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"PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS ELECTRIQUES ET A LEURS ENROULEMENTS"
La présente invention a trait à des perfectionnements apportés aux appareils électriques et, en particulier, aux appareils du type utilisant une induction électromagnétique, comme par exemple les génératrices électriques, moteurs élec- triques et transformateurs, son objet principal étant de mu- nir les appareils de ce genre de moyens grâce auxquels de nombreuses opérations peuvent être réalisées plus efficace- ment, ou avec une plus grande souplesse de régulation, ou avec un meilleur emploi des matières constituantes, ou d'une manière se prêtant à une disposition plus ramassée et plus commode que jusqu'à ce jour.
Un appareil électrique du type sus-mentionné et conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'un
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ou plusieurs des enroulements dont il est composé sont, dans plusieurs longueurs ou sections séparées l'un de l'au- tre par un agent ou élément redresseur.
Une propriété bien connue d'un agent redresseur réside dans le fait que la résistance qu'il offre à un passage du courant électrique est subordonnée au sens du passage et, en vertu de cette propriété, on peut provoquer le passage d'un courant de valeur moyenne autre que zéro à l'aide d'une force électromotrice variable, alors même que cette force aurait une valeur moyenne zéro. Par suite, un ou plusieurs enroulements appliqués conformément à la présente invention peuvent fournir ou recevoir le courant unidirectionnel sen- siblement constant qu'on appelle couramment "courant continu".
L'oxyde de cuivre et le sélénium sont des exemples d'a- gents redresseurs appropriés bien connus.
De préférence, le ou les enroulements comprendront deux conducteurs parallèles séparés l'un de l'autre uniquement par l'agent redresseur, l'extrémité d'une des sections cons- tituant une des bornes ou pôles de l'appareil ou réseau, et l'extrémité de l'autre constituant l'autre borne ou pôle de l'appareil ou réseau.
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Conformément à une caractéristique de cette invention, une bobine ou enroulement destiné à un appareil électrique comprend au moins deux conducteurs séparés qui sont enrou- lés côte à côte et en contact électrique entre eux par l'in- termédiaire d'un agent redresseur interposé entre les côtés tournés l'un vers l'autre des dits conducteurs. L'extrémité d'un de ces conducteurs constitue ainsi une des extrémités de la bobine ou enroulement, et l'extrémité de l'autre con- ducteur constitue l'autre extrémité de la bobine ou enrou- lement.
L'invention peut, d'une façon générale, être appliquée avantageusement aux moteurs et génératrices dans lesquels
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les enroulements redresseurs peuvent être ceux du stator et/ou ceux du rotor, la disposition particulière adoptée dépendant de la construction de l'appareil et de l'usage auquel il est destiné. En particulier, les enroulements con- formes à l'invention peuvent être appliqués à tout appareil à courant alternatif en vue de la production du courant d'ex- citation continu destiné aux enroulements inducteurs.
Une autre application de l'invention réside dans l'amé- lioration apportée à la correction du facteur de puissance des équipements à courant alternatif. On sait qu'on peut amé- liorer le facteur de puissance de ces équipements par l'in- troduction d'une composante de courant continu ; la pré- sente invention permet d'établir une génératrice très sim- ple et très compacte en vue de la production de cette com- posante de courant continu.
Une telle génératrice de courant continu peut aisément être incorporée à un alternateur, et l'absence de collecteur la rend particulièrement simple et compacte, ou bien on peut incorporer un ou plusieurs enroulements dont plusieurs longueurs sont séparées par un élément redresseur à la par- tie qui fournit du courant alternatif, de manière à produire une composante de courant continu destinée à être combinée avec ce courant alternatif.
Dans l'application de l'invention à un transformateur, il sera prévu, au moins dans le secondaire, deux conducteurs disposés côte à côte ou parallèles qui sont en contact entre eux par l'intermédiaire d'une couche mince d'oxyde de cui- vre, sélénium ou similaire. Le transformateur débitera ainsi du courant continu sans qu'on ait besoin d'avoir recours au redresseur extérieur habituel. En doublant en des enroule- ments, il sera possible d'obtenir l'équivalent d'un redres- sement à onde entière dans le circuit de sortie du transfor- mateur.
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On complètera la description de l'explication de l'in- vention en la décrivant ci-après à l'aide des schémas et dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples de plusieurs applications de la dite invention et ne la limitent en aucune façon.
Sur ces dessins:
Fig. 1 et 2 sont respectivement une coupe transversale schématique et une vue en plan d'une portion d'un enroulement tel que celui dont on pourrait faire usage dans un appareil électrique pourvu d'encoches dans lesquelles passent les enroulements.
Fig. 3 représente schématiquement une partie des enrou- lements d'un induit destiné à une machine du type rotatif.
Fig. 4 est une coupe longitudinale schématique d'un moteur réversible à vitesse variable conforme à l'invention.
Fig. 5 est le schéma de montage électrique de ce moteur.
Fig. 6 est un schéma illustrant l'application de l'in- vention à un transformateur.
En se référant d'abord aux figures 1 à 3 inclus, on re- marquera que, dans l'application de l'invention à une généra- trice de courant continu, l'induit de la génératrice peut être de la construction classique pourvue d'un empilage de tôles présentant des encoches destinées à recevoir les en- roulements. L'induit peut être l'organe mobile, comme dans les génératrices à courant continu classiques, ou bien il peut être l'organe fixe ou stator.
Les portions d'enroulement que contiennent les encoches comprennent deux sections ou longueurs conductrices parallè- les dont les faces tournées l'une vers l'autre sont séparées l'une de l'autre par l'agent redresseur, qui peut soit être libre, soit uni à l'un ou chacun des conducteurs. A la fig. 1 deux longueurs de conducteur 10 et 11 sont en contact élec- trique par l'intermédiaire d'un agent redresseur 12, par
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exemple en sélénium ou en oxyde de cuivre.
Bien qu'il ait été spécifié ci-dessus que les lon- gueurs 10 et 11 sont des longueurs conductrices parallèles, il doit être entendu que ceci ne limite aucunement l'inven- tion, étant donné que les dites longueurs peuvent être de toute forme appropriée et désirable des points de vue méca- nique, électrique, thermique ou constructif : plus qu'il n'est essentiel que les portions redresseuses soient limi- tées aux encoches. Il peut être prévu une série de tels éléments dans une encoche ou dans une autre position appro- priée, et certaines parties de l'enroulement peuvent ne contenir aucun élément de redressement.
Il ressort de la figure 2 qu'une des extrémités de cha- que section ou longueur conductrice est prolongée en vue de la connexion dans la mesure désirable.
Dans le cas de l'enroulement d'induit de la figure 3, les éléments redresseurs 13 sont représentés symboliquement de la manière classique, et l'enroulement représenté est ce- lui dont on pourrait faire usage dans une machine hexapolai- re ; et bien que l'on n'ait indiqué que deux circuits, il peut en être prévu tout nombre désiré. Deux extrémités simi- laires de chacun des circuits sont connectées, dans l'exem- ple représenté, à une bague collectrice 14, et les deux au- tres extrémités similaires sont connectées à une autre ba- gue collectrice 15.
Bien que, sur le dessin (fig.3), toutes les portions de l'enroulement qui passent à l'intérieur d'une encoche soient pourvues d'un élément redresseur, ceci n'est aucunement essentiel pour l'invention, étant donné qu'une portion peut être omise et remplacée par un conducteur ordi- naire, le nombre des éléments redresseurs dont on a besoin dans un circuit particulier étant déterminé par la tension à engendrer.
En service, des forces électromotrices alternantes se- ront engendrées dans les enroulements par la rotation méca-
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nique de l'induit par rapport à l'inducteur hexapolaire et/ou par la rotation électrique du champ inducteur lui-même. Toute- fois, par l'action des éléments redresseurs, le courant qui peut atteindre les bagues collectrices sera essentiellement unidirectionnel. Ces bagues 14 et 15 peuvent être utilisées pour envoyer du courant à un autre appareil électrique ou pour recevoir du courant d'un tel appareil, suivant qu'il peut être désirable. On se rend compte qu'une machine telle que celle qui vient d'être décrite possède l'avantage de four- nir du courant continu sans exiger le collecteur ordinaire, ce qui évite les inconvénients d'un tel organe, ou ceux d'au- tres appareils redresseurs distincts et coûteux.
On remarquera aussi qu'une telle machine peut avan- tageusement servir à fournir une charge à une batterie, par exemple, ou à un autre appareil capable de restituer de l'é- nergie à la génératrice, étant donné que, dans le cas où la génératrice serait arrêtée, l'action de redressement des enroulements aurait comme conséquence que seul un courant né- gligeable serait mis à même de passer, ce qui permet de se dispenser des interrupteurs et relais coûteux qui sont nor- malement utilisés pour empêcher le passage d'un courant de sens inverse.
Dans la machine de la figure 4, un réseau de cou- rant alternatif triphasé 16 est connecté par l'intermédiaire d'un interrupteur inverseur 17 avec l'enroulement de stator 18 d'un moteur à courant alternatif, et le rotor correspon- dant à ce stator est monté sur un arbre 19 et contient des enroulements 20 et des éléments redresseurs du type qui a été décrit au sujet de la figure 3. Le courant continu provenant des enroulements de rotor 20 passe par les bagues collectri- ces 21 et 22. Sur l'arbre 19 est aussi monté un moteur à cou- rant continu, qui est ici supposé du type shunt. Une conne- xion est établie entre les bagues collectrices 21 et 22 et les
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balais 23 et 24 du collecteur, et ces balais permettent le passage du courant dans l'induit 25 d'un moteur à courant continu.
Une connexion est aussi établie entre les dites bagues et l'inducteur shunt 26 du moteur à courant continu à l'aide d'un autre interrupteur inverseur 27 et d'une ré- sistance variable 28. La force motrice dérivée du moteur est prélevée sur l'extrémité saillante 19a de l'arbre 19.
Les interrupteurs 17 et 27 sont mutuellement accouplés mé- caniquement, et on peut les disposer de façon qu'ils possè- dent trois positions normales, à savoir : arrêt, marche avant et marche arrière, à indique l'enveloppe de la machine et b et c des paliers supportant l'arbre 19.
On se référera maintenant plus particulièrement à la figure 5, qui représente le circuit électrique de la machi- ne représentée à la figure 4. Le réseau de courant alterna- tif triphasé 16 passe par l'interrupteur 17 pour exciter l'enroulement de stator 18. Il en résulte un champ tour- nant dont le mouvement, par rapport au rotor, produit un courant continu qu'on peut recueillir aux bagues collectri- ces 21 et 22 de la même manière que celle décrite au sujet de la figure 3. Ce courant continu est fourni à la portion moteur à courant continu du type shunt de la machine et, pendant le fonctionnement, la portion triphasée de la machine se comportera comme un moteur à induction et fournira un cou- ple moteur à l'arbre 19.
Les connexions avec le moteur à courant continu sont telles que le couple qui en résulte s'ajoutera au couple de la portion moteur à induction. A mesure que la vitesse de la machine augmente, la vitesse des enroulements du rotor 20 par rapport au champ tournant dimi- nue. La tension de sens opposée (force contre-électromotrice) engendrée dans l'induit à courant continu 25 augmente toute- fois avec la vitesse de la machine et aussi avec le champ magnétique produit par l'enroulement inducteur shunt 26. A
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une certaine vitesse, la force contre-électromotrice excè- derait la tension recueillie aux bagues collectrices 21, 22, mais si tel était le cas, l'action des enroulements redres- seurs 20 aurait comme conséquence que le courant passant dans le rotor du moteur à induction serait négligeable et que le couple de ce rotor diminuerait.
Etant donné que, dans ce cas, le moteur à courant continu ne recevrait aucune éner- gie électrique, ce moteur ne développerait pas de couple positif utile. Il s'ensuit que la vitesse de la machine s'établira au voisinage d'une certaine valeur inférieure propre à assurer une vitesse de régime stable, vitesse qu' on pourra faire varier en faisant varier le courant passant dans l'inducteur shunt. La vitesse de la machine peut ainsi être réglée à l'aide de la résistance variable 28.
Les deux interrupteurs 17 et 27 sont accouplés par un dispositif convenable afin que, lorsqu'on désire renver- ser le sens de la marche de la machine, les deux interrup- teurs s'inversent ensemble. De cette façon, le champ tour- nant produit par les enroulements de stator 18 s'inverse, et il en est de même du champ magnétique produit par les enrou- lements 26. Comme la polarité de la tension de courant conti- nu fournie par les bagues collectrices 21 et 22 restera in- changée en raison de l'action des enroulements redresseurs sera 20, le couple du moteur à courant continu;inversé, et la mar- che de la machine sera renversée, de sorte que la machine pourra être réglée, pour ses vitesses de marche arrière, com- me elle l'était pour les vitesses de marche avant.
On remarquera que bien qu'on n'ait représenté qu'un seul circuit pour l'enroulement 20, figure 5, on-peut faire usage de plusieurs circuits de ce genre, comme il a été expli- qué au sujet de la figure 3, ces circuits étant de préférence disposés de manière à assurer le redressement de l'onde en- tière.
Les dispositions représentées aux figures 4 et 5 ne
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limitent en aucune façon l'application de l'invention à un moteur. La liaison mécanique prévue entre les deux parties de la machine peut, au lieu d'être constituée par un arbre commun, consister en tout moyen d'accouplement approprié.
De plus, l'alimentation en courant alternatif n'est pas li- mitée aux réseaux triphasés et peut au contraire comporter tout nombre de phases. La portion moteur à courant continu n'est pas limitée à un moteur shunt, car on peut lui subs- tituer un moteur série ou une combinaison d'un moteur shunt et d'un moteur série, ou toute.autre forme appropriée de mo- teur à courant continu, selon les différentes caractéristi- ques qu'on désire obtenir pour la courbe vitesse-couple de la machine complète.
Si l'on désire pouvoir renverser le couple de la por- tion à courant continu, ce résultat pourra être obtenu par toute méthode appropriée. Par exemple, dans le circuit de la figure 5, au lieu d'inverser les connexions de l'induc- teur, on aurait pu inverser les connexions de l'induit 25 pour obtenir le résultat désiré. La construction de la ma- chine peut, si on le désire, comporter une ou plusieurs quelconques des caractéristiques habituelles que possèdent les machines électriques, des exemples de telles caractéris- tiques étant des méthodes de changement de pôles sur le sta- tor à courant alternatif et une résistance variable ou fixe intercalée dans la machine à courant continu pour minimiser les à-coups non désirés de courant ou de tension.
Le schéma de la figure 6 représente en coupe transver- sale une branche de transformateur 28 dans laquelle les tô- les habituelles du feuilletage de transformateur constituant le noyau de cette branche sont entourées d'un enroulement primaire 29 de transformateur. L'enroulement secondaire est composé de deux longueurs conductrices 30 et 31 qui sont en contact par l'intermédiaire d'un élément redresseur 32, en sélénium ou en oxyde de cuivre. Il peut être prévu une série de telles bobines secondaires distribuées sur la branche 28,
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essentiellement comme dans la construction normale des transformateurs, le nombre de ces bobines et leurs conne- xions étant subordonnés à la tension qui doit être engen- drée dans les enroulements.
On se rend compte que, en raison de la présence de ces éléments redresseurs 32, le courant débité par l'enroulement secondaire sera essentiel- lement unidirectionnel.
REVENDICATIONS. a) Un appareil électrique dont le fonctionnement est basé sur le principe d'une induction électromagnétique, cet appareil étant caractérisé essentiellement par le fait qu'il est pourvu d'un ou plusieurs enroulements dont cer- taines sections ou longueurs sont séparées l'une de l'au- tre par des éléments redresseurs.
Cet appareil électrique peut, en outre, être caracté- risé par les points suivants, considérés séparément ou en combinaison : 1. En vue de la production de courant continu, l'induit de l'appareil est un feuilletage de tôles pourvu d'enco- ches destinées à recevoir les enroulements, et les portions des enroulements que contiennent les encoches (ou une ou plusieurs parties de ces enroulements) sont composées de deux ou plus de deux longueurs conductrices parallèles dont les faces tournées l'une vers l'autre sont séparées par un élément redresseur.
2. Il est prévu deux ou plus de deux enroulements dont cer- taines longueurs sont séparées par des éléments redres- seurs-, ces enroulements étant construits et disposés de manière à redresser l'onde entière.
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