Machine électrique synchrone à nombre de pôles variable La présente invention concerne une machine élec trique synchrone, à nombre de pôles variable, com prenant un enroulement à courant alternatif et un enroulemment inducteur à courant continu suscepti bles les deux d'engendrer, selon la connexion des parties de ces enroulements, soit un champ présen tant un premier nombre de pôles, .soit un champ pré sentant un second nombre de pôles.
L'enroulement à courant alternatif peut être l'en roulement de stator et d'enroulement inducteur peut être l'enroulement du rotor ; c'est là la disposition usuelle. Cependant, la position des deux enroule ments peut être d'inverse.
L'enroulement à courant alternatif peut être dû type connu comprenant des parties d'enroulements de phase susceptibles d'être connectées et déconnec tées, ou du type connu à parties d'enroulement indé pendantes, une pour chaque nombre de pôles.
L'enroulement inducteur à nombre de pôles va riable tel qu'il est usuellement réalisé comprend des bobines susceptibles d'engendrer un champ présen tant de plus grand des deux nombres de pôles, tous ces pôles présentant la même intensité de champ, c'est-à-dire, en termes mathématiques, que toutes les parties de la courbe obtenue en portant l'intensité du champ- en fonction de l'angle de rotation présen tent la même amplitude. L'enroulement est divisé en deux portions de 180o chacune par rapport à la circonférence du rotor et,
pour obtenir le plus petit des deux nombres de pôles, les bobines engendrant deux des pôles espacés angulairemeüt de 1800, un à l'extrémité de chacune des deux portions précitées, sont mises hors circuit. En outre, le sens du passage du courant dans les bobines restantes de l'une de ces portions d'enroulement est inversé.
Il est également connu de doubler cette disposi tion sur le pourtour du rotor; en sorte que, pour obtenir le nombre inférieur de pôles, quatre pôles espacés de 900 sont supprimés; et le passage du cou rant est inversé dans chaque deuxième quadrant. Le plus petit des deux nombres de pôles est alors infé rieur de quatre au plus grand de ces nombres.
En principe, l'enroulement inducteur connu à courant continu peut être conçu de manière à per mettre d'obtenir au choix deux nombres .de pôles qui diffèrent beaucoup entre eux. Cependant, .les résul tats les plus, satisfaisants sont obtenus. lorsque le rapport des deux nombres de pôles ne diffère pas beaucoup de l'unité; il peut, par exemple, être com pris entre les limites de 0,8 à 1 et 1,25 à 1.
Le but de la présente invention est .de fournir une machine synchrone à nombre @de .pôles variable, comprenant un enroulement à courant alternatif et un enroulement inducteur à courant continu, dont l'enroulement inducteur est similaire à celui. des ma- chines connues. de ce genre lorsqu'il est connecté de manière à engendrer des :
pôles d'intensité dé champ égale, mais qui, lorsqu'il travaille dans des conditions dans lesquelles le sens, du passage du courant dans ,certaines bobines est inversé, donne une meilleure répartition de l'intensité du champ, donc, en consi dérant la courbe de l'intensité du champ en fonction de l'angle, une meilleure forme d'onde , notam ment en ce qui concerne ses composantes sous-har- moniques.
A cet effet, dans la machine synchrone à nombre de pôles variable qui fait l'objet de l'invention, d'en roulement inducteur est subdivisé en un nombre pair de parties s'étendant sur des arcs.
égaux de sa circon férence, chaque partie comprenant les bobines de l'enroulement susceptibles, lorsqu'elles sont connec tées pour obtenir ledit premier nombre de pôles, d'engendrer au moins trois pâles, -ledit enroulement inducteur étant susceptible d'être connecté, pour en- gendrer ce premier nombre de pôles, .de manière que toutes Tes bôbirië's sciëïït ër;
itéës -et- eiigëndrent üï champ dont les pôles sont d'intensités égales .et de polarités alternant d'un pôle au suivant, et, pour engendrer le second:
nombre .de pôles, de manière que .le passage du courant dans certaines bobines de la partie ou des parties de nombre pair soit inversé, et cette machine est caractérisée en ce que les parties de l'enroulement inducteur sont susceptibles d'être connectées, pour obtenir ledit second nombre de pô les, de manière à engendrer un champ présentant tous les pôles .que présente le champ lorsque ces par ties sont connectées pour obtenir ledit premier nom bre de pôles,
le premier et le dernier pôle de cha cune desdites parties présentant cependant une inten sité de champ plus faible que le ou les pôles inter médiaires, et tous les pôles de la partie ou des parties de nombre pair étant de polarités opposées à celles qu'ils ont lorsque cette partie ou ces parties sont con nectées pour engendrer le premier nombre de pôles.
Des enroulements inducteurs ,à courant continu, à nombre de pôles variable, d'une machine synchrone connue et de différentes formes d'exécution de la machine synchrone- selon l'invention vont être décri tes, à titre d'exemples, en se référant au dessin an nexé dans lequel:
- La fig. 1A est un diagramme de la répartition des intensités d'un champ inducteur à dix pôles suscepti ble d'être engendré aussi bien dans la machine con nue que dans des formes d'exécution de la machine selon l'invention la fig. 1B est un- diagramme analogue de la ré partition des intensités du champ à huit pôles que l'enroulement inducteur .de ladite machine connue est susceptible d'engendrer;
la fig. 1C est un diagramme analogue de la ré partition des intensités du champ à huit pôles que l'enroulement inducteur desdites formes d'exécution de la machine selon l'invention est susceptible d7en- gendrer ;
et les fig. 2 à 5 représentent les schémas- de con nexion des enroulements inducteurs de quatre for mes d'exécution différentes de la machine selon l'in vention, tous susceptibles d'engendrer aussi bien le champ représenté à la fig. 1A que le champ repré7 senté à la fig. 1C.
L'enroulement inducteur connu à courant continu est appelé enroulement inducteur à suppression de pôles ou à pôles fantômes, les pôles supprimés étant appelés pôles fantômes . Cet enroulement induc teur connu a le désavantage que, lorsqu'il est con necté de manière que certains pâtes soient supprimés, la forme d'onde représentant l'intensité du champ en fonction de l'angle de rotation présente une forte teneur en sous-harmoniques.
On expliquera plus clairement cet inconvénient en se référant à la fig. 1 .des dessins annexés dans lesquels la fig. 1.A représente le champ produit par un enroulement -à courant continu à 10 pôles présen tant -10 bobines 1 :à 10 en fonctionnement normal, chacune fournissant :un pôle de même intensité de champ (même- amplitude ) indiquée en h sur<B>lé</B> dessin. La fig. 1B représente le champ produit par le même enroulement fonctionnant pour fournir 8 pôles.
Dans ce but, deux des bobines, la bobine No 5 et la bobine No 10 sont omises du circuit et une moitié de l'enroulement résiduel comprenant les bo bines 6, 7, 8 et 9 est connectée en .sens inverse dans le circuit de façon que le .courant qui circule en sens inverse à partir de la connexion à 10 pôles fournisse ainsi des pôles correspondants 6, 7, 8 et 9 de pola rités opposées. Sur les fig. <B>IA</B> et 1B, les pôles sont numérotés suivant le numéro .de :l'enroulement four nissant le pôle.
Dans la connexion de l'enroulement suivant la fig. 1A, le champ (Y1) est donné par l'expression Yl = h (sin. 5, & ) en supposant une répartition de flux sinusoïdale.
En supposant une répartition de flux uniforme comme indiqué sur les figures, on a Yl = h (1,275 lin 5 f? -I- 0,425 lin 15 -f- 0,255 sin 25, & -I- 0,182 lin 35,a).
Le champ (Y2) suivant la connexion de la fig. 1B est donné par l'expression Y2 = h (0,272 sin U- -I-- 0,931 lin 4, - 0,621 lin 6-a - 0,068 lin 8, & ) .
en supposant de nouveau une répartition de flux uni forme.
A partir de ces expressions, il ressort que le sous- harmonique à quatre pôles présente une amplitude d'.un quart environ du champ à 8 pôles. La présence du flux<B>dû</B> aux sous-harmoniques est indésirable, attendu qu'il exerce un effet de flexion sur le bâti de la machine.
La fig. 1C représente, à titre d'exemple; le champ à huit pôles engendré par l'enroulement d'une forme d'exécution de la machine ,selon l'invention, enroule ment qui diffère de celui permettant d'obtenir le champ à huit pôles représenté à la fig. 1B. Dans le mode de fonctionnement fournissant le champ à huit pôles selon la fig. 1C, la moitié de l'enroulement comprenant les bobines 6 à 10 inclus, est inversée par rapport au demi-enroulement comprenant les bo bines 1 à 5.
De plus, les :pôles 1, 5, 6 et 10 sont diminués en amplitude, les pôles 1 et 5 étant fournis par les bobines 1 et 5 aux extrémités de la première moitié de l'enroulement et les :pôles 6 et 10 étant fournis .par les bobines 6 et 10 aux extrémités de la seconde moitié de l'enroulement. L'amplitude rési duelle des pôles 1, 5, 6 -et 10 est indiquée sur la, fig. 1C par la valeur<I>ah.</I> L'amplitude des pôles non diminués 2, 3, 4, 7, 8 et 9 reste à la valeur h comme indiqué sur la fig. 1A.
Si l'on met hors :circuit l'es trois quarts des spires de chacune des bobines 1, 5, 6 et 10 de façon que la valeur<I>ah</I> soit égale à un quart de<I>h,</I> la répartition du champ (Y3) est donnée par l'expression Y3 = h (0,0085 col 24 -I- 0,841 cos 419 - 0,561 col 6ft - 0,
0021 cos 8f. La différence entre les courbes des fig. 1B et 1C ressort encore plus clairement du tableau suivant qui donne les amplitudes respectives par rapport à celle du champ à 8 pôles, telles qu'elles sont fournies par les formules pour Y@, et Y3.
EMI0003.0008
harmonique <SEP> champ <SEP> champ
<tb> <I>Courbe</I> <SEP> à <SEP> 4 <SEP> pôles <SEP> à <SEP> 8 <SEP> pôles <SEP> à <SEP> 12 <SEP> pôles
<tb> Fig.1B <SEP> 29,2 <SEP> % <SEP> 100% <SEP> 66,8%
<tb> Fig.1C <SEP> 1,01% <SEP> 100% <SEP> 67,
8% L'expression donnée ci-dessus pour Y3 suppose que chaque spire de l'enroulement contribue de fa çon égale à l'amplitude du pôle correspondant. Dans le cas où on met des spires hors circuit dans les bo bines 1, 5, 6 et 10, si on les neutralise dans une proportion telle que l'amplitude résiduelle <I>ah</I> soit égale à 0,236h, le terme en col 2a disparaît com plètement de l'expression donnant la répartition du champ, .en laissant un champ dont la composante principale est le champ à 8 pôles nécessaire.
Cette proportion de spires supprimées constitue Pagence- ment le meilleur pour un tel enroulement inducteur à courant continu.
Des .enroulements inducteurs à courant continu avec leurs connexions de commutation permettant d'obtenir au choix soit un champ à 10 pôles corres pondant à la fig. 1A .soit un champ à 8 pôles corres pondant à la fig. 1C sont représentés sur les fig. 2, 3, 4 et 5, dans lesquelles les éléments correspondants sont désignés par les mêmes numéros de référence.
Sur chaque figure, l'enroulement à courant continu est supposé être l'enroulement du rotor de la ma chine, et on établit des connexions entre cet enroule ment et le nombre nécessaire de bagues collectrices. Les bagues collectrices sont représentées sur le côté de droite -de chaque figure, et les .deux connexions correspondant aux deux nombres de pôles sont re présentées sur chaque figure, les connexions de 10 pôles étant représentées au-dessus des bagues col lectrices et les connexions de 8 pôles au-dessous.
Sur la fig. 2, l'enroulement à courant continu à 10 pôles-comprend 10 bobines 1 à 10 agencées sous forme de deux demi-enroulements comprenant les bobines 1 ,à 5 et les bobines 6 à 10 respectivement.
Les bobines 1, 5, 6 et 10, c'est-à-dire les bobines si tuées aux extrémités des deux demi-enroulements, sont chacune formées de deux parties, la plus petite partie 1', 5', 6' et 10' comprenant un quart des spi res totales de la bobine, et (autre partie 1", 5", 6" et 10" comprenant les trois quarts restants des spires. Les bobines 1', 2, 3, 4 et 5' sont connectées en série entre les bornes 11 et 12 et des bobines 6', 7, 8, 9 et 10' sont connectées en série entre les bornes 13 et 14.
Les bobines 1" et 5" sont connectées en série l'une avec d'autre, et les, bobines 6" et 10" sont con nectées en série l'une avec l'autre, les deux combi naisons montées en série étant connectées en paral lèle entre les bornes 15 et 16. La borne 11 est reliée à une première bague collectrice 21, la borne 12 à une seconde bague collectrice 22 et la borne 13 à une troisième bague collectrice 23.
Les bornes 14 et 15 sont connectées ensemble et à une quatrième bague collectrice 24, et la borne 16 est connectée à une cinquième bague collectrice 25.
Pour chaque mode de connexion, sur toutes les fig. 2 à 5, l'enroulement à courant continu est ah- menté en courant à partir d'une source de courant dont le pôle positif est à la borne 31 et le pâle néga tif à :la borne 32. Pour la connexion à 10 pôles, les bagues collectrices 22 et 24 sont connectées ensem ble, les bagues collectrices 21 @et 23 sont connectées ensemble à la borne 31, et la bague collectrice 25 est reliée à la borne 32.
Pour la connexion à 8 pôles, les bagues collectrices 22 -et 23 sont reliées l'une à l'autre et sont connectées à la borne 31, les bagues collectrices 21 et 24 sont reliées ensemble et con nectées à la borne 32, et la bague collectrice 25 est isolée.
Sur la fig. 3, l'agencement des bobines 1 à 10 et leurs connexions aux bornes 11 à 16 sont les mêmes que sur la fig. 2. De façon analogue, les parties de bobines 1', 5', 6' et 10' contiennent chacune un quart de la totalité des spires des bobines respectives, et les parties de bobines 1", 5", 6" et 10" contiennent chacune trois quarts des spires. Toutefoir, dans l'agencement de la fig. 3, seules trois bagues collec trices sont nécessaires, les bornes 12,
14 et 15 étant reliées les unes aux autres en permanence sans qu'une connexion soit établie avec une bague collectrice. La borne 11 est reliée à la bague collectrice 21, la borne 13 est reliée à la bague collectrice 22, et la borne 16 est reliée à la bague collectrice 23. Pour la connexion à 10 .pôles, les bagues collectrices 21 et 22 sont connectées ensemble et à la borne 31, et la borne 32 est connectée à la bague collectrice 23.
Pour la connexion à 8 pôles, la borne 31 est la seule à être connectée à la bague collectrice 21, et la bague collectrice 22 est reliée à la borne 32 ; la bague collectrice 23 est isolée.
Les fig. 4 et 5 représentent une variante de construction de l'enroulement à courant continu dans laquelle la répartition de champ de la fig. 1C est obtenue par neutralisation de certaines bobines. Comme dans les agencements des fig. 2 et 3, les bo bines 2, 3, 4, 7, 8 et 9 contiennent chacune le nom bre total de spires. Les bobines 1, 5, 6 et 10, c'est à-dire les bobines situées aux extrémités des deux demi-enroulements, présentent chacune deux parties.
Les parties. 1', 5', 6' et 10' contiennent chacune trois huitièmes de la totalité des spires de chaque bobine, et les parties de bobines 1", 5", 6" et 10" contien nent chacune les :cinq huitièmes restants des spires.
Dans l'agencement des bobines représenté sur la fig. 4, les bobines complètes 2, 3 et 4 ainsi que les parties de bobines 1", 5", 6' et 10' sont toutes mon tées en série entre les bornes 11 et 12. Les bobines complètes 7, 8 et 9 ainsi que les parties de bobines 1', 5', 6" et 10" sont toutes montées en série entre les bornes 13 .et 14. La borne 11 est reliée à une bague collectrice 21, la borne 12 à une bague col lectrice 22, la borne 13 à une bague collectrice 23, et la borne 14 à une bague collectrice 24.
Dans la connexion à 10 pôles, les bagues collectrices 22 et 23 sont reliées l'une à l'autre, la borne 31 est con nectée à la bague collectrice 21, et la borne 32 à la bague collectrice 24. Dans la connexion à 8 pôles, les bagues collectrices 22 et 24 sont reliées l'une à l'autre, la borne 31 est connectée comme précédem ment à la bague collectrice 21, ,et la borne 32 à la bague collectrice 23.
Dans l'agencement de la fig. 5, les bobines ou parties de bobines 1", 2, 3, 4, 5", 6' et 10' sont montées de façon analogue en série entre les bornes <B>11</B> et 12, et les bobines ou parties de bobines 1', 5', 6", 7, 8, 9 et 10" sont montées en: série de façon analogue entre les bornes 13 et 14. La borne 11 est reliée à 1a bague collectrice 21, les bornes 12 et 13 sont reliées l'une à l'autre et à la bague collectrice 22, et la borne 14 est connectée .à la"bague collec trice 23.
Pour la connexion à 10 pôles, la borne 31 est connectée à la bague collectrice 21, et la borne 32 est reliée à la bague collectrice 23 ; la bague collec trice 22 est isolée. Pour la connexion à 8 pôles, la borne 31 est reliée à la bague collectrice 22. Les ba gues collectrices 21 et 23 sont connectées ensemble et à la borne 32.
Les exemples d'enroulements inducteurs à cou rant continu donnés ci-dessus se rapportent tous à des formes d'exécution de la machine selon l'inven tion dans lesquelles aussi bien l'enroulement à cou rant alternatif que l'enroulement à courant continu sont connectés de manière que da différence entre les deux nombres de pôles obtenus au choix soit égale à 2.
Cependant, la disposition des bobines selon cha cune des fig. 2 à 5 peut être répétée deux, trois, qua tre ou plus de fois sur le pourtour de l'enroulement en sorte que la répartition angulaire du champ selon les fig. <B>IA</B> et 1C.se répète de façon correspondante deux, trois, quatre ou plus de fois sur le \pourtour, en sorte qu'on obtient au choix l'.un ou l'autre de deux nombres de paires de ,
pôles qui diffèrent de deux, trois, quatre ou plus, respectivement.
Une forme d'exécution particulièrement avanta geuse de la machine synchrone selon l'invention est constituée par une machine comprenant un enroule ment inducteur susceptible d'engendrer un champ tel qu'il est représenté à la fig. 1C et dont des bobines sont connectées selon l'une quelconque des fig. 2 à 5, cette machine comprenant en outre un enroule ment à courant alternatif triphasé à nombre de pôles variables tel qu'il est décrit d ans le brevet No 373099.