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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS & GENERATRICES ELECTRIQUES A COLLECTEURS
Les moteurs et génératrices à collecteurs présentent l'inconvénient de comporter des spires en court-circuit par suite du contact d'un même balai avec plusieurs lames conduc- trices du collecteur. Il en résulte des difficultés ou impos- sibilités d'emploi, notamment dans le cas de moteurs alimentés en courant alternatif et,les difficultés augmentent quand la ' tension ou la fréquence augmente.
Par ailleurs, il est difficile de réaliser une bonne
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commutation dans les moteurs et génératrices à courant continu ou alternatif en raison de ce que les phénomènes principaux se passent dans les balais et au contact des balais et du collecteur et que l'on ne possède qu'un nombre limité de moyens d'action pour régler la répartition et l'intensité des courants électriques.
Dans l'exposé ci-après, on emploiera le terme de "balai" dans le sens général d'une ligne de balais et on appellera "source" le fil d'alimentation habituel du balai, ce fil pouvant passer par d'autres circuits de la machine avant d'être connecté au réseau électrique extérieur à la machine.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients signalés précédemment et elle consiste essentiellement :
1 ) à subdiviser chaque balai en deux ou plusieurs parties dans le sens de la circonférence électrique du collecteur,
2 ) à éloigner les lames conductrices du collecteur les unes des autres dans le sens de la circonférence et éventuelle- ment dans le sens axial, et à les séparer par des lames isolantes de largeur appréciable; ,
3 ) à combiner la largeur des balais et des lames et à disposer ces éléments de manière que chaque balai ne touche jamais qu'une lame du collecteur à la fois;
4 ) à insérer entre les balais subdivisés ou entre les balais et la source ou les deux à la fois des selfs ou des résistances ou les deux à la fois, ces circuits pouvant aussi passer dans dos transformateurs, capacités, génératrices, excita- trices, 'etc.. extérieurs à la machine ou sur des pôles de la machine elle-même en vue notamment d'annuler ou de supprimer les forces électromotrices gênantes. Les selfs et résistances permet- tent notamment de limiter le courant de court-circuit mais elles peuvent avoir d'autres fonctions. Les selfs peuvent être bobinées ensemble de manière à s'ajouter pour le courant de court-circuit et à se retrancher pour le courant principal.
En outre, les selfs, résistances et bobinages afférents aux balais des différents pôlet de la machine peuvent être combina entre eux. Enfin une génératrice auxiliaire, fixée en bout d'arbre, dont le nombre de pôles est
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on rapport avec le nombre de lames du collecteur peut fournir les forces contre-électromotrices nécessaires.
Pour bien faire comprendre l'invention, on a représenté des schémas explicatifs auxdessinsannexésdans lesquels : - la figure 1 est une coupe schématique partielle d'un collecteur en contact avec un balai selon la disposition habituel- le ; - la figure 2 est une coupe analogue montrant le principe de la disposition préconisée conformeront à l'invention et, - la figure 3 montre en perspective une partie de collec- teur avec balai subdivisé conformément à l'invention, selon un exemple de réalisation qui paraît particulièrement avantageux.
Dans la disposition habituelle le balai 1, relié à la source 2, vient en contact avec les lames conductrices 3 séparées par des lames isolantes très minces 4 ; comme le montre la figure 1, le balai 1 recouvre plusieurs lames conductrices, de sorbe que les spires dont les extrémités sont reliées à ces lames se trou- vent en court-circuit.
Dans la disposition préconisée selon la figure 2, les lames conductrices 5 sont séparées par des lames isolantes 6 de largeur telle qu'aucun des balais 7-8 associés ne touche à la fois plusieurs lames 5, quelle que soit la position du rotor. Les deux balais 7-8 sont reliés entre eux et avec la source 2 par des résistances, selfs et bobinages indiqués en 9-10.
Les lames touchées par les éléments 7-8 peuvent être consé- cutives ou non. L'écartement des éléments 7-8 dans le sens de la circonférence du collecteur peut différer de l'éoartement des lames conductrices du collecteur de telle manière qu'à chaque instant de la rotation du rotor, la section totale du passage du courant soit suffisante.
Dans la réalisation particulière représentée à la figure 3, le collecteur, au lieu de comporter un seul jeu de lames, comporte deux jeux décalés d'une part longitudinalement, dans le sens de l'axe du moteur, et d'autre part dans le sens de la circonférence.
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Les lames conductrices des deux jeux ont été indiquées respec- tivement en 11-12 et les lames isolantes en 13-14, les lames @ conductrices de l'un des jeux étant en regard des lames isolantes de l'autre. La largeur des deux catégories de lames peuL d'ailleurs différer, de sorte que la longueur circonférentielle totale de l'ensemble des lames conductrices peul dépasser la circonférence du collecteur si une telle disposition est recon- nue utile, compte tenu de la largeur des balais. Les spires de l'induit sont réunies alternativement aux deux collecteurs.
Chaque section de collecteur qui porte un jeu de lames est as'sociée aux lignes de balais habituelles disposées longitudina- lement dans le même plan axial électrique et les balais, indiqués en 15-16, sont d'une largeur telle qu'ils ne touchent qu'une seule lame conductrice à la fois ; ilspeuvent être d'une largeur suffisante pour assurer à chaque instant une section de passage suffisante pour le courant,.
Les balais 15-16 sont réunis entre eux et à la source de courant 2 par l'intermédiaire de selfs ou de résistances 17-18 ou d'une combinaison de selfs, de résistances et de bobinages.
On comprendra que les e@emples de réalisation déerite ci- dessus et représentés aux figures 2 et 3 des dessins n'ont aucun caractère limitatif et qu'on pourrait y apporter diverses modi- fications sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, dans une réalisation analogue à celle de la figure 3, le col- lecteur pourrait comporter plus de deux jeux de lames conduc- trices.
L'expression "lames isolantes" employée précédemment s'applique à des lames qui ne font. pas partie des circuits électriques; en d'autres termes ces lames peuvent être en une matière électriquement isolante ou être en une matière conduc- trice mais alors isolée des circuits des enroulements; dans le cas de lames conductrices isolées, celles-ci seront placées
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u111.!'u tlOlt" InutCfj ii<il.n 1;e: , pnr 0:':u'''1110 on mien, f!)n.iu ld"(:,; ;,0 seront reliées à aucun circuit électrique. La lame en matière isolante peut cependant être préférable pour réduire les flashs.
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Dans certains cas, la subdivision des balais dans le sens circonférentiel, prévue ci-dessus, peut conduire à des difficultés pratiques résultant d'une largeur trop faible des balais subdivisés.
On peut remédier on premier liou à cos difficultés, soit en augmentant le diamètre du collecteur, soit en employant des balais dont certains secteurs n'auront aucun rôle électrique mais seulement un rôle porteur pour soutenir les parties électri- quement actives des balais.
En ce qui concerne la nature des balais, on observera qu'il n'est plus nécessaire de chercher à obtenir une résistance électrique relativement élevée des balais et du contact balai- collecteur (ce qui échauffe le balai et le collecteur) puisque la résistance nécessaire peut être reportée en dehors de la machine. On peut envisager en conséquence des balais de nature différente des balais usuels, et notamment des balais métalliques, éventuellement en fonte ou en métal inoxydable tel que l'argent.
On peut également chercher à accroître la largeur des balais par différents artifices respectant toujours la notion fondamentale de l'invention d'après laquelle aucune spire ou aucun circuit de l'induit ne doit être mis en court-circuit franc, c'est à dire sans insertion de résistances ou de selfs, sauf peut être pendant de très courts instants.
Dans cet ordre d'idées, l'induit peut comporter des enroulements multiples, de sorte qu'un enroulement donné ne touche qu'une partie des lames du collecteur, par exemple les lames No 0,3, 6,9 etc ; ou 0, 4, 8,12 etc; le balai peut alors avoir une largeur supérieure à une lame (respectivement 2 lames et 3 lames dans les deux exemples cités). Cette solution a, en outre, l'avantage de mieux utiliser le ou les collecteurs, du fait de la suppression des lames passives (isolantes 'ou conduc- trices isolées) et de leur remplacement par des lames actives, les différents jeux de lames étant reliés à des circuits diffé- rents de l'induit.
Par ailleurs, si l'utilisation de certaines selfs ou
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'résistances est avantageuse au démarrage, il peut être désirable d'en changer la valeur lorsque la vitesse croît et que la durée de la commutation de chaque spire diminue ; rienn'empêche de faire varier la valeur de ces selfs ou résistances lorsque la vitesse varie. 1
Dans le cas où on veut utiliser pour le collecteur deux ou plusieurs jeux de lames de commutation décalés, d'une part longitudinalement, dans-le sens de l'axe du moteur et d'autre part dans le sens de la circonférence, il peut être avantageux de simplifier les liaisons électriques entre les enroulements de l'induit et les lames de collecteurs en disposant les jeux de lames aux deux extrémités opposées du rotor.
Cette dernière disposition a été représentée schématique- ment fig. 4 des dessins annexés sur laquelle on a indiqué en 21 le corps du rotor, en 22 un jeu de lames de commutation formant un élément du collecteur à une extrémité du rotor, en 23 un autre jeu de lames de commutation formant l'autre élément du collecteur à l'autre extrémité du rotor et en 24 et 25 les balais subdivisés associés.
Bien entendu, les balais subdivisés doivent être correc- teuient placés selon la nature de l'enroulement, notamment selon qu'il s'agit d'enroulements imbriqués ou ondulés.
Une autre disposition intéressante au point de vue constructif consiste à utiliser les propriétés des enroulements ondulés. Les enroulements touchent successivement des lames de collecteurs très éloignées les unes des autres; cela facilite la subdivision des balais dans le sens de la circonférence
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électrique du tuLLeoLel1L', riauij.ILU 1'liirurLioJn do mollir oL du résistances entre la source et les balais, et réduit le nombre de collecteurs nécessaires. Cette disposition est représentée fig. 5.
Sur cette figure qui est un développement schématique des connexions, on a indiqué en 26 l'induit, en 27 une spire de cet induit, en 28 le collecteur, -et en 29-30 deux lames en contact avec les deux élémenta 31-32 d'un balai subdivisé relié à la
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source en 33 par l'intermédiaire de selfs ou résistances ou les deux à la fois.
Bien entendu, les différents procédés visés ci-dessus pouvent être utilisés simultanément, notaient l'emploi d'enrou- lements multiples et l'utilisation d'enroulements ondulés, ce qui permet de réduire le nombre de collecteurs et d'accroître la largeur des balais.
Les dispositions préconisées, bien qu'indiquées plus particulièrement pour des moteurs sont applicables aussi bien eux génératrices. Elles permettent on outre d'améliorer la com- mutation et sont avantageuses non seulement dans le cas du cou- rant alternatif mais encore dans celui du courant continu.
L'invention permet de fabriquer des moteurs et généra- trices fonctionnant d'une manière satisfaisante avec les courants de fréquence habituelle, au lieu qu'on soit obligé d'avoir recours aux courants de faible fréquence, notamment aux courants à 25 ou 16 2/3 périodes. Elle permet aussi d'améliorer les machines à faible fréquence ou à courant continu et notamment d'accroître leur puissance ainsi que leur tension de fonctionnement.
Parmi les applications possibles des dispositions qui précédent, on peut citer : - les moteurs monophasés de tra'ction à fréquence indus- trielle (50 périodes en France), pour chemins de fer, tramways, électrobus, etc...
- les moteurs monophasés ou polyphasés à fréquence industrielle et à vitesse et couple variable pour remplacer les moteurs actuels à courants continu, par exemple pour certaines machines-outils (tours à roue), les machines d'extraction des les ponts tournants mines, les machines marines, ;on supprime dans ce cas le groupe retstif fournissant le courant continu qui est généralement nécessaire.