Equipement électrique transformant une puissance mécanique à vitesse variable en puissance mécanique à vitesse constante L'objet de l'invention est un équipement électrique transformant une puissance méca nique à vitesse variable en puissance mécanique à vitesse constante, comprenant au moins une métadyne génératrice susceptible de tourner à vitesse variable, au moins une métadyne motrice alimentée par ladite génératrice, cette génératrice comportant un jeu de balais pri maires et un jeu de balais secondaires, ainsi que plusieurs enroulements statoriques,
l'un de ceux-ci étant un enroulement stabilisateur série traversé par le courant secondaire fourni par les balais secondaires et induisant, entre ces balais, une force électromotrice tendant à s'op poser au courant secondaire en question, tandis qu'un autre enroulement statorique, qui est également un enroulement stabilisateur série, est traversé par le courant primaire fourni par les balais primaires et induit entre ces balais primaires, une force électromotrice tendant à s'opposer au courant primaire,
ladite généra trice comportant encore deux autres enroule ments statoriques dont le premier induit une force électromotrice entre les balais primaires et le second une force électromotrice entre les balais secondaires, ces deux derniers enroule ments étant branchés chacun par un rhéostat sur une source de courant constant, un enrou lement statorique shunt connecté aux bornes des balais secondaires, destiné à réduire la valeur du courant primaire, un enroulement série traversé par le courant secondaire et jouant le rôle de compensateur secondaire, puis enfin, deux enroulements shunts connectés l'un aux bornes des balais primaires et induisant entre ces balais une .
force électromotrice approximativement égale à celle de la source de courant constant précitée, l'autre aux bornes des balais secondaires, et induisant entre les balais primaires une force électromotrice de sens opposé à celui de la force électromotrice créée par le flux d'induit dû au courant secon daire, la métadyne motrice mentionnée ci- dessus comportant un induit muni d'un jeu de balais secondaires et d'un jeu de balais pri maires connectés à la sortie de la métadyne génératrice,
ainsi qu'.un certain nombre d'en roulements statoriques, cette métadyne motrice étant accouplée à une dynamo régulatrice de vitesse fournissant un courant de réglage variant rapidement en fonction d'une petite variation de la vitesse de ladite métadyne motrice par rapport à une vitesse prédéter minée,
le premier desdits enroulements stato- riques de ladite métadyne motrice étant par couru par le courant de la dynamo régulatrice, le deuxième de ces enroulements statoriques étant destiné à créer le flux nécessaire au démarrage de la métadyne motrice, le troisième et le quatrième de ces enroulements étant des enroulements série, parcourus, le premier par le courant secondaire et le second par le cou rant primaire et tendant tous deux à stabiliser la vitesse .de ladite métadyne motrice à la valeur désirée.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'équipement selon l'invention.
Se référant à cette figure, l'équipement représenté comprend une paire de métadynes génératrices semblables A et C. Ces généra trices sont supposées entraînées par des arbres <I>B</I> et<I>D</I> tournant à vitesse variable et fournissent de l'énergie aux métadynes motrices E, F, G, entraînant les arbres H, K et L respectivement.
La génératrice A comprend un induit doté de quatre balais équidistants,<I>a, b, c, d,</I> une paire de balais primaires a et c, une paire de balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> et un .ensemble d'enroule ments statoriques dont les enroulements 3, 4, 7, 8 et 9 ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation des balais secondai res<I>b</I> et<I>d,</I> et dont les enroulements 2, 5 et 6 ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation des balais primaires a et c.
Les balais primaires a et c peuvent être connectés moyennant des circuits de très faibles résistance ohmique à une source à tension constante constituée par une batterie I ou bien ils peu vent être réunis à travers l'enroulement 3, suivant la position de l'interrupteur 60. Les balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> sont connectés au circuit comprenant les métadynes E, F, G moyennant des enroulements à très faible résis tance ohmique à travers l'interrupteur YI. L'enroulement statorique 2 est un enroulement stabilisateur série traversé par le courant secon daire fourni par les balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> et induisant entre ces balais une force électro motrice s'opposant au courant secondaire.
Ega- lement, l'enroulement 3 est un enroulement stabilisateur série traversé par le courant pri maire fourni par les balais a et c et induisant entre ces balais primaires une force électro motrice qui s'oppose au courant primaire.
Les enroulements 4 et 5 sont alimentés par la batterie<I>I</I> moyennant les rhéostats<I>X,</I> et XI respectivement. L'enroulement 6 est un enrou- lement shunt connecté entre les balais secon daires quia pour but de réduire lia valeur du courant primaire. L'enroulement 7 est un enroulement série traversé par le courant secondaire ;
c'est un enroulement compensateur secondaire qui fonctionne comme un hypocom- pensateur. L'enroulement 8 est un enroulement shunt susceptible d'être connecté aux balais primaires et induisant entre ces balais une force électromotrice approximativement égale à la force électromotrice de la batterie lorsque les balais primaires sont connectés à cette der nière et lorsque l'interrupteur 62 est fermé.
L'enroulement 9 est connecté entre les balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> et induit une force électromotrice entre les balais primaires dont le sens est opposé à celui de la force électromo trice induite par le flux d'induit dû au courant secondaire. En supposant que l'arbre B tourne dans le sens dextrorse comme l'indique la flèche, les flèches indiquées à côté des enrou lements donnent la direction de leurs ampè res-tours.
Pour que les balais a et c soient connectés à la batterie, l'interrupteur 60 doit être à sa position horizontale et l'interrupteur 62 doit alors être fermé. Si les balais primaires sont court-circuités à travers l'enroulement 3, l'inter rupteur 60 est à sa position verticale et l'inter rupteur 62 est ouvert. La métadyne génératrice C a une disposition identique à celle du géné rateur A et les éléments 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 61, 63, X3<I>et X4</I> correspon dent aux éléments 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 60,<I>62,</I> Xl, <I>X2</I> du générateur<I>A</I> respecti vement.
Les enroulements 5, 6, 8 et 9 sont tous des enroulements qui tendent à réduire la dimi nution de courant secondaire quand la tension secondaire augmente. Ils permettent d'obtenir une valeur constante du courant secondaire pour des valeurs de la tension secondaire com prise entre zéro et une valeur pour laquelle la saturation intervient.
Dans ces conditions les interrupteurs YI <I>et</I> Y" étant fermés, les générateurs<I>A</I> et C fourni ront un courant constant à la boucle dans laquelle sont insérés les moteurs E, F, G, et, en plus, fourniront presque instantanément la tension que ces moteurs exigeront à chaque instant et ceci quelle que soit la vitesse des arbres<I>B</I> et<I>D</I> pourvu que cette vitesse soit supérieure à une limite inférieure prédéter minée et cela même quand les vitesses des arbres<I>B</I> et<I>D</I> sont différentes l'une de l'autre.
Le rapport des courants fournis par les générateurs A et C est contrôlé par les rhéostats X., et X4. De même la valeur du courant dans les enroulements 5 et 15 des générateurs A et C est contrôlée par les rhéostats XI et<I>X;</I> res pectivement, de manière à compenser les ampères-tours des stabilisateurs secondaires 2 et 12. Il reste bien entendu que les générateurs A et C peuvent fonctionner soit seuls, soit simultanément et que, au lieu de 2, on pourra faire fonctionner un nombre quelconque de générateurs semblables en parallèle. Les moteurs insérés dans la boucle alimentée par les générateurs A et C sont des métadynes motrices.
Chacune de ces dernières comporte 4 balais équidistants et les balais primaires a et c sont connectés en série entre eux, tandis que les balais<I>b</I> et<I>d</I> sont court-circuités. La méta- dyne motrice E comporte un induit 26 et 4 balais équidistants<I>a, b, c, d.</I> Elle comporte 4 enroulements statoriques 20, 21, 22, 23. Les enroulements statoriques 20, 22 ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commu tation des balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> et les enrou lements 21 et 23 ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation des balais primaires a et c.
L'enroulement stato- rique 20 est un enroulement série parcouru par le courant primaire, en d'autres termes, par le courant de la boucle des machines d'utilisation quand l'interrupteur Y4 est fermé. Cet enrou lement sert au démarrage de la métadyne E et est exclu du circuit une fois le démarrage terminé en fermant l'interrupteur Y,3. L'enrou lement 21 est parcouru par le courant débité par une dynamo régulatrice M calée sur l'arbre H de la métadyne motrice E.
La dynamo régu latrice M est connectée à la source à tension constante 1 et excitée en shunt par l'enroule ment 24 moyennant le rhéostat X;,. Ce dernier permet le réglage de la vitesse critique de la dynamo régulatrice M. L'enroulement stato- rique 22 est un enroulement série parcouru par le courant secondaire. Cet enroulement 22 envoie dàns l'induit un flux magnétique dont l'axe est perpendiculaire à celui des balais pri maires a, c.
Il induit donc une force électro motrice dans ces balais et crée donc, dans le circuit de ces balais a, c, un courant qui peut s'ajouter au courant primaire, ou s'en retran cher, suivant le sens de .cet enroulement 22. La métadyne E doit fonctionner à vitesse cons tante indépendamment .de la charge ; si la charge augmente, la métadyne tend à ralentir, il faut donc s'opposer à cette tendance au ralentissement, en diminuant le champ induc teur, puisque toute diminution du champ entraine une augmentation de vitesse.
L'enroulement 23 est un enroulement série fonctionnant comme hypocompensateur et ten dant à réduire les écarts de vitesse par rapport à la vitesse voulue. Pour une rotation dans le sens dextrorse et un enroulement de la machine dans le sens dextrorse, les flèches portées sur les enroulements statoriques indiquent la direc tion des ampères-tours correspondants. Le couple de la métadyne motrice E étant égal au produit du flux secondaire et du courant pri maire, si ce dernier est constant et que le couple résistant varie, pour ramener l'équilibre, il faut faire varier le flux secondaire, c'est-à-dire faire varier le nombre d'ampères-tours créés par l'enroulement régulateur 21.
Le courant traver sant cet enroulement 21 est égal à celui traver sant la dynamo régulatrice M et varie donc en. fonction de l'écart de la vitesse 4 n par rapport à la vitesse n, C'est lui qui modifie les. ampères- tours de l'enroulement 21, de manière à ramener l'équilibre des couples avec un écart de vitesse très faible par rapport à la vitesse critique. Dans ces conditions, la vitesse de fonc tionnement de la métadyne E sera constante avec une grande précision, quelle que soit la charge de l'arbre H pourvu que cette charge soit comprise dans les valeurs dont la machine est capable.
La métadyne motrice E comporte encore 3 anneaux connectés à 3 points équidistants de l'enroulement induit ; 3 balais glissants collec- tent le courant de ces 3 anneaux. Le but de cette disposition est indiqué plus bas.
La métadyne motrice F comporte un enrou lement induit 36, 4 balais équidistants<I>a, b, c, d,</I> un deuxième enroulement induit 37 sans collec teur ayant le même nombre de spires que l'en roulement 26 du moteur E et 3 enroulements statoriques 30, 31 et 33. L'enroulement stato- rique 30 a son axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation -des balais secondaires <I>b</I> et<I>d</I> et sert au démarrage de la machine quand l'interrupteur Y" est fermé.
Une fois le démarrage terminé, on peut ouvrir l'interrup teur Y5. Les enroulements statoriques 31 et 33 ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation des balais primaires et le pre mier est traversé par le courant débité par la dynamo régulatrice N calée sur l'arbre K de la métadyne motrice F. Cette dynamo régulatrice N est une dynamo shunt excitée par l'enroule ment 34 et elle est connectée à la source à ten sion constante 1 par l'intermédiaire de l'enrou lement 31. Le rhéostat<I>X6,</I> inséré dans le cir cuit d'excitation de la dynamo régulatrice N permet de contrôler sa vitesse critique.
L'enrou lement 33 est un enroulement compensateur série parcouru par le courant primaire. Enfin, l'enroulement 37 est connecté à un jeu d'an neaux et balais glissants 35 par trois de ses points équidistants. Pour le moteur F, le réglage de la vitesse s'opère de la même manière que pour le moteur E. Dans ces conditions, la métadyne motrice F tournera à une- vitesse constante, sensiblement égale à la vitesse cri tique de la dynamo régulatrice N quelle que soit la charge sur l'arbre K. Si l'on suppose qu'on a réglé la vitesse critique des régulatrices M et N à la même valeur, les machines E et F tourneront à la même vitesse.
En plus, les balais des anneaux 35 étant connectés aux balais des anneaux 25 comme l'indique la figure, un couple synchrone est engendré ten dant à maintenir les 2 machines E et F non seulement aux mêmes vitesses mais aussi à la même position angulaire instantanée.
La métadyne motrice G comporte un induit à 4 balais équidistants et 3 enroulements stato- ri4ues 40, 41 et 43 dont le premier a son axe magnétique coïncidant avec l'axe de commu tation des balais secondaires et les 2 derniers ont leur axe magnétique coïncidant avec l'axe de commutation des balais primaires. L'enrou lement 40 est un enroulement série parcouru par le courant primaire et qui sert en parti culier pour le démarrage de la machine tout en restant en circuit pendant le fonctionnement normal. L'enroulement 41 est alimenté par une métadyne amplificatrice S excitée par le cou rant débité par la dynamo régulatrice R, cou rant qui traverse l'enroulement 46.
Cette dynamo régulatrice R et la métadyne amplifi- catrice S sont calées sur l'arbre L de la méta- dyne motrice G. La dynamo régulatrice R est une dynamo shunt excitée par un enroulement 44 et connectée à la source à tension cons tante I. La vitesse critique de la dynamo régulatrice R est réglée par le rhéostat<I>X7.</I> La métadyne amplificatrice S comporte 4 balais <I>a, b, c, d,</I> les 2 balais primaires<I>a</I> et c étant court-circuités et les 2 balais secondaires<I>b</I> et<I>d</I> fournissant le courant à l'enroulement 41 de la métadyne motrice G.
La métadyne amplifi- catrice S comporte 2 enroulements statoriques dont l'axe magnétique coïncide avec l'axe de commutation des balais secondaires<I>b</I> et<I>d.</I> L'enroulement 46 est, on l'a vu, parcouru par le courant débité par le régulateur R et l'enrou lement 47 est un enroulement shunt parcouru par le courant secondaire et fonctionne comme un hypocompensateur. Grâce à la métadyne amplificatrice qui amplifie le courant de la régulatrice, l'écart de la vitesse par rapport à la vitesse critique devient ainsi insignifiant. Dans ces conditions,
la métadyne motrice G tourne à vitesse constante approximativement égale à la vitesse critique de la régulatrice R avec une grande précision quelle que soit la charge. La précision avec laquelle la vitesse est maintenue constante est ici augmentée par rapport aux machines F et E par la présence de la métadyne amplificatrice S. Il est clair qu'une métadyne amplificatrice dans les mêmes conditions pourrait être prévue aussi pour les machines F et E. Il est clair aussi que la méta- dyne amplificatrice S indiquée calée sur l'arbre L du moteur G pourrait aussi être entraînée par un autre arbre quelconque à une vitesse constante.
Sur les arbres H, K et L on peut également caler des alternateurs qui fournissent dans ces conditions une fréquence constante quelle que soit la charge. Toutefois les machines E, F et G indiquées sur la figure comme munies de bagues triphasées avec balais glissants peuvent fonctionner aussi comme alternateurs à fréquence constante et fournir directement du courant alternatif aux bornes TI et T., des balais glissants. Dans ces condi tions non seulement on élimine une machine, mais les moteurs eux-mêmes E, F et G sont plus légers que les moteurs qui ne servent pas comme alternateurs simultanément.
Il est à noter qu'on a montré sur la fig. 1 trois moteurs à vitesse constante différents, mais qu'on pour rait prévoir une installation comportant trois moteurs identiques.