Machine polyphasée à collecteur. Dans le brevet suisse no 114356, du 2 mai 1925, une disposition des enroulements des stators des machines polyphasées à collecteur est indiquée, dans laquelle le pas d'enroule ment est réduit à une fraction du pas d'en roulement normal au rotor.
La fig. 1 montre, par exemple, un schéma bipolaire avec une telle disposition pour une machine à pas polaire normal au rotor, dans laquelle l'enroulement au stator est exécuté à 1A pas polaire. S représente le stator, ayant douze encoches qui sont indi quées schématiquement par des lignes radia les, et un enroulement triphasé, dont les bo bines sont exécutées avec un pas de trois di visions d'encoches, donc, le nombre d'enco ches par pôle étant six à 1/2 pas polaire.
R représente le rotor dont l'enroulement est exécuté à pas polaire normal, comme il est indiqué au schéma pour une spire, et enfin C représente le collecteur du rotor avec trois balais. La disposition avait pour but la formation de champs de commutation parfaits, et en même temps d'ampères-tours produisant l'auto-excitation des machines, et ceux-ci sous une telle phase que le sens de rotation v du champ devient le même que le sens de ro tation V du rotor.
Au contraire d'effets con nus des enroulements normaux des stators, elle permet d'obtenir que, la machine étant raccordée à une autre source de courant, les fréquences de ces deux sources de courant s'adaptent automatiquement l'une à l'autre.
Cette disposition d'enroulement s'est mon trée très favorable dans des machines à col lecteur série, surtout lorsqu'on désire em ployer ces dernières comme excitatrices poly- phas6es série autoexcitées pour des moteurs asynchrones.
Il est connu que tous les essais faits pour employer dans ce but des machines série avec. enroulement normal au stator, avec ou sans pôles de commutation, ont donné des résultats négatifs. On a constaté dans ces essais que, quand on choisissait l'auto-excitation de l'excitatrice série suffisamment élevée pour produire la compensation ou hyper-compensa- tion des moteurs asynchrones en marche à vide, le fonctionnement de ces moteurs deve nait instable.
Cet inconvénient provient du fait que l'enroulement normal au stator produit dans ce cas un effet nuisible. En chosissant les ampères-tours au stator, de sorte qu'ils pro duisent en même temps une composante suf fisante pour obtenir -une bonne commutation et une autre composante suffisante à l'auto- excitation, la. phase de cette dernière devient telle que le moteur asynchrone montre la ten dance de fonctionner en même temps comme une génératrice, produisant un courant d'une fréquence un peu plus faible que celle du ré seau.
Si la machine était actionnée mécani quement en génératrice, son glissement néga tif et sa vitesse s'adapteraient automatique ment à cette autoexcitation en génératrice asynchrone. Mais en marche comme moteur asynchrone, une phase du champ de l'exci- tatrice qui ne s'adapte pas à ce fonctionne ment, produit ainsi cette seconde fréquence, provoquant de cette manière de forts et inad missibles à-coups de courants au réseau.
Par contre, la disposition selon le brevet suisse no 114356 présente, dans cette appli cation, d'abord le grand avantage que les ef fets envisagés, aussi bien la formation des champs de commutation que l'autoexcitation de ces machines, sont obtenus par une autre répartition du courant au stator, qui a pour conséquence que ledit inconvénient peut être facilement et complètement évité.
Pour le fonctionnement en excitatrice sé rie autoexcitée, c'est-à-dire en génératrice; les balais sont placés de manière que l'axe des ampères-tours du rotor est approximati vement opposé à ceux du stator, et sous un angle de 30 en arrière au sens de rotation V du rotor. On obtient ainsi, par exemple, une position des balais comme représentée clans la fig. 1, dans laquelle la phase I du stator est raccordée en série avec le balai 1, la phase II avec le balai 2, la phase III avec le balai 3. Les zones de commutation des balais se trouvent aux endroits indiqués par six petites flèches, aux croisements des bo bines de différentes phases du stator.
En con sidérant ensuite, par exemple, les deux zo nes de commutation des deux moitiés de la spire marquée qui, dans cette position, est court-circuitée sous le balai 1, on peut consta ter que, d'une part, .dans les encoches du sta tor qui suivent ces zones, la phase du courant se trouve exactement en sens opposé au cou rant au rotor en cet endroit, comme cela.
serait le cas pour un enroulement de compensation, que, d'autre part, dans les encoches du sta tor qui précèdent ces zones, la phase du cou rant se trouve exactement en sens opposé au courant du balai, comme cela serait le cas pour un enroulement de pôles de commuta- tion. En outre, on trouve que ce dernier cou rant produit avec le courant au rotor en cet endroit une composante qui forme les ampères-tours magnétisants de la machine.
Cette décomposition, présentant trois ef fets, séparés obtenus par cette disposition d'enroulement, permet facilement, par des mesures de dimensionnement et d'autres dé tails d'exécution, d'arriver @à ce que, d'une part, la commutation .devient la plus par faite -et, -d'autre part, de choisir la pbase du champ résultant de l'excitatrice par rapport au courant au rotor, de manière que son sens de rotation v devient le même que le sens de rotation V du rotor, et que la fréquence de la tension produite et celle du glissement du moteur s'adaptent automatiquement l'une à l'autre.
Le résultat est que, dans tous les cas où les excitatrices polyphasées séries auto- excitées, exécutées d'après cette disposition ont été employées, -et contrairement aux expé riences faites avec de telles machines à en roulement normal au stator, le fonctionne ment absolument stable des moteurs asyn chrones est produit précisément par cette autoexcitation série. Cet effet a été démontré.
d'ailleurs d'autant plus clairement que, même en ajoutant sur l'excitatrice un enroulement shunt et en réglant par ce dernier l'hyper- compensation du moteur asynchrone dans n'importe quelles limites, cette excitation sé rie supprime également et complètement toute tendance à des mouvements pendulai res du moteur, lesquels, comme il est connu, se produisent facilement, quand on se sert pour un tel réglage des excitatrices normales shunt.
Les explications données ci-dessus con cernant les différents effets obtenus par la disposition connue d'après le brevet suisse nO 114356, ont été d'abord reproduites ici, parce que, pour certains cas, il paraîtrait avantageux -de pouvoir produire les mêmes effets aussi d'autre manière, c'est-à-dire en se servant d'une autre exécution des enrou lements des stators.
La fig. 2 montre, pour la disposition selon fig. 1, le schéma correspondant d'enroule ment et,de couplage. Si les bobines sont for mées par un certain nombre de conducteurs de faible section, leur exécution, avec 1/?, pas polaire a l'avantage que leurs longueurs des spires deviennent petites, et que les bobines d'une phase, par exemple, dans ce schéma bi polaire, les deux bobines I, Io, qui, pour le sens indiqué du courant produiraient les deux pôles de polarité opposée N et S,
doivent être raccordées seulement par des connexions d'une section également faible, par exemple en série comme indiqué.
Généralement, ces excitatrices polypha sées servant pour des courants élevés, sont exécutées comme machines multipolaires, et avec des nombres de pôles d'autant plus éle vés que leurs courants -et puissances devien nent plus élevés, tandis que leurs rotors sont. exécutés comme induits avec enroulement pa rallèle: Dans ces cas, on constate qu'il est très important que toutes les bobines qui se trouvent aux pôles différents de la même Po larité, soient raccordées en série.
Car, en les raccordant en parallèle, des déviations des courants et de leurs phases par rapport à la répartition caractérisée plus haut, peuvent se produire à différents endroits, déviations qui peuvent encore être renforcées par la réac- tion des courants au rotor et produire ainsi des à-coups de courants. Cette condition a pour conséquence que, pour des machines pour courants élevés, les enroulements, de préfé rence à barres, forment des bobines d'un fai ble nombre de barres par pôle et phase.
La fig. 3, montre un tel schéma, dans le quel, par exemple, les bobines sont formées par deux spires par pôle et phase. Pour toute clarté, le schéma est tétrapolaire; pour des nombres de pôles plus grands, il suffit de l'al longer -de façon analogue, tandis que la dis position des bornes amenant le courant peut rester la même. Un tel enroulement à barres, formant des bobines séparées, ne peut être exécuté qu'en logeant les barres l'une à côté de l'autre, et on obtient, en choisissant à nouveau six encoches par pôle, donc 24 enco ches, .deux barras par encoche, ou bien, par exemple, pour 48 encoches, une barre par en coche.
Le pas d'enroulement moyen reste alors également ici, comme inscrit dans le schéma, 0,5 p, c'est-à-dire 1/2 pas polaire, si p présente le pas polaire. Dans un tel enrou lement à bobines, les raccordements entre barres doivent être exécutés comme raccords formant des ares qui se trouvent dans un au tre plan, et avec une section correspondant à celle des barres. La fig. 3 montre que surtout les raccords, qui forment les connexions en tre les différentes bobines, doivent être dis posés, en prolongeant les barres, dans quatre distances différentes .du stator, et qu'ils oc cupent ainsi relativement beaucoup de place.
Il pourrait paraître avantageux dans cer tains cas; de pouvoir obtenir les mêmes ef fets par une autre exécution de l'enroule ment du stator à 1/_q pas polaire, dans laquelle les barres seraient disposées de manière sem blable que dans certains enroulements tri phasés normaux, c'est-à-dire comme dans un enroulement tambour à courant continu en deux plans qui se trouvent aux encoches l'un sur l'autre, et où on se sert d'une connexion différente des autres connexions uniformes et symétriques par phase résultante, pour for mer un enroulement triphasé normal.
Le schéma d'enroulement fig. 2 montre, de même que fig. 3, qu'essentiellement, pour ob tenir l'effet exposé, la répartition du courant au stator doit être telle que, pour un sens donné du courant, il doit être réparti par phase et paire de pôles sur quatre différents endroits distants de<B>9P,</B> et que, en ces en droits qui se suivent, son sens doit être alter nativement le même et l'opposé. Il .est évident que ce résultat ne pourrait pas être obtenu par un semblable enroulement tambour à 1/2 pas polaire.
D'autre part, il est démontré plus loin que la même répartition du courant, comme celle obtenue fig. 2 et 3 par 1/2 pas polaire, peut être obtenue aussi par un enroulement dont le pas moyen. est égal au pas polaire, par des connexions en quelques endroits par phase, qui diffèrent -des autres connexions symétriques.
La présente invention est une machine polyphasée à. collecteur, comportant un en roulement de stator principal à pas d'enroule ment moyen correspondant au pas d'enroule ment normal du rotor, les connexions de l'enroulement du stator étant établies de fa çon qu'à certains endroits elles correspondent à un pas polaire différent du pas d'enroule ment normal, de manière à obtenir une répar tition résultante du courant dans l'enroule ment du stator similaire à celle qui se pré sente si son pas d'enroulement était réduit à une fraction -du pas d'enroulement normal au rotor.
Dans les fig. 4 :à 11, qui sont énumérées au cours de la description qui suit, on a re présenté, à titre d'exemple, les schémas d'en roulement de différents stators de formes d'exécution de la machine faisant l'objet de l'invention.
Les schémas représentés à ces figures sont tous tétrapolaires; pour des nombres de pôles plus élevés, ils seront prolongés de manière analogue. Les schémas sont supposés à nou veau pour six encoches par pôle. Les conduc teurs ou barres sont présentés de la manière usuelle, leurs parties extérieures étant pré sentées pour les barres aux fonds des enco- ches par des lignes interrompues, et pour les barres au-dessus, par des traits continus.
La fig. 4 montre un schéma dans lequel le pas d'enroulement, comme inscrit du côté arrière, est égal au pas polaire p. Sur le côté avant, d'abord les connexions différentes a sont les mêmes que celles employées pour des enroulements triphasés normaux. En ou tre, le schéma montre les connexions diffé rentes b, ici deux par phase, lesquelles, ici, par exemple, raccordent en ces endroits deux barres distantes de 11/2 pas polaire. Si on suit le sens du courant pour une phase, par exemple I-Io, les flèches indiquées montrent que la répartition du courant devient exac tement la même, que dans le schéma égale ment tétrapolaire -de la fig. 3 avec 1/2 pas polaire.
La fig. 5 montre le même schéma, tou tefois sans les connexions a, l'enroulement par phase étant raccordé en deux groupes en parallèle, dont les barres se trouvent dans les mêmes encoches. On obtient ainsi comme ef fet, au lieu de deux barres. efficaces par en coche (fig. 4) ici une barre efficace par en coche. Dans des machines multipolaires, les bouts d'un côté par phase, par exemple I et I' se trouvent ià des distances plus grandes, tandis que les autres bouts, gomme ici, par exemple 1p, peuvent être formés par une con nexion telle que b. Les connexions b peuvent être formées, par exemple, en prolongeant un peu les barres en ces endroits.
La fig. 6 montre un schéma comme celui de la fig. 4, -à nouveau à deux barres effi caces par encoche, avec la différence que les connexions b, différentes des autres con nexions symétriques, raccordent deux barres distantes de 1/2 pas polaire.
La fig. 7 montre, avec la même diffé rence, un schéma d'un effet analogue à celui de la fig. 5, c'est-à: dire avec raccordement de l'enroulement par phase en deux groupes en parallèle, et formant ainsi une barre efficace par encoche.
Pour -des enroulements avec de plus grands nombres de barres par phase et pôle, les enroulements d'après les fig. 4 et 5 de viennent plus avantageux, parce que tous les endroits de soudure des différentes con nexions deviennent plus facilement accessi bles.
La fig. 8 montre un schéma pour un au tre enroulement, dans lequel le pas d'enroule ment est alternativement 11/2 et 1/2 pas po laire, donc à nouveau le pas moyen égal au pas polaire p. Le schéma montre que cet en roulement permet également d'employer une disposition des barres comme pour un enrou lement tambour à courant continu, parce que toutes les parties extérieures -des barres qui se trouvent au-dessus sont pliées dans le même sens, et celles des barres en dessous dans le sens contraire. Ici, les connexions différentes b sont à nouveau deux par phase, et elles sont, par exemple, choisies de telle manière qu'elles raccordent deux barres distantes d'un pas polaire. Le schéma est à nouveau pour deux barres efficaces par encoche, comme dans les fig. 4 et 6.
Si on suit le sens du cou rant pour une phase, par exemple I-I, les flèches montrent à nouveau la même répar tition.
La fig. 9 montre le même schéma, avec changement de raccordement en deux grou pes en parallèle par phase, comme expliqué plus haut pour les fig. 5 et 7, donc formant une barre efficace par encoche.
Cette disposition permet ensuite d'obte nir encore un autre résultat. Ainsi qu'il a été dit plus haut, dans,des machines multipo laires, il faut éviter que des. barres, qui se trouvent en des endroits analogues par rap port à -des -différents pôles de la même pola rité, ne soient raccordées en parallèle, et on constate qu'on obtient, avec cette disposi tion, quatre groupes de barres qui remplis sent ces conditions, comme il sera démontré dans la fig. 10-.
Dans la fig. 10, pour plus de clarté, seu lement les barres d'une des trois phases sont indiquées, et les circuits de ces barres sont divisés en quatre groupes I-Z-I"-I, <I>I\ ô</I> -I@ <I>,</I> I"-Io". Si on suit le sens de courants dans ces qua tre groupes, en constate, comme il a été ins crit au-dessus du schéma, que toutes les barres se trouvant dans les mêmes encoches des groupes I" et 1", par exemple aux en droits identiques, par rapport aux pôles N,
que toutes les barres aux autres mêmes en coches des groupes l' et l' par rapport aux pôles S. C'est-à-dire que les quatre groupes par phase peuvent, dans ce cas sans inconvé nient être raccordés en parallèle, ce qui, avec deux barres par encoche, sera équivalent à l'effet de ZJ4 = 1/2 barre par encoche. Cet effet peut devenir utile pour le cas exception nel où il s'agit d'une machine pour un cou rant extrêmement élevé.
Dans la fig. 11, un raccordement analogue en quatre groupes en parallèle est représenté pour un enroulement similaire ayant six barres par encoche, ce qui sera équivalent à l'effet .de g/4 = 11/2 barre par encoche. C'est- à-dire que cette disposition permet d'obtenir un nombre de barre par encoches qui n'est pas entier.
De manière analogue comme décrit ici, le couplage peut aussi être employé pour d'au tres genres d'enroulements, c'est-à-dire qui ne sont pas exécutés, par exemple, à la façon d'un enroulement tambour à courant continu. En outre, on peut aussi disposer sur le stator, outre l'enroulement décrit et raccordé dans le sens exposé, n'importe quel autre en roulement, par exemple aussi, de manière con nue, un enroulement pour pôles de commuta tion, permettant éventuellement d'obtenir d'autres effets ou réglages.
Au lieu des dispositions démontrées par ces schémas, dans lesquelles les conducteurs de l'enroulement principal, qui se trouvent dans les mêmes encoches, appartiennent à la même phase, ceux-ci peuvent naturellement aussi être disposés de manière que différents conducteurs se trouvant dans les mêmes en coches, appartiennent à différentes phases.
Dans ce cas, en principe, la seule différence est donnée par le nombre de phases par enco che et leur couplage qui doit être choisi tel que la phase du courant total résultant par encoche donne une répartition du courant telle, comme si le pas .d'enroulement était ré duit à une fraction du pas d'enroulement normal au stator, ou bien, que, en raccorde ment série du ,stator et du rotor, pour une cer taine position des balais, le courant au sta tor d'un côté d'une zone,de balai devient op posé au courant au rotor, et, de l'autre côté de la zone, il devient opposé au courant du balai.