple, si chaque balai recouvre 2,5 lamelles du collecteur à lamelles,
c'est à- dire n= 5 et si le nombre de bagues m = 45, alors
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Si la densité du courant Sq est trois fois plus grande que Sk, c'est-à-dire si α = 3, alors
EMI0004.0004
Si la surface des bagues de frottement Fq est trois fois plus grande que la surface des balais fq posés sur elles, alors B = 3 et
EMI0004.0005
Il s'ensuit que les bagues et les balais qui appuient sur ces bagues peuvent avoir des dimensions relativement faibles. En outre, la surface utile du collecteur à bagues peut être choisie notablement plus petite que celle du collecteur à lamelles; les surfaces des ba lais appuyant sur ces deux collecteurs diffé reront peu entre elles.
On admet, selon ce qui précède, une den sité momentanée du courant sur les collec teurs à bagues notablement plus grande que celle du collecteur à lamelles, mais comme la chute de la tension sous les balais aug mente très peu avec l'augmentation de la densité du courant, les pertes sous les balais du collecteur à bagues ne diffèrent pas de beaucoup des pertes sous les balais du collec teur à lamelles.
La vitesse périphérique du collecteur à bagues pourra être considérablement plus petite que celle du collecteur à lamelles; dans ce cas, les pertes par le frottement du collecteur à bagues seront considérablement plus petites que celles du collecteur à la melles.
Les machines à grande vitesse permet tent une haute utilisation- du cuivre et tra- vaillent avec un haut coefficient de rende ment; il s'ensuit que le coefficient de rende ment de turbo-générateurs à courant continu construits suivant l'invention pourra être peu différent de celui de turbo-générateurs à cou rant alternatif, les pertes supplémentaires sur les collecteurs pouvant être considérés comme compensées par le fait que, dans les machi nes à courant alternatif, la diminution du cos p diminue la puissance utile, ce qui ne se produit pas dans des machines à courant continu.