Dispositif destiné à faire varier l'impédance d'un système électrique rotatif en dépendance de sa vitesse<B>dé</B> rotation. L'objet de la. présente invention est un dispositif destiné à faire varier l'impédance d'un système électrique rotatif en dépendance de sa vitesse de rotation.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 représentent un dispositif pour le démarrage des moteurs électriques; La fig. 3 montre une variante du dispo sitif selon la fig. 1; La fig. 4 montre le détail du montage d'un dispositif de protection; Les fig. 5 et 6 montrent deux variantes; La fig. 7 est un dispositif de réglage au tomatique de la vitesse d'un moteur électri que.
L'obtention de la variation de résistance par le déplacement d'un curseur, sur une ré sistance, revient à faire déplacer ce curseur selon une loi déterminée à l'avance qui dé= pendra de la loi de variation de la résistance dans l'hélicoïde.
En se référant aux fig. 1 et 2 du dessin: 1 désigne l'arbre d'un moteur qu'il s'agit, par exemple, de faire démarrer. Cet arbre est solidaire d'une pièce 2;,, placée dans un plan perpendiculaire à son axe, cette pièce comportant des évidements 3 dans lesquels sont logées les résistances de démarrage 4, une pour chaque phase.
Chaque résistance peut être constituée par un fil de section quelconque; elle est enrou lée à spires jointives ou non. A l'intérieur de cette résistance est placée une masselotte 5, en cuivre, par exemple, ou tout autre ma tière, formée de plusieurs pièces maintenues appliquées contre ladite résistance, par un ou plusieurs petits ressorts 6.
Cette masselotte 5 qui joue le rôle de curseur est poussée vers l'axe 1 par un res sort 7, prenant appui contre le couvercle 8 adapté sur la pièce 2. Si l'on suppose que le dispositif est des tiné à démarrer un moteur à courant tri phasé, bobiné avec trois phases au rotor, il y aura trois résistances semblables à celles décrites ci-dessus, fixées dans un même plan, à 120' l'une de l'autre.
Le fonctionnement de ce dispositif de dé marrage est le suivant: Le moteur étant arrêté, les masselottes 5 insèrent les résistances 4, une dans chaque phase. Le courant de la phase correspondante du rotor, arrive en 9, parcourt la résistance 4, passe par le curseur 5, le conducteur sou ple 10 et ïarrive !à la masse 2, constituant le point neutre symétrique. Si l'on met le cou rant sur le stator du moteur, celui-ci démar rera, tendant à prendre une vitesse détermi née par la. valeur de la résistance 4, interca lée à. ce moment.
Dès que cette vitesse sera atteinte., la masselotte 5, dont la masse est judicieusement choisie, soumise à la force centrifuge, commence à vaincre l'action du ressort 7 et le curseur 5 se déplace vers l'ex térieur, dans le sens de la flèche f. Dans ce déplacement, la pièce 5 frottant sur la résis tance 4, diminue la valeur de cette dernière d'une façon rigoureusement progressive, ce qui donne au moteur une vitesse plus grande, il se produit alors une augmentation de la force centrifuge et un déplacement consécutif de 5 et ainsi de suite, jusqu'au moment où le moteur aura atteint sa vitesse normale.
Bien entendu, les résistances 4 seront ap propriées aux constantes du moteur envisagé. Le contact constant curseur-résistance, supprime totalement les étincelles et, par suite, la principale cause de détérioration. Une disposition particulière permettant d'éli miner les étincelles consiste à faire la sortie de chaque résistance à la masse même du dis positif qui constitue alors le point commun du rotor. On voit de suite que, quel que soit le contact masselotte-résistance, le courant rotorique sera toujours fermé à travers les résistances, ne pourra jamais être coupé, ce qui annule toute cause d'étincelles.
La di minution progressive de la résistance sup. prime les à-coup sur le secteur et la vitesse est acquise, elle-même, progressivement; il est flanc possible de régler automatiquement le démarrage d'un moteur d'une puissance quelconque, sans crainte de perturbation anormales sur le secteur de distribution.
La courbe de flexion de système d'équi librage sera telle que, à une vitesse donnée corresponde une valeur de résistance déter minée, de sorte que, si au moment du démar rage les résistances ont une valeur permet tant au moteur de développer son couple nor mal, le -couple @du moteur reste absolument constant et le moteur développe ainsi, pen dant tout le temps du démarrage, son couple normal. Bien entendu, cri pourra obtenir le couple que l'on voudra.
L'obtention de ce déplacement spécial du curseur en fonction de la vitesse du moteur, pourra s@dbtenir avec un système élastique qui peut être constitué, par exemple: a) par un ressort spécial (spiral, conique, à section variable) ; b) par la combinaison de plusieurs res sorts dont les efforts pourront être simulta nés, successifs ou différentiels.
La fig. 3 donne une variante de réalîsa- tion du dispositif selon la fig. 1, dans la quelle .on a introduit certaines modifications susceptibles de perfectionner le système et de rendre son application plus facile.
La résistance 4 est constituée par un fil approprié de section rectangulaire bobiné de champ, d'où les avantages suivants: lNfoindre encombrement; possibilité ale réaliser un serrage des spires les unes con tre les autres, de telle sorte que le cylindre intérieur ainsi formé par la résistance puisse être usiné mécaniquement comme une pièce ordinaire et présenter ainsi une surface de contact parfaite.
L'isolement entre spires peut être réali sée par exemple: a) par utilisation de métal oxydé ayant lui-même un oxyde isolant; b) par l'intercalation entre chaque spire, d'une fine rondelle de matière isolante, amiante, mica, etc., choisie pour ses qualités de résistance aux températures élevées. Suivant ces données, un appareil réalisé avec ides résistaxpes en .nickel-chrome oxydé présente les avantages suivants: Haute résistivité du nickel-chrome, donc poids de résistance et encombrement réduits au minimum; l'oxyde est isolant jusqu'à 5,00' C, donc la résistance n'est pas coma promise jusqu'à cette température.
Avec un isolement supplémentaire en mica de deux ou trois dixièmes de millimètre, on empêche le contact entre spires, jusqu'à 900 environ.
La masselotte 5, formée de curseurs- contacts distendus par des ressorts interposés, peut se disposer intérieurement ou extérieure ment à un bobinage hélicoïdal sur lequel elle appuie. Un guidage supplémentaire peut être prévu; à, cet effet, dans cet exemple, un axe 18 est centré sur le couvercle 8 et sur une pièce centrale 2'. Cet axe guide par son mi lieu, le curseur, et tout danger de coinçage est évité.
Une forme avantageuse pour les contacts sera obtenue en constituant la masselotte de la façon suivante: Une pièce centrale 5' guidée par la tige 18, porte sur sa périphérie une rainure de guidage. Dans cette rainure s'emboîtent n contacts 5 (constituant une couronne divisée) écartés les uns des autres par les petits res-, sorts .6, assurant ainsi -un contact piarticu- lièrement souple, à rattrapage de jeu automa tique.
De plus, la partie supérieure de ces con tacts a, en principe, une section triangulaire. Cette forme est établie en vue d'assurer une mise en court-circuit à fin de course, utili sant l'excès de force centrifuge sur le ressort 7, par coincement sur les bagues de cburt- circuit 19 et 20.
Grâce à la forme particulière des con- t)cts 5.; ceux-ci viendront -se bloquer entre les deux rondelles 19 et 20 élastiques ou non, épousant chacune un des flancs de la section conique précitée.
Une des rondelles sera re liée à la sortie du courant, l'autre à l'entrée, et le ib#locage,de-s conta@ats ;assurera la -mise en court-circuit parfaite. ' On pourra donner à l'une ou l'autre des- dites rondelles une certaine élasticité méca nique, pour qu'elle puisse, le cas échéant, compenser les défauts d'usinage qui pour raient se produire et assurer, dans tous les cas, le bon contact avec les curseurs.
Dans la fig. 1, on a prévu comme sup port une masse métallique 2, unique, com portant trois alésages dans lesquels sont lo gés les dispositifs de réglage.
Si pour une cause accidentelle quelconque, l'une de ces pièces vient à se détériorer, son remplacement peut présenter certaines diffi cultés. Alors 1.e remplacement total du dispo sitif s'impose, bien qu'une oeule partie soit avariée.
Pour éviter cet inconvénient, le support de la fig. 3 est réalisé comme suit: Chaque résistance est logée dans une boîte 21 indépendante du reste du démarreur. La pièce centrale 2' alésée en son centre, est fixée par tout moyen mécanique sur l'arbre moteur 1. Extérieurement, cette pièce 2' comporte trois dressages et centrages à 120' l'un de l'autre. Chaque pièce ainsi centrée sur une face y sera maintenue, par exemple, au moyen d'une bride 22 serrée par un écrou et boulon 23. De cette façon, en cas de détério ration de l'une des trois résistances, son rem placement sera immédiat, par simple mise en place d'une boîte complète.
Les boîtes 21 dont il vient d'être question seront appropriées aux usages prévus du dis positif de réglage pour démarrage.
En effet, la chaleur dissipée dans la ré sistance, à chaque démarrage devra être éli minée. Si les démarrages sont peu fréquents, la chaleur de ladite résistance se transmet tra à la boîte et la rotation assurera un vif refroidissement de cette dernière.
Dans le cas de démarrages très fréquents, il se peut que cette dispersion de chaleur soit insuffisante. On peut prévoir alors différen tes réalisations des boîtes 2!1. Au lieu de la réaliser en masse pleine, on pourra la munir d'ailettes ou de rainures, pour augmenter la surface de rayonnement, ou même la fraiser pour mettre en contact direct la résistance avec l'air extérieur.
Dans le cas de fortes puissances, la ré sistance à intercaler devenant beaucoup plus importante, une grande simplification pourra ,être apportée à l'ensemble de l'appa reil; les boîtes 21 seront supprimées et les résistances elles-mêmes seront boulonnées et fixées entre deux bagues de serrage.
Outre la simplification mécanique, le moindre prix de revient et la diminution de poids, cette disposition présente encore l'a vantage de mettre toute la surface extérieure des résistances en contact direct avec l'air extérieur, ce qui augmente considérablement la radiation du système et permet de réali ser soit des démarrages plus fréquents, soit une résistance de section plus faible, pour une même valeur de courant.
A cette sécurité de puissance s'ajoute la. protection à minima par retour de la masse- lotte automatiquement à son point de départ, en cas d'arrêt du moteur, et à maxima par utilisation d'un dispositif approprié, repré senté (fig. 4) à titre d'exemple, et que l'on décrira ci-après.
Le dispositif de protection à maxima est réalisé comme suit: La sortie du bobinage du rotor est con nectée directement avec la rondelle 19 de mise en court-circuit, isolée du reste de l'appareil. La sortie 9 de la résistance 4 est également reliée au rotor par l'intermédiaire d'un dis- joncteur temporisé ou d'un fusible calibré, ou de tout autre dispositif approprié 24. Le cou- ran@ passe au travers de la résistance 4 et va à la masse en 2'. Mise à la masse égale ment par 5, 5', 18, le couvercle 20, ou: bien par 5 et le câble 10.
Pendant le temps de démarrage, le cou rant du rotor passe par 24, par 9 et par la résistance 4 pour aboutir à la masse 2'. A fin de course, le dispositif 24 est mis hors cir cuit de la façon suivante: Le curseur 5 établit une liaison directe entre 19 et 20 et le courant ne passe plus par 9 et 4, ni par 24. On voit donc que le courant électrique du rotor d'un moteur ainsi équipé n'utilisera le circuit 24, 9, 4 que pendant le temps de démarrage.
Si l'on place en 24 un disjoncteur tem porisé d'un système quelconque ou un dis positif thermique, ou bien un fusible calibré. l'un quelconque de ces appareils étant prévu pour supporter le passage du courant pendant un temps déterminé, et si, pcnr une raison quelconque, le moteur reste calé ou ne peut atteindre sa vitesse, ou bien s'il est sur chargé au delà de la limite prévue, la mas- selotte 5 ne subissant plus un effort centri fuge suffisant pour s'appliquer entre 19 et 20; le circuit 19, 4, 20 est remplacé par le circuit 24, 9, 5, 10, 2'.
Si ce circuit reste établi pendant un temps supérieur à celui prévu, le disjoncteur ou fusible 24 joue et le courant est rompu dans la phase considé rée.
Comme il'@ën est de même dans les deux autres phases, dès qu'un accident se produit, empêchant le moteur de fonctionner normale ment, le courant rotorique se trouve coupé. Il ne passe plus dans le stator qu'un courant très faible (cas d'un transformateur ouvert) qu'il est facile alors d'éliminer à son tour, par l'utilisation d'un interrupteur statorique à. minima d'intensité.
La fixation du disjoncteur sur l'appareil pourra se faire facilement, notamment en uti lisant les brides 22 de la fig. 3 comme sup-; port.
L'ensemble de l'appareil ainsi constitué avec le point commun des trois résistances des phases du rotor constitué par la masse même 2' de l'appareil et les frotteurs 5, l'axe l'8, etc., évite que le courant ne soit rompu. Il est monté directement sur l'arbre 1, ou avec interposition d'une bague isolante, afin d'éviter le contact des bobines avec la masse du moteur.
Parmi les applications multiples de l'invention et pour s'en tenir, à titre d'exem ple, à celles réalisées sur les moteurs élec triques, on pourra citer le démarrage d'un moteur à cage d'écureuil. Dans ce cas, le dis positif est le même que sur les fi* 1 ou 3: il est fixé sur l'arbre du moteur trois ba- gues (cas du moteur -triphasé) et trois ba lais permettant la liaison des trois phases du stator au démarreur tournant.
Le processus est exactement le même que précédemment, seulement le fait id'intercaler des résistances dans le stator d'un moteur lui enlève une partie de son couple. Cette appli cation convient très bien pour les moteurs destinés à démarrer-des transmissions à fai ble inertie, nécessitant pour le courant nor mal au démarrage un couple de 0,2 à 0,3.
Si le moteur a son rotor bobiné en di phasé, deux résistances suffiront. La forme générale sera celle indiquée en fig. 5. On voit que les pièces 21 et 2' de la fig. 3 sont remplacées par une seule pièce 2, comme dans la fig. 1. Cette pièce 2 comporta deux bossa ges 25 destinés à permettre le calage du dispositif de réglage pour le démarrage, sur l'arbre du moteur.
La liaison électrique 10 est simplifiée, le câble va de masselotte à masselotte en pas sant sans aucune @difficulté dans l'évidement 26 existant autour de l'arbre 1.
Le dispositif faisant l'objet de la pré sente invention peut s'appliquer indifférem ment à. un moteur à courant alternatif ou à un moteur à courant continu.
Dans le cas d'un moteur à courant con tinu, op peut prévoir un dispositif tel que la résistance intercalée clans les inducteurs v a en croissant avec la vitesse et l'autre in tercalée dans l'induit va en décroissant.
Une application particulièrement inté ressante découle immédiatement de ce qui précède.
On sait que certaines dynamos à usage spéciaux (éclairage de trains, groupes élec trogènes, etc.) doivent débiter sous tension constantes, alors que la vitesse de la machine, du fait de son mode d'entraînement, est es sentiellement variable. Ces ensembles sont réalisés par des machines ordinaires dont on fait varier l'excitation en fonction de la vi tesse, par un dispositif de réglage automa tique.
En se rapportant à. la fig. 5, par exemple, on voit que si les deux résistances sont en série avec les inducteurs, en adonnant à la masselotte 5, 5' un poids convenable avec un système de ressorts tel que cette masselotte ait sur la résistance des positions bien déter minées en fonction de la vitesse, la régulation automatique à obtenir est entièrement réali sée. Le dispositif est monté sur l'arbre de la machine et est rigoureusement progressif.
Dans le cas où le moteur à démarrer se rait spécialement étudié pour son utilisation avec le dispositif faisant l'objet de l'inven tion, une forme de réalisation pourrait avan tageusement être celle représentée sur la fig. 6. Dans ce montage, les résistances .1 sont bobinées concentriquement à l'arbre du moteur et logées à l'intérieur des tôles 27 du rotor. Les trois masselottes 5 sont solidaires les unes des autres, et assurent leur contact avec les bagues 19 de mise en court-circuit, par l'action de ressort 6, et de la force cen trifuge maximum à la vitesse de régime du moteur.
Un ressort 7 simple ou combiné équilibre l'effort centrifuge qui s'exerce sur une masselotte 28 et qui est transmis aux curseurs 5, par l'intermédiaire d'une ou plu sieurs cames 29 ou par un système de leviers articulés ou toute autre combinaison.
De même et par la combinaison des ré- s'isbances @du @dispositif placées id-ans les cir cuits convenables, il sera possible de réali ser le ,démiarrage @automatique -et progressif de tous moteurs -spéciaux, paxexemple: des moteurs asynchrones synchronisés, en plaçant des ré- snstanaces sur l'alternatif et .continu;
des- mo teurs monophasés à répulsion en plaçant des résistances entre les balais de mise en court- circuit du collecteur ou dans le circuit d'ali- - mentation.
Il est évident que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut remplacer les résis tances du dispositif par des réactances pour obtenir, .par exemple, le démarrage de mo teurs spéciaux tels que: moteurs monopha sés asynchrones en intercalant une résistance dans une phase et une réactance dans l'au tre; moteurs mono- ou polyphasée, par inter calation de réactances dans le stator ou le ro tor, etc.
Dans les différents dispositifs décrits ci- dessus-, on ia envisaigé le idémarrage d'un mo teur électrique, mais il est évident que l'in vention peut être appliquée également au ré glage de la vitesse d'un moteur électrique (fig. 7).
Dans ce dispositif (fig. 7), le ressort 7 s'appuie non plus sur un couvercle comme dans le cas de la fig. 1, mais sur une pièce mobile 11, terminée en biseau s'appuyant sur un plan incliné 12, faisant partie d'une pièce cylindrique en forme de couronne 13 tour nant avec l'ensemble.
Cette pièce 13 est montée de façon à pouvoir se déplacer sur un couvercle 8, et elle est maintenue appliquée au moyen d'un res sort 14 contre une pièce 15 vissée sur une pièce 16 fixée sur la carcasse du moteur par tout moyen approprié. Entre les pièces 13 et 15 est interposée une butée 17. -Si -'-on visse ou dévisse la pièce 15 par rapport à la pièce 16,, il est facile de concevoir que l'on pro duira un déplacement de la pièce 13 qui aura pour effet de comprimer le ressort 14, par l'intermédiaire du plan incliné 12 sou levant ou abaissant la pièce mobile 11.
Le déplacement de la pièce 11 fera varier la tension du ressort 7 et l'on obtiendra ainsi par variation du curseur 5 sur l'hélicoïde 4, une valeur de résistance déterminée et un réglage de la vitesse du moteur.
Il est bien entendu que toutes les formes de réalisations que l'on vient de décrire pour ront recevoir toutes modifications construc tives désirables, sans sortir du cadre de l'in vention.