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"MOTEUR D'INDUCTION MONOPHASE A INDUIT EN COURT-CIRCUIT
ET PHASE AUXILIAIRE DE DEMARRAGE AVEC CONDENSATEUR"
Le moteur d'induction monophasé à rotor en courtcircuit présente, comme on le sait, l'inconvénient de ne pas développer de couple au démarrage. On y a remédié par différents artifices consistant à connecter une phase auxiliaire sur le réseau, par l'intermédiaire d'une résistance et d'une self, pendant la durée du démarrage. Ces moyens ont été employés sans grand succès par suite de leur complication et de la mauvaise utilisation de la machine.
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La présente invention a pour objet des perfection -
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nements apportés au moteur d'induction à rotor en court-circuit en vue d'améliorer :
1 ) les conditions du démarrage,
2 ) l'utilisation de la machine:
Un premier perfectionnement est relatif à la combinaison du rotor à double cage (ou du rotor à résistance accrue au démarrage au moyen de barres profondes, de barres en L ou de tout autre système) et du stator monophasé à phase auxiliaire dans laquelle est insérée une capacité constante ou variable.
Comme on le sait, la capacité décale la tension de la phase auxiliaire par rapport à la tension d'alimentation et permet d'obtenir un champ tournant dans la machine et, par suite, un couple au démarrage. On a représenté sur la fig. 1 des dessins ci-annexés le diagramme des tensions et des intensités au démarrage. Ur représente la tension du réseau et, par suite, la tension aux bornes de la phase principale, Uo la tension aux bornes de la capacité et Ua la tension aux bornes de la phase auxiliaire.
On peut toujours insérer un condensateur de capacité telle que les tensions aux bornes de deux phases soient décalées de @/2 mais l'égalité des flux dans les deux axes ne peut Être obtenue, de sorte que le champ produit est elliptique, ce qui nécessite l'emploi d'un rotor assez résistant pour obtenir un couple appréciable au démarrage. La disposition avec double cage est prévue intentionnellement dans ce but.
Les intensités dans le condensateur, dans la phase principale et en ligne sont représentées par Ic, Ip, Il.
On voit que le facteur de puissance en ligne est voi- sin de l'unité. En marche normale, le diagramme des tensions se déforme et le champ tournant se rapproche davantage d'un champ circulaire, voir fig. 2. On peut accroître le couple au démarrage en augmentant la valeur de la capacité pendant la durée du démarrage de façon à obtenir une tension plus grande
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aux bornes de la phase auxiliaire. L'angle entre les tensions
Ur et Ua est modifié mais le couple croît parce que la grandeur de la tension Ua peut être considérablement augmentée.
La fig. 3 représente schématiquement un exemple de réalisation du moteur défini ci-dessus :A est la phase auxiliaire, P la phase principale, R le rotor, C1 et C2 les capacités, M et D les positions de l'interrupteur I pour la marche normale et le démarrage. Les valeurs des capacités
C1 et C2 peuvent être réduites par le choix convenable du nombre de spires de la phase auxiliaire A, qui peut être différent de celui de la phase principale P.
On peut obtenir le même résultat par une capacité variable au moyen d'un autotransformateur modifiant la tension appliquée aux bornes de la capacité. La fig. 4 représente un tel exemple, T étant l'autotransformateur à prises et C la capacité variable.
Le passage de l'interrupteur I de la position D à la position M peut être fait soit à la main, soit au moyen d'un conjoncteur à force centrifuge.
Un second perfectionnement consiste à employer un conjoncteur électromagnétique mis sous la dépendance de la tension aux bornes de la capacité ou de la phase auxiliaire pendant la durée du démarrage. Cette tension varie, en effet, du simple au double emtre le démarrage et la marche normale et peut provoquer la fermeture d'un contact à partir d'une certaine valeur.
Un troisième perfectionnement permettant d'obtenir des valeurs renforcées du couple au démarrage, consiste à modifier la tension d'alimentation de la phase auxiliaire au moyen d'un autotransformateur. On peut ainsi obtenir au démarrage un champ'tournant absolument régulier avec un fac- teur de puissance égal à l'unité.
La fige 5 représente un mode de réalisation de ce système dans lequel T est l'autotransformateur à prises.
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Pour obtenir une courbe de couple convenable pendant la mise en vitesse, il faut modifier, à la fois, la tension appliquée aux bornes de la phase auxiliaire et la capacité insérée, ce qui est représenté sur'-la fig. 6, à titre d'exemple.
On peut augmenter le nombre de prises sur 1'autotransformateur T et la capacité C2 de façon à constituer un véritable démarreur.
L'autotransformateur et le moteur peuvent être combi- nés en un seul appareil en prévoyant dans les encoches de la phase principale P un enroulement supplémentaire muni éventuel- lement de plusieurs prises permettant de modifier la tension appliquée à la phase auxiliaire A.
On peut, dans tous les cas d'emploi de plusieurs capa- cités, utiliser le couplage des condensateurs en parallèle pour le démarrage et en série pour la marche normale, de façon à ce que pour la marche normale, la tension sur chacun des éléments, ne dépasse pas la tension appliquée pendant le démarrage.
Toutefois, l'emploi de deux capacités ou d'un auto- transformateur à prises nécessitant un coupleur à force centri- fuge ou électromagnétique décrit ci-dessus est limité, dans cer- tains cas, par des inconvénients: diminution de la robustesse de la machine et production à chaque fonctionnement de perturba- tions dans les appareils récepteurs de T.S.F.
Un quatrième perfectionnement remédie à ces inconvénients et permet d'obtenir un renforcemént du couple au démarrage, une augmentation de la capacité de surcharge du moteur et un appel de courant réduit à l'enclenchement. En outre, la valeur du couple obtenu au démarrage est absolument indépendante de la position du rotor sans l'emploi des rainures inclinées, ce qui constitue un avantage appréciable.
Ce dispositif consiste à remplacer le rotor ordinaire en court-circuit par un double rotor constitué par un rotor en court-circuit à simple ou double cage et un rotor auxiliaire en forme de cylindre tournant dans l'entrefer, librement sur l'arbre du premier. Ce cylindre est constitué en métal magnétique et peut
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porter des rainures longitudinales. Il peut entraîner le venti- lateur qui assure le refroidissement de la machine. L'entrefer du moteur ordinaire est ainsi remplacé par deux entrefers entre lesquels se trouve le rotor intermédiaire dont la hauteur radia- le est de l'ordre de quelques millimètres.
La fig.7 du dessin oi-annexé représente schématique- ment un exemple de réalisation de ce double rotor : est l'arbre de la machine, R le rotor ordinaire en court-circuit, 0 l'enrou- lement à simple ou double cage, R' le rotor auxiliaire, V les palettes formant ventilateur.
Le fonctionnement de la machine est le suivant:
Dès la fermeture de l'interrupteur, le rotor intermédiaire R' démarre et monte rapidement en vitesse. Il étouffe progressive- ment le champ inverse et la machine se comporte comme un moteur d'induction à champ-tournant ordinaire. Il devient donc superflu de modifier la tension d'alimentation de la phase auxiliaire et la valeur de la capacité pour obtenir un champ tournant régulier, une courbe de couple convenable pendant la mise en vitesse et une capacité de surcharge accrue.
Il ne se produit aucune rupture de circuit pendant la mise en vitesse et la capacité employée pour la marche normale du moteur ordinaire suffit au démarrage à couple élevé de ce - nouveau moteur.
Pour augmenter la résistance transversale offerte au flux dans le rotor auxiliaire, des rainures peuvent être prévues longitudinalement dans l'épaisseur du cylindre comme indiqué précédemment. Elles sont -représentées par r1, r2 sur la fig.8 montrant une coupe de ce rotor intermédiaire.
Les résultats intéressants, dus à ce dispositif pro- viennent de l'emploi combiné du rotor intermédiaire et de la capacité dans la phase auxiliaire du stator. Il ne pourrait pas être employé dans un moteur monophasé ordinaire.
Le cinquième perfectionnement consiste à employer soit des encoches de sections différentes\pour la phase prin-
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cipale et la phase auxiliaire du stator; soit un nombre d'encoche plus élevé pour la phase auxiliaire afin d'augmenter le poids de cuivre de cette-seconde phase,. Cette disposition permet d'ac- croître la puissance des machines en'conservant un couple conve- nable au démarrage.
On a intérêt pour réduire le prix du condensateur, à employer un nombre de fils plus grand pour la phase auxiliaire que pour la phase principale ce qui diminue l'utilisation des encoches réservées à la phase auxiliaire. D'autre part, la ré- duction des pertes à vide exige une section de cuivre proportionnellement plus importante pour les conducteurs de cetté phase, de sorte que les dispositions préoédentes permettent, en remédiant à ces difficultés, d'améliorer sensiblement le fonctionnement de ces machines.
La fig.9 représente un exemple de réalisation d'encoches de sections différentes, P' désignant les encoches de la phase principale et A' les encoches de la phase auxiliaire.
Le sixième perfectionnement permet de supprimer le coupleur à force centrifuge ou électromagnétique des moteurs à couple renforcé au démarrage au moyen de deux capacités ou d'un autotransformateur à prises, visés ci-dessus.
Il consiste à utiliser une inductance à noyau magnétique convenablement saturé placée en dérivation aux extrémités de la phase auxiliaire.
La fig.10 représente schématiquement la réalisation de ce système:
P étant la phase principale;
A la phase auxiliaire;
C le oondensateur;
R le rotor;
S l'inductance à noyau magnétique.
Le fonctionnement du système est le suivant:
Au démarrage, la tension aux bornes de la phase auxiliaire A est inférieure ou voisine de la tension du réseau, la
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self S est prévue peu saturée à ce régime et de/réactance élevée, elle n'est par suite traversée que par un courant très faible.
En outre, le couple au démarrage est légèrement ren- forcé par suite de l'augmentation de l'angle de déoalage entre la tension de la phase auxiliaire et la tension du réseau.
La fig.ll représente le diagramme des courants et des tensions d'un moteur ordinaire et la fig.12 le même diagramme d'un moteur muni du dispositif objet de l'invention.
UA est la tension aux bornes de la phase auxiliaire ;
UC est la tension aux bornes du condensateur;
UR est la tension du réseau;
IA est le courant dans la phase auxiliaire;
IS est le courant dans la self; est le courant dans le condensateur.
Il apparaît immédiatement sur ces figures que l'angle entre UA et UR est plus grand dans le second cas que dans le premier.
Pendant la mise en vitesse, la tension monte aux bor- nes de la phase auxiliaire A et par suite aux bornes de l'inductance S dont la valeur de la self diminue progressivement par suite de la saturation du fer. Le courant traversant la capacité est progressivement dérivé à travers cette inductance pour attein- dre sa valeur normale au voisinage du synchronisme. Tôut se passe comme si la valeur de la capacité avait été réduite.
En outre, le système ainsi constitué atténue l'effet des variations de tension de la ligne sur les courants dans les enroulements du moteur.
Le système est indéréglable et ne cause aucune pertur- bation radiophonique puisuq'il ny' e jamais rupture de circuit.
Le septième perfectionnement, qui peut être employé avec ou sans le dispositif précédent, consiste à connecter une induc- tance auxiliaire à noyau magnétique en dérivation aux bornes de la capacité pour provoquer sa décharge aussitôt l'ouverture de l'interrupteur de ligne et empêcher tout phénomène de résonance.
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La fig.13 représente un schéma de ce dispositif sur lequel S est l'inductance principale de la fig. 10 et s l'induc-
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tance auxiliaire, objet du fetiltin â1t (te.tion, " h
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant:
Pendant la marche, il existe une tension alternative aux bornes de ! et le courant est limité par la self-inductance de la bobine. Dès que l'alimentation est coupée, le condensateur conserve une certaine charge qui s'écoule instantanément à travers s jouant le rôle de résistance.
En outre, la saturation du noyau magnétique limite la tension aux bornes de l'inductance auxiliaire et empêche tout phénomène de résonance qui aurait tendance à se produire dans le circuit de la phase auxiliaire entre le oondensateur et l'enroulement du stator.