Brevet FR2001736A1 — publié le 19691003

Le type du Moteur Electrique faisant l'objet de la présente invention diffère des Moteurs de la forme qui est en usage jusqu'à ce jour en ce qui concerne principalement son inducteur (Stator) et est plus spécialement caractérisé en ce que (a) le bobinage de l'inducteur (Stator) du moteur est relié par syntonisation du courant de la source d'alimentation à l'aidé d'un condensateur. Cette syntonisation ou accord peut être réalisée soit par un couplage en série soit par un couplage en paral vièle ; (b) il peut y avoir un nombre très grand de spires à l'inducteur du moteur en comparaison des moteurs en usage (dans le cas de couplage en série). Par la syntonisation, ou accord, on parvient à obtenir (a) la disparition de l'auto-induction (la réactance) de la résistance de l'inducteur (cas de la syntonisation en série) et par voie de conséquence, le moteur fonctionne à un facteur de puissance égal à 1, indépendamment du nombre des spires de l'inducteur; (b) l'exploitation de l'auto-induction (la r & hanete)qui reste (cas de syntonisation par un couplage en parallèle) ainsi que comme dans le cas qui précède, le fonctionnement du moteur à un facteur de puissance égale à 1. (s). CAS DE SYNoeONISÂTION PAR UN COUPLAGE EN SERIE (fig.1) Dans le cas de syntonisation par un couplage en série la résistance auto-inductive (Réactance) RL de l'inducteur, et de ce fait l'inducteur (Stator), a seulement une résistance ohmique (R#). Ce phénomène comporte les conséquences très importantes ciaprès (a) la puissance de base qui se produit à l'inducteur du moteur dépend des ampère-tours de l'inducteur soit W = N.I, ou N = le nombre de spires de l'inducteur et I = le courant en ampère qui traverse les spires. Cette puissance est doublée, triplée, etc. il suffit de doubler tripler, etc, respectivement le produit (NI) soit : 2 W = 2(N.I)= 2 (N) I = 2 (I) N. Par conséquent aia syntonisation, on peut augmenter la puissan ce produite à l'inducteur du Moteur en-augmentant le nombre des spires et en maintenant stable l'intensité du courant électrique avec comme conséquence de voir augmenter respectivement le rendement du moteur en proportion de l'augmentation des spires de l'in ducteur. (b) on peut également augmenter le nombre des spires et diminue proportionnellement la valeur de l'intensité du courant électrique à travers les spires auquel cas on aura la même puissance à l'inducteur mais avec une consommation proportionnellement inférieure parce que : W = N I = 2 N -T = 3 N I etc... 3 La conséquence de ce dernier raisonnement est l'augmentation du rendement du moteur en proportion de l'augmentation du nombre des spires de l'inducteur du moteur, comme dans le cas qui précède. (c) en dehors des deux avantages qui précèdent, dans le cas de la syntonisation par un couplage en série, l'intensité produite à l'inducteur du moteur demeure presque la même, indépendamment de la fréquence de la source d'alimentation en C/SEC (cycles par seconde) ; et, elle diminue dans la pratique dans une petite proportion en raison de l'accroissement des pertes y afférentes par suite de l'augmentation de la fréquence (pertes F0UCÂUtT etc) pertes qui augmentent proportionnellement à l'augmèntation de l'alimentation du moteur.Par contre, l'intensité dans le Rotor du moteur, augmente vu que la puissance à l'axe du moteur est égale au moment du couple multiplié par la vitesse de rotation de l'axe ; c-' est-à-dire que par l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du moteur on augmente également son rendement, et ce dans une proportion analogue à l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du moteur. On peut réduire les pertes dues à l'augmentation de la fréquence, en améliorant la qualité des matériaux de construction du moteur et ce tant pour l'inducteur que pour le Rotor. On obtient des résultats exceptionnels, au point de vue des pertes, en cas de construction d'un moteur avec des matériaux presque complètement isolants par exemple en ferrite ou autres matériaux similaires tant de l'inducteur que du Rotor, pour des fréquences supérieures à 1.000 C/SEC. Il est naturel que toutes les fois qu'on change la fréquence on doit également changer d'une façon inversement proportionnelle la valeur du condensateur afin d'avoir une syntonisation pour chaque fréquence de fonctionnement. (d) dans le cas de syntonisation par couplage en série, en rai--- son de ce que la résistance de l'inducteur est seulement ohmique on peut faire fonctionner le moteur sans changer -la puissance, le nombre des spires et par conséquent l'intensité du courant électrique à travers les spires de l'inducteur et sous une tension réduite de la source d'alimentation. Il suffit d'augmenter la section transversale du conducteur des spires de l'inducteur d'une façon proportionnelle, auquel cas la résistance diminue et on obtient, par conséquent, une baisse de tension plus faible à l'inducteur et par voie de conséquence une tension plus réduite sera nécessaire pour le fonctionnement du moteur. Cela s'exprime mathématiquement comme suit : V = R.I V = R I V = R I etc... où V = la tension d'alimentation qui 33 sera requise suivant les cas, R = la résistance ohmique de l'in- ducteur, I = l'intensité de l'inducteur. (e) inversement on peut sous une tension et une intensité stables augmenter la puissance à l'inducteur, en augmentant d'une manière analogue-le nombre des spires et la section du conducteur des spires de l'inducteur de façon que, malgré les augmentations du nombre des spires, la résistance ohmique du bobinage total de l'inducteur reste la même, En général, dans tous les cas de syntonisation par couplage en série le moteur suit, selon les valeurs de la source d'alimentation les formules : V = R . I et I = V. Où V est la tension de la source d'alimentation, R = la résistance ohmique de l'induc- teur, I = l'intensité à travers les spires de l'inducteur. La syntonisation par couplage en série est représentée sur la fig.1, où G,G r bornes d'alimentation ; L = inducteur ; C = condensateur ; R = Rotor. 'les valeurs du Condensateur en / F (microfarads) se trouvent dans chaque cas par équation de syntonisation suivante, à savoir: où F = fréquence de syntonisation (en C/SEC) ; S = auto-induction de l'inducteur (en Henrys) ; C = capacité du condensateur (1ho) en MICROFARADS. B tartir de cette formule de base on trouve à chaque fois la capacité nécessaire du condensateur en MICROBARADS soit 'les symboles correspondent à ceux de l'équation précédente respectivement. Dans l'application pratique de la formule on doit à la valeur de l'auto-induction de l'inducteur du moteur ajouter les auto inductions de la source d'alimentation et du réseau d'alimentation. (B). CAS DE SYNTONISÂTION PAR UN COUPLAGE EN PARFILE'LE (fig.2) Par la syntonisation par un couplage en parallèle on cherche à exploiter l'auto-induction de l'inducteur du moteur au profit du rendement. Conformément à ce qui précède, si on syntonise, ou accorde, par couplage en circuit parallèle un inducteur de moteur par rapport à la fréquence de la source d'alimentation, on réduit, pour la meme intensité de courant à l'inducteur du moteur, l'importance de la consommation du courant électrique proportionnellement au facteur de qualité Q de l'inducteur (Stator) du moteur. Si, en d'autres termes, la qualité Q de l'inducteur est par ex. Q = 2 la consommation, pour la meme intensité, se trouve réduite à la moitié et, en conséquence, le rendement est doublé, et ce en comparaison avec les moteurs de la forme usitée jusqu'à ce jour, c'est-à-dire sans syntonisation. La qualité de l'inducteur est obtenue par l'équation suivante ou plus simplement par l'équation Q- Dans toutes les équations précitées les symboles ont la signification suivante ; Q = la qualité de l'inducteur ou, d'une manière plus générale, du circuit syntonisé ; F = la fréquence du courant d'alimentation en C/SEC (cycles par seconde), L = l'auto induction de l'inducteur ou d'une manière plus générale l'autoinduction du circuit syntonisé (Henryes) ; C = la capacité du condensateur en gB (Microfarads) ; Rx = la résistance Ohmique de l'inducteur ou d'une manière plus générale, la résistance du circuit syntonisé. Rt = la résistance inductive de l'inducteur. Tout ce qui a été énoncé dans le cas de syntonisation par couplage en série vaut également pour le cas de syntonisation par couplage en parallèle en ce qui concerne le rendement en chaque occasion, mais avec cette différence que dans le cas de syntonisation par couplage en série la résistance est moins forte c'est -à-dire qu'elle se borne à une résistance ohmique. Dans le cas de syntonisation par couplage en circuit parallèle la résistance composée de l'inducteur ou, d'une manière plus générale, la résistance du circuit syntonisé, augmente dans la mesure, ou sa résistance ohmique diminue ; mais l'intensité dans l'inducteur demeure inchangée. La valeur du condensateur est obtenue pour la formule de base de la fréquence par couplage en circuit parallèle suivante à savoir où F = la fréquence de syntonisation (en C/SEC soit en cycles par secondes) ; L = l'auto-induction de l'inducteur du moteur (en Henryes) ; C = la capacité du condensateur (en Microfarads) e = la résistance ohmique de l'inducteur ou d'une manière plus générale, de la branche du circuit parallèle qui comprend l'in- ducteur du moteur (en Ohm) ; RC = la résistance ohmique de la branche du circuit parallèle qui comprend le condensateur (en Ohm). De l'équation qui précède nous trouvons tous les éléments nous permettant de réaliser la syntonisation en procédant à la solution par rapport à l'élément qui est, chaque fois, inconnu. (En procédant par exemple à sa solution par rapport à l'élément C nous trouvons la valeur nécessaire du condensateur en F). La syntonisation en circuit parallèle est représentée sur la fig.2 où G.G.= sont les bornes d'alimentation; L = l'inducteur du moteur ; C = le condensateur qui syntonise le moteur ; R = le Rotor du moteur. La disposition quant à l'inducteur, qui a été décrite plus haut, peut être appliquée à tous les genres de moteurs à courant alternatif sans difficulté quelconque, c 'est-à-dire à des moteurs ou asynchrones synchrones/ et acacune de leurs variantes à savoir : avec un rotor en court-circuit avec anneaux (ou tambour) à l'induit, à des moteurs à répulsion, etc... De même la syntonisation, soit par couplage en série, soit par couplage en parallèle, peut être appliquée à des moteurs monophasés comme à des moteurs polypha -ses. Dans le cas des moteurs polyphasés, on syntonise, ou accorde, chacune des phases suivant le même mode de syntonisation des courants à phase unique des moteurs monophasés qui a déjà été décrit Mais en dehors de la syntonisation de chaque phase séparément dans le cas de syntonisation par couplage en série - on peut, au lieu de syntoniser chacune des phases séparément, syntoniser le point neutre, si les phases sont déåà reliées par un couplage ETOILE ou TRIANGLE. La forme du moteur quant aux autres éléments à savoir : le Rotor et sa construction spéciale suivant le cas (en court-circuit ou avec des anneaux, etc.) reste la même que celle des moteurs ordinaires en usage actuellement, c'est-à-dire sans syntonisation à l'inducteur. La forme et les matériaux de construction du condensateur dans tous les cas ne Joue pas un rôle critique, il suffit qu'ils soient convenables pour le courant alternatif. En tous cas leur qualité doit s'améliorer avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du moteur, en raison des pertes qui augmentent avec l'augmentation de la fréquence et qui produisent une ehaleur pouvant détruire le condensateur. Dans le calcul du condensateur qui sera nécessaire suivant le cas, il y a également lieu de prendre en considération la surtension qui se produit dans le cas de syntonisation par couplage en série. Dans le cas de syntonisation par couplage en circuit parallèle, il y a lieu de prendre en considération la surtension qui se produit aux spires de l'inducteur du moteur afin que les conducteurs soient choisis en fonction de la surtension (qui est proportionnelle à la qualité "Q" du circuit syntonisé) et non pas en fonction de l'intensité au réseau d'alimentation du circuit syntonisé. La syntonisation s'opère habituellement en fonction de la valeur de l'auto-induction de l'inducteur du moteur lorsque le moteur se trouve en pleine charge. Cela vaut tant pour la syntonisation par couplage en série que pour la syntonisation par couplage en parallèle. Be condensateur peut être adapté au moteur ou se trouver loin du moteur sans aucun changement des descriptions qui précèdent. En cas d'emploi d'un moteur à plus d'une fréquence, il devra être muni d'un nombre correspondant de condensateurs, chacun d'eux devant être syntonisé pour chacune des fréquences employées En dehors des condensateurs principaux, on peut équiper le moteur avec des condensateurs supplémentaires qui favorisent la syntonisation à la mise en marche du moteur, quand le moteur présente une auto-induction inférieure à celle qu'il présente pendant son fonctionnement en pleine vitesse. Le moteur équipé conformément à l'invention, indépendamment de sa forme, qu'il soit, en d'autres termes, synchrone ou asynchrone avec un Rotor en court-circuit ou avec anneaux ou à répulsion, convient particulièrement pour un fonctionnement à hautes fré- quences, auquel cas, outre les avantages décrits qu'il présente et, aux fréquences habituelles (de 50 à 60 C/SEC), il a l'avantage d'un rendement accru d'une manière directement proportionniDe à l'augmentation de la fréquence de'fonctionnement du moteur, si par l'amélioration de la qualité des matériaux de construction on évite les pertes accrues (Foucault, etc.) en raison de l'augmentation de la fréquence de fonctionnement. Vu qu'une fréquence supérieure-aux fréquences habituelles exige un appareil approprié qui puisse augmenter les fréquences habituellement utilisées de 50 ou 60 C/SEC, on peut équiper le moteur d'un oscillateur ou d'un autre modulateur, tel qu'un onduleur, à la fréquence qui sera exigée suivant les cas. le modulateur de haute fréquence peut : soit être alimenté en courant alternatif, auquel cas il élève seulement la fréquence du courant alternatif disponible, soit être alimenté par un courant continu auquel cas il transforme le courant continu disponible en courant alternatif de la fréquence qui sera exigée chaque fois. Ce modulateur à haute fréquence alimente-à sa "sortie" l'inducteur du moteur, qui se trouve syntonisé à la fréquence du courant qui est produit par le modulateur. La syntonisation, soit par couplage en série, soit par couplage en parallèle, s'opère comme décrit dans la forme simple d'un moteur, c'est-à-dire sans l'intervention du Modulateur de haute fréquence. Il résulte de ce qui précède que le moteur peut également fonctionner à courant continu. Dans le cas du moteur polyphasé, on utilise un modulateur polyphasé correspondant à la fréquence exigée suivant le cas. Cette haute fréquence peut être habituellement comprise entre 50 à 1000 C/SEC, mais cela n'est pas limitatif quant aux fréquences auxquelles le moteur peut fonctionner, vu que théoriquement il peut fonctionner à n'importe quelle fréquence tant inférieure aux fréquences habituelles de 50-60 C/SEC, que supérieure à ces fré- quences. Il suffit qu'il puisse y résister, en ce qui concerne la construction mécanique du Rotor. Be rendement augmente d'une manière directement proportionnelle à l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du moteur si, en améliorant les matériaux de construction, on limite l'augmentation analogue des pertes. Le modulateur doit fournir la forme de l'onde convenable pour l'alimentation du moteur électrique à courant alternatif. L'intensité de sortie du modulateur est calculée par la formule Wp = WR.Q Où Wp = l'intensité de "sortie" du modulateur ; WR = la puissance du moteur ; Q = le rendement du moteur à la fréquence donnée suivant le cas. Le modulateur de fréquence peut être adjoint au moteur ou se trouver loin du moteur sans différence essentielle quant au fonctionnement du moteur. Le modulateur peut moduler une ou plusieurs fréquences auquel cas le moteur peut également fonctionner à plus d'une vitesse. Dans ce dernier cas plus d'un condensateur seront exigés chacun desquels syntonise le circuit du moteur à la fréquence correspondante. Le aernier cas du moteur avec modulateur de fréquence est représenté sur la fig.3 (syntonisation par couplage en série) et par la fig.4 (syntonisation par couplage en parallèle) sur lesquelles T représente l'oscillateur ou modulateur de fréquence. Le moteur peut, dans toutes les formes qui viennent d'être décrites, fonctionner alors meme qu'il ne serait pas complètement syntonise, c'est-à-dire avec des valeurs de condensateurs inférieures ou supérieures à la valeur optimale, mais avec un rendement diminué par rapport à celui obtenuavec la syntonisation. Ce moteur unitaire, tel que décrit plus haut, peut être construit sous forme multiple, c'est-à-dire : de plusieurs éléments. Chaque élément constitue un moteur indépendant mais avec cette différence que le circuit dé son inducteur est relié au circuit de l'inducteur du suivant par couplage en série. L'ensemble des moteurs partiels a ainsi des bornes d'alimentation communes auxquelles on branche les condensateurs nécessaires, suivant le cas, (couplé en série ou en circuit parallèle, conformément au genre de syntonisation qu'on désire réaliser chaque fois) afin de parvenir à obtenir la syntonisation du circuit total (figs. 5 et 6). les moteurs élémentaires peuvent avoir un axe commun auquel chaque moteur ajoute la puissance qu'il développe ou chacun des moteurs élémentaires a son propre axe et sa propre charge. - REVENDICATIONS 1.- Moteur électrique à courant alternatif caractérisé en ce que l'inducteur est accordé, ou syntonisé, à la source d'alimentation au moyen d'un condensateur. 2.- Moteur électrique suivant 1 dans lequel la capacité du condensateur est choisie en fonction de la fréquence de la source d'alimentation et des caractéristiques, résistance et inductance, du moteur. 3.- Moteur électrique suivant 1 ou 2 dans lequel le condensateur de syntonisation est monté en série avec l'inducteur. 4.- Moteur électrique suivant 1 ou 2 dans lequel le. condensa- teur de syntonisation est monté en parallèle avec l'inducteur. 5.- Moteur électrique suivant lun quelconque des paragraphes précédents qui comprend un chargeur de fréquence alimentant le moteur à une fréquence supérieure à la fréquence industrielle.