Installation de distribution électrique transformant du courant alternatif monophasé en courant polyphasé. Comme on sait, quand quatre éléments d'égale réactance, dont deux de nature con- densative et deux de nature inductive, sont reliés en circuit fermé de manière qu'un élément condensatif alterne en position avec un élément inductif, un voltage alternatif de fréquence appropriée appliqué entre deux points opposés du circuit fermé produit dans un circuit récepteur relié aux deux autres points opposés du circuit fermé un courant en quadrature par rapport audit voltage et dont la valeur efficace ne dépend ni de la résistance ni de la réactance du circuit récepteur;
en particulier, si le facteur de puissance du circuit récepteur est égal à l'unité, la tension aux bornes de ce dernier est en quadrature par rapport audit voltage. Cet ensemble de quatre éléments a été dé nommé ,,carré monocyclique".
Par analogie on entendra par "rectangle monocyclique" la combinaison plus géné rale qu'on obtient en admettant que la réac tance commune des éléments condensatifs peut différer de la réactance commune des éléments inductifs. Dans ce cas, la relation entre le courant du circuit récepteur et le voltage considérés précédemment ne- sera. plus si simple; en particulier la tension aux bornes du circuit récepteur pourra être en quadrature par rapport audit voltage pour un facteur de puissance différent de l'unité.
La présente invention a pour objet. une installation de distribution électrique trans formant du courant alternatif monophasé en courant. polyphasé; à cet effet, elle comporte une combinaison de deux éléments de réac tance égaux condensatifs et de deux éléments de réactance égaux inductifs, montés, en cir cuit fermé, un élément, condensatif alternant avec un élément inductif, le rectangle mo nocyclique ainsi formé ayant une paire de points diagonaux reliés au circuit. à. courant monophasé et fournissant.
à l'autre paire de points diagonaux une phase du courant polyphasé, tandis qu'une autre phase du courant. polyphasé est fournie directement par le courant monophasé.
L'installation est, destinée à être con- nectée à une source de courant monophasé et peut aussi comporter des appareils pour utiliser le courant polyphasé.
Les fig. 4 à 5 du dessin schématique ci- joint représentent, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution de l'objet de l'in vention; la ifig 6 est un diagramme vectoriel correspondant à la fig. 5.
La forme d'exécution de la fig. 1 comporte un fransformateur 26, dont l'enroulement primaire se trouve dans le circuit 1 d'une source de courant alternatif monophasé. rlle comporte, en outre, un moteur à induc tion biphasé compensé 17, dont une phase est alimentée directement par l'enroulement se condaire 25 du transformateur 26, tandis que l'autre phase est alimentée par l'intermé diaire d'un carré monocyclique 24. Le sta tor clé ce moteur possède deux enroulements excitateurs, 18, 19; le rotor 20 est pourvu d'un commutateur avec deux paires de balais 21. alimentées au moyen cles transformateurs de voltage 22, 23. Le carré 24 comprend deux éléments de réactance condensatifs 4, 6 et deux éléments de réactance inductifs 5.
7, tous de mème réactance et reliés en circuit fermé, un élément condensatif alternant avec un élément inductif.
L'enroulement de phase 18 du moteur 17 est directement en dérivation sur l'ensemble clé l'enroulement secondaire 25 du transfor mateur 26. Cet enroulement 25 est pourvu d'une série clé prises de courant 25a qui peu vent être engagées, une à une, par un bras conducteur mobile 29 d'un régulateur de voltage. Le bras 29 est relié par un fil 2S au point 2 du carré 24, dont le point. diago- nalement opposé 3 est relié à l'extrémité 25b de l'enroulement secondaire 25. En fai sant varier la position du bras 29 on peut régler à volonté le voltage imprimé au carré 24. L'enroulement 19 du moteur 17 est relié aux points diagonalement opposés 10, Il du carré 24.
En réglant d'une façon appropriée la valeur du voltage imprimé au carré 24, un courant alternatif de même amplitude que le courant fourni à l'enroulement de phase 18 et en quadrature avec lui peut être amené à l'enroulement clé phase 19.
On peut démontrer que ces conditions sont remplies lorsqu'on a
EMI0002.0012
P' étant la tension entre les points 2 et 3, P la tension clé tout l'enroulement 25, #u le produit de la fréquence par 2 #. C la ca pacité de chacun cles éléments 4 et 6, L la self-induction clé chacun cles éléments 5 et 7. r la résistance clé chacun ries enroulements 18 et 19.
Le réglage du voltage entre les points et 3 est effectué automatiquement, par un régulateur dont le fonctionnement dépend clé la différence cles voltages imprimés aux enroulements 18 et 19. Ce régulateur com porte un moteur 27, qui déplace le bras 29 par l'intermédiaire d'une vis sans fin. et un relais 30. qui commande la marche et le sens de rotation du moteur 27. Un bras 31 du relais 30 est solidaire d'un levier-balan cier 32 portant à ses extrémités les noyaux mobiles clé deux électro-aimants 33, 34; on supposera que des ressorts non dessinés ten dent à le maintenir clans une position neu tre, représentée au dessin.
L'électro-aimant 33 est en dérivation sur l'enroulement. de phase 18 et. l'électro-aimant 34 est. en déri vation sur l'enroulement clé phase<B>19</B> du moteur 17. :lussi longtemps crue les voltages imprimés à ces deux enroulements sont égaux entre eux, la traction électromagné tique exercée par l'électro-aimant 33 équili brera. celle exercée par l'électro-aimant 34 et 1o bras clé relais 3l demeurera. clans sa position neutre. Lorsque. cependant, les dits voltages ne seront plus égaux.
l'un clés électro-aimants l'emportera sur l'autre et déplacera le bras clé relais 3l, lequel actionne le commutateur Ô"5 pour faire démarrer le moteur 27 clans le sens. clé rotation correspon dant. Sitôt que les voltages seront. égalisé,, l'effet clé traction clés deux électro-aimants 33, 34 sur le levier 32 sera clé nouveau équi libré et. le bras 31 ramené à sa position neutre. Pour mieux expliquer le fonctionnement du relais 30, on supposera, par exemple, que le voltage imprimé à l'enroulement 19 soit inférieur au voltage imprimé à l'enroule ment 18.
L'effet de traction exercé par l'électro-aimant 33 l'emportera, par consé quent, sur celui de l'électro-aimant 34 et le commutateur 35 sera amené à faire démarrer le moteur 27 dans un sens de rotation con venable pour faire augmenter le voltage im primé au carré 24 et, comme conséquence, le voltage imprimé à l'enroulement 19. Aussi tôt que les voltages imprimés aux enroule ments 18, 19 seront égalisés, le commutateur 35 sera actionné de façon à disconnecter le moteur 27 du circuit et à obliger par là le bras de réglage 29 à rester stationnaire.
On peut faire varier le voltage total de l'enroulement secondaire 25 du transforma teur 26 en changeant le nombre des spires primaires insérées dans le circuit 1.
Dans la forme d'exécution de la fig. 2, le moteur 17 peut travailler avec un facteur de puissance différent (le l'unité, auquel cas le rectangle monocyclique 24 n'est plus un carré. En outre, une même tension (variable suivant la charge) est appliquée à l'enroule ment 18 et entre les points 2,3 du rectangle 24. Le moteur 17 peut être un moteur biphasé du type usuel à induction qui ne travaille pas avec un facteur de puissance égal à l'unité, mais qui pour une vitesse donnée peut être amené à travailler avec un facteur de puis sance constant pour toutes les conditions de charge en faisant varier les voltages im primés à ses deux enroulements proportion nellement à la racine carrée de la puissance y amenée. Dans ces conditions, la résis tance et la réactance des enroulements 18.
19 resteront constantes et l'on pourra dimen- sionner les éléments du rectangle 24 de ma nière à obtenir la relation biphasée voulue entre les voltages imprimés à ces enroule ments.
On démontre que ces conditions impli quent les relations
EMI0003.0004
M6 étant la conductance et N la susceptance (d'après Steinmetz) de chacun des enroule ments 18 et 19. (On a M =
EMI0003.0005
et N =
EMI0003.0006
R étant l'impédance et ç te retard an gulaire du courant.) Pour régler automatiquement les voltages imprimés aux deux phases du moteur se lon les conditions susmentionnées, l'instal lation comporte clos dispositifs de réglage 42, 42a fonctionnant d'après le principe cl'un wattmètre et ayant une bobine rotative en dérivation 43, resp. 43a ainsi qu'une bobine stationnaire en série 44, resp. 44a.
La bobine 44 est en série avec le rectangle 24, en ce sens que le courant qui la traverse entre clans ce rectangle ou en sort par le point 2: la bobine 44a est directement. en série avec l'enroulement 18 du moteur. Les bobines en dérivation i3, 43a sont pourvues de bras de contact 45, 45a s'engageant avec des prises de courant 25c. resp. 25à, dont est pourvu l'enroulement secondaire 25. L'autre extré mité des bobines 43, 43a est reliée à l'extré mité 251) (le l'enroulement 25 par l'intermé diaire de fils flexibles 47, i7 a et. de résis tances 48, 4Sa. Les bobines 44, 44b sont. re liées aux bras 45, 4,-a par des fils flexibles @î6, '16a.
A chaque valeur (le la puissance totale absorbée par le moteur 17 correspondront clos positions déterminées pour chacune des bobines 43. 43a, grilce à l'équilibre entre le torque électrodynamique exercé par les bobines 44, 44a et le tordue antagoniste d'un ressort ou autre organe non dessiné. Dans toutes ces position, d'équilibre, les bras 45 et 45a seront en regard l'un de l'autre, les dispositifs de réglage 42, 42a étant, identi ques.
Les prises de courant<B>25e</B> et. 25à de vront être établies de manière à faire varier leurs voltages P, et P,, proportionnellement à la racine carrée du torque desdits res sorts.
On peut. démontmr que. si les conditions (le réglage mentionnées ci-dessus sont, satis faites, le courant total traversant l'enroule- ment secondaire 25 est en phase avec la ten sion secondaire du transformateur 26. En considérant le courant d'aimantation comme négligeable, on pourra donc dire que le cir cuit monophasé 1 travaille avec un facteur de puissance égal à l'unité, quel que soit le facteur de rpuissance constant avec lequel travaille le moteur 17.
On peut encore obtenir un réglage auto matique assurant la relation biphasée vou lue entre les courants des enroulements 718, 19 en renonçant à l'identité des dispositifs r2, 42a, de farcir due les voltages Pd et Pe, tout en variant proportionnellement à la ra cine narrée de la puissance, soient clans un rapport constant k différent de l'unité;
on peut, par exemple, changer l'une des résis tances AS,48a Les formules pour C et d deviennent alors
EMI0004.0001
EMI0004.0002
Torde <SEP> fois <SEP> on <SEP> ne <SEP> pourra <SEP> plus <SEP> dire <SEP> que <SEP> le <SEP> cir cuit <SEP> 1. <SEP> travaille <SEP> avec <SEP> un <SEP> facteur <SEP> de <SEP> puissance
<tb> él-al <SEP> à, <SEP> l'unitr=.
<tb> l'on <SEP> vecr' <SEP> faire <SEP> fonctionner <SEP> pour <SEP> plu sieua-s <SEP> vitesses <SEP> @lu <SEP> moteur <SEP> l'installation <SEP> repr@ sent@"c <SEP> en <SEP> .'?- <SEP> il <SEP> faudra <SEP> en <SEP> général <SEP> faire
<tb> vari,-t <SEP> d'iinc <SEP> vilesse <SEP> à <SEP> l'autre <SEP> deux <SEP> des <SEP> trois
<tb> gran4eurs <SEP> <I>C. <SEP> L. <SEP> l-</I> <SEP> par <SEP> un <SEP> réglage <SEP> supplémen taire. <SEP> Art <SEP> cas <SEP> -ii <SEP> la.
<SEP> susceptance <SEP> V <SEP> ne <SEP> chan -erait <SEP> pas <SEP> avu@ <SEP> la <SEP> vitesse, <SEP> il <SEP> suffirait, <SEP> de <SEP> faire
<tb> vari.@r <SEP> d,: <SEP> en <SEP> oison <SEP> inverse <SEP> de <SEP> 111.
<tb> La <SEP> fi--. <SEP> 3 <SEP> i@@r@résente <SEP> une <SEP> installation <SEP> clif fE_\-raiit <SEP> de <SEP> l'installation <SEP> représentée <SEP> en <SEP> fié, <SEP> w
<tb> par <SEP> laprésenwu <SEP> de <SEP> réactances <SEP> 51, <SEP> 56 <SEP> en <SEP> série
<tb> ove- <SEP> le <SEP> rer_tan@ae <SEP> @M, <SEP> resp. <SEP> l'enroulement <SEP> 1S
<tb> du <SEP> i,ioterrr, <SEP> <B>ci</B> <SEP> par <SEP> l'absence <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> de
<tb> ré <SEP> :
-lare <SEP> 42a, <SEP> 7-uirroulement. <SEP> <B>18</B> <SEP> étant <SEP> aussi.
<tb> coniiiran(li# <SEP> par- <SEP> le <SEP> dispositif <SEP> 4?. <SEP> La <SEP> réactance
<tb> 51, <SEP> iris._r ée <SEP> d;aits <SEP> le <SEP> conducteur <SEP> 50 <SEP> qui <SEP> mène
<tb> de <SEP> lr-@ <SEP> bobine <SEP> --:,' <SEP> au <SEP> point. <SEP> 2, <SEP> est <SEP> constituée <SEP> par
<tb> unfu <SEP> lF@bine <SEP> (f'i:i,lurtion <SEP> à <SEP> noyau <SEP> nia,_,,néticlue
<tb> 53. <SEP> La <SEP> rt_actani c_> <SEP> 56, <SEP> insérée <SEP> clans <SEP> le
<tb> 51 <SEP> qui <SEP> w; <SEP> ne <SEP> de <SEP> la. <SEP> bobine <SEP> 43 <SEP> à. <SEP> l'enroule ri,e@31i <SEP> 1.5, <SEP> constitcae <SEP> l'élément <SEP> primaire <SEP> d'un
<tb> 5-1 <SEP> dont. <SEP> le <SEP> circuit <SEP> secondaire
<tb> ren!\@ <SEP> i-ane <SEP> un <SEP> -,nalensateur <SEP> 55;
<SEP> la <SEP> rc'actance 56 est donc condensative, tandis due la réac tance 51 est inductive.
Dans l'installation de la fig. 3 le rec tangle 24 peut être un carré mème quand le facteur de puissance du moteur diffère de l'unité. On démontre due, si les réactances des éléments 4, 5, G, 7 sont égales à l'impé dance R des enroulements 18, 19 et si cha cune des réactances 51, 56 a pour valeur Rtg # # étant le retard angulaire des cou rants clans les enroulements l i, 18, on ob tient à la fois la relation biphasée voulu entre ces courants et la suppression du dé calage dans l'enroulement 25 du transforma teur. On démontre encore due, pour obtenir à la fois ces cdeux effets, l'égalité des réac tances 51 et 56 est nécessaire, même quand le rectangle 24f n'est plus un carré.
Si l'on renonce au second effet (facteur de puissance unité dans le circuit 1), on pourra obtenir un réglage supplémentaire d'après la vitesse en changeant seulement les valeurs des réactances 5, 7i et 51. Dons certains cas, on pourra même se contentesr de clhanger la valeur (le la réactance 51, en dé plaçant le noyau 53.
Dans la forume d'exécution fie la fig. 4, le transformateur 26G a deux enroulement-s seconda ires, 62, 63. L'enroulement secon- claires 62 est, par le nombre complet de ses spires, relié aux bornes 64, 65 glu stator un delta d'un moteur triphasé 59. L'enroule ment secondaire 63 est relié par une rprise de cornant 63a et une extrénmité iii,ux peints diagonalement opposés 2, 'à du rectangle 24. Une prise de courant 62a dans la partie mé diane de l'enroulement 62 est reliée au point 10 cdu rectangle 24 dont le point. diagonale- ment opposé 11 est relié à, la borne 66 cl stator du moteur.
On peut supposer la prise de courant 62a juste au milieu clé l'enroulement 62, de ma nière à rendre ëg-aux les voltages entre la prise 62a et les deux extrémités de cet en roulement;
on peut aussi supposer la prisa_, (le courant 63a choisie de telle fieon que le voltage entre les points 2, 3 soit égal à
EMI0005.0001
fois le voltage de tout. l'enroulement 62.
Dans ce cas, on obtient la relation triphasée vou lue entre les potentiels des trois bornes 64, 65. 66 si l'on a
EMI0005.0002
M et N étant la conductance et la suscep- tance de chacune des trois bobines du sta tor du moteur; on obtient en même temps le facteur de puissance 1 dans le circuit primaire du transformateur 26, la somme vectorielle des anmpère-tours secondaires étant alors en phase avec les voltages se condaires.
On démontre que, dans le cas où M varie seul (sans N), il est possible de maintenir ces deux effets sans rien changer au rec tangle 24, en changeant seulement les prises de courant 62a et 63a.
Si le rectangle 24 est un carré, la relation triphasée voulue ne s'obtient que pour N nul, La fig. 5 représente une installation de distribution au moyen de laquelle on peut obtenir des courants hexaphasés à partir du circuit d'alimentation monophasé 1 par l'in termédiaire de deux rectangles monocycli ques, 24a et 24b. Les deux enroulements secondaires 62a et 62b du transformateur 26 ont le même nombre de spires et sont reliés aux points diagonalement opposés 2a, 3a, resp. 2b, 3b des rectangles 24a et 24b. Le point 10a et le point i1b coïncident. Les six bornes successives du stator en polygone du moteur 69 sont reliées aux points lob, 2b, 2a, lia, 3a, 3b.
On démontre que la relation polyphasée voulue entre les potentiels des six bornes du stator est obtenue si l'on a
EMI0005.0007
M et N étant la conductance et la susceptance de chacune des six bobines du stator. Toute fois la somme vectorielle des ampères-tours secondaires ne sera plus en phase avec les voltages secondaires pour N différent de zéro. La fig. 6 est un diagramme vectoriel clans lequel les potentiels ctes points 10b, 32b, 2a, 11a, 3a, 3b et, par conséquent, des bornes du stator sont représentés par les sommets d'un hexagone régulier. Les traits pleins ver ticaux représentent les voltages entre les points 2 et, 3 des rectangles 24. Le trait plein horizontal représente le double du voltage entre les points 10 et 11 de chacun de ces rectangles.