Brevet FR2007310A1 — publié le 19700102

La présente invention se rapporte à un nouveau type de moteur asynchrone polyphasé à rotor en courtcircuit qui, grâce à la forme et à la disposition particulière de ses éléments constitutifs, peut démarrer avec un courant de pointe limité et peut Entre ensuite réglé en vitesse. Les moteurs asynchrones polyphasés et, en particulier., les moteurs triphasés, constituent la catégorie de moteurs électriques la plus diffusée dans la technique. Dans le cas du moteur à rotor à cage d'écureuil ou en court-circuit, on bénéficie de tous les avantages de simplicité et de robustesse désirables ; toutefois, ce moteur présente un grave inconvénient qui limite son utilisation aux faibles puissances et cet inconvénient réside dans le fort courant de pointe que le moteur absorbe au moment du démarrage. Ainsi qu'il est bien connu, le fort courant de pointe au moment du démarrage est dû au fait que le champ tournant statorique qui est engendré lorsqu'on connecte le moteur au réseau engendre la valeur maximale de la force électromotrice (f.e.m.) induite dans le rotor parce que ce dernier est immobile.Cette f.e.m rotorique fait circuler dans le rotor en court-circuit des courants très intenses en engendrant ainsi le couple de démarrage et, par réaction, l'appel maximal de courant sur le réseau. Ensuite, au fur et à mesure que le moteur se met en mouvement, la f.e.m. induite et le courant rotorique reviennent à leur valeur normale. Pour les grandes puissances, on doit par conséquent recourir à des moyens spéciaux pour réduire un tel courant, en utilisant des autotransformateurs, réactances, rhéostats, etc..., mais ces organes réduisent également la valeur du couple de démarrage. Un autre inconvénient qui limite en partie l'utilisation de ces moteurs consiste dans la difficulté avec laquelle on peut régler leur vitesse. En abandonnant la simplicité et la robustesse du rotor à cage d'écureuil et en recourant au rotor bobiné, on peut régler aussi bien le démarrage que la vitesse au moyen d'un rhéostat mais ceci ne s'effectue qu'en dissipant en chaleur la proportion de puissance qui n'est pas utilisée. le moteur triphasé en dérivation du type Schrage permet également de régler la vitesse en éliminant le rhéostat et la perte engendrée dans cet orgaae, mais la présence du rotor bobiné et du collecteur rendent le moteur plus délicat et en limitent la puissance et la tension. Le mode de construction suivant l'invention résout d'une façon simple et sûre aussi bien le problème du courant de démarrage que celui du réglage de la vitesse tout en permettant d'utiliser le rotor en court-circuit-même pour les grandes puissances et les hautes tensions. D'une façon générale et dans sa forme d'exécution préférée, on peut dire que le nouveau moteur est composé de deux moteurs ordinaires identiques dont les stators sont montés dans une seule et-même carcasse porteuse extérieure. L'un des deux stators est solidaire de la carcasse, tandis que l'autre peut tourner d'un pas polaire par rapport au stator fixe, sous l'action d'une vis sans fin et d'une roue associée. Les deux rotors respectifs sont au contraire calés sur l'arbra du moteur. Les deux stators sont connectés électriquement en parallèle sur la ligne d'alimentation de façon que les champs in- ducteurs tournent dansle même sens.Chacun des conducteurs d'un rotor est connecté en série avec son homologue de l'autre rotor, du fait que les barres conductrices traversent directement les encoches des deux rotors, pour etre ensuite reliées entre elles de part et d' autre des deux rotors, uniquement par deux anneaux latéraux extérieurs . La puissance totale de ce moteur est la somme des puissances des deux moteurs qui le composent. Le nouveau moteur est donc constitué de la façon suivante, en se référant aux figures 1 et la qui sont respectivement une coupe axiale schématique et une -vue en bout dudit moteur : deux stators ordinaires SA,SB identiques entre eux,- dont l'un, SB, est fixe et l'autre, SA, peut tourner-sur son axe de 1800 électriques par- rapport à SB ; et deux rotorq normaux RA, RB, identiques entre eux, tous deux solidaires d=- l'arbre du moteur et de barres a-b qui passent d'un rotor à l'autre et qui-sont reliées entre elles un-iquement sur les deux faces latérales extérieures par des anneaux de -court- circuit respectifs AA, AB. De plus, un volant X permet de modifier la- position relative des deux stators. Pour analyser - le. fonctionnement de ce moteur on se reportera à lafigure 2. Sur cette figure, on a représen-4 schématiquement deux stators SA, SB qui ont des-champs inducteurs égaux à quatre piles et tournant dans le même sens le stator SA est décalé de 1800 électriques par rapport à.S3 On voir donc que la spire formée par les deux conducteurs ab-ab et par les anneaux AÂ, AB, est intéressée, dans le secteur correspondant au rotor RA, par le flux qui émane d'un pôle sud S et, dans le secteur RB, par le flux qui émane d'un p81e nord N. Les deux flux, étant égaux mais opposés, induisent. dans la spire en question deux forces électro-motrices f.e.m. A et f.e.m. B qui sont aussi égales mais opposées et, par conséquent s'annulent mutuellement. Etant donné que tous les conducteurs du rotor se. trouvent dans des conditions semblables à celles de la spire considérée, on peut leur étendre également les résultats et les conclusions ainsi déduites. Pour cette position relative 0 des deux stators, on voit donc qu'il ne circule aucun courant dans le rotor, du fait que la f.e.m rotorique résultante est nulle. Par conséquent, le rotor reste immobile et il ne circule dans les circuits du stator que le courant nécessaire pour produire le champ inducteur tournant. Si l'on ferme l'interrupteur de la ligne d'alimentation, le moteur ne tourne pas et absorbe le courant "à vide" équivalent aux deux moteurs de base qui le composent et, même un peu moins puisque, étant donné que le rotor est immobile, il n'y a pas de pertes mécaniques. Si, maintenant, on modifie au moyen du volant M, la position relative des deux stators et qu'on la place sur 1, comme représenté sur la figure 3, on voit que les piles de même nom des deux stators coïncident ; la spire ab-AA-ab-AB est alors intéressée par les flux qui émanent du poule N du stator SÂ et du pôle N de 5S, il s'engendre ainsi deux forces électromotrices f.e.m. B, f. e.m. B égales et de même sens qui, en s'ajoutant, donnent à la f.e.m rotorique sa valeur maximale Â son tour, cette dernière fait circuler un certain courant rotorique, en formant ainsi un couple moteur qui met le moteur a' sa vitesse maximale de quasi-synchronisme. Dans cette position 1, le moteur suivant l'invention possède pratiquement les caractéristiques des deux moteurs ordinaires qui le composent et i'Bé comporte en conséquence. Il est facile- de conclure que, bien que le flux inducteur statorique reste constant pourchacune des positions intermédiaires (figure 4) entre les deux pOsitions extrêmes considérés (0,1) la somme vectorielle des flux inducteurs qui émanent des-deux stators SB, SB et qui intéressent la spire en question variera entre un minium et un maximum. Plus exactement, cette somme est nulle dans la- position zéro et maximale dans la position 1.Lorsqu'on fait varier le flux résultant, la valeur de la f.e.m. rotorique induite varie de O à sa valeur maximale F par conséquent, l'intensité rotorique et le couple moteur correspondant varient de la même façon. La possibilité de modifier le couple moteur par rotation du stator (flèches RS?) apporte la possibilité de régler la vitesse du moteur pour un couple résistant donné, en provoquant l'établis6ement d'un couple moteur plus fort si l'on veut augmenter la vitesse, ou d'un couple moteur plus faible si l'on veut la réduire. Pour simplifier la description de cette construction, on a supposé dans l'exposé ci-dessuss que le rotor était immobile.En pratique, la rotation du rotor introduit une modification dans la formation de la f.e.m induite; plus précisément, plus le glissement est grand (c'est-à-dire la relation entre la vitesse du rotor et celle du champ tournant du stator), plus la f.e.m. induite est grande et inversement. On supposera que le moteur suivant l'invention est accouplé à un couple résistant proportionnel à la puissance du moteur et que l'on connecte le moteur au réseau. Lorsque le rotor est immobile, la f.e.m. du rotor serait maximale s'il s'agissait d'un moteur normal et, par conséquent, ce dernier démarrerait rapidement en absorbant un fort courant appelé sur la ligne.Au contraire, si l'on a préalablement mis le stator SA on position O (figure 1), le moteur suivant l'invention peut être connecté à la ligne en absorbant eur cette dernière le seul courant d'aimantation pendant que le rotor reste immobile. Ensuite, lors qu'on fait tourner peu à peu le sur ou SA pour le rapprocher de la position 1, il commence à s'induire dans le rotor une f.e.m. Cette f.e.m rotorique fait circuler un certain courant dans le rotor en produisant ainsi un couple moteur qui cherche à vaincre le couple résistant.A mezRurs que l'on continue à faire tourner le stator SA, le couple moteur augmente ainsi que proportionnellement à ce couple moteur ls courant statorique le moteur absorbe de la ligne par réaction au courant du rotor.Pour une position déterminée du statu SÈo, la f.e.m. induite sera capable d'engendrer un couple moteur supérieur au couple résistant et le moteur commencera alors a démarrer et à accélérer jusqu'à ce qu'il ait atteint un nombre de tours el que, sous l'effet de la rotation la f.e.m induite tende à se stabiliser à une valeur capable d'engendrer un couple moteur qui fasse équilibre au couple résistant. Tout déplacement ultérieur du stator SA modifiera l'équilibre atteint en déterminant soit une augmentation, soit une diminution de la vitesse, selon que ce sera le couple moteur ou le couple résistant qui dominera.Si l'on continue à faire tourner le stator SA jusqu'à lui faire atteindre le point 1, l'augmentation du couple moteur portera la vitesse du moteur au nombre maximum de tours compatible avec la génération de la f.e.m rotorique qui sera capable de produire le couple demandé par la charge, comme cela se produit pour les moteurs normaux. Pour une charge donné on a donc une vitesse bien définie pour chacune des positions du stator SA, tandis que pour une position déterminée, les variations de la vitesse dues aux variations de la charge ne sont que peu supérieures à celles que l'on observe dans un moteur asynchrone ordinaire. On a donc remarqué que la disposition spéciale des éléments du nouveau moteur permet un démarrage à partir de l' arrêt sans absorber sur la ligne des courants élevés et que, lorsque le moteur a démarré, cette disposition permet d'en régler la vitesse. La conception du moteur suivant l'invention permet de construire ce moteur dans un intervalle de puissances allant des petites aux grandes puissances et un intervalle de tensions allant des basses tensions aux hautes tensions. De même, elle permet d'utiliser le moteur dans des systèmes polyphasés symétriques comportant un nombre quelconque de phases, avec différentes fréquences industrielles et des stators bipolaires ou multipolaires. Le rotor peut être à cage d'écureuil ou bobiné, tandis que les encoches peuvent être entièrement ouvertes pour réduire la réactance rotorique, en améliorant ainsi le facteur de puissance et le couple de pointe. La rotation relative de l'un ou des deux stators peut être obtenue par des moyens mécaniques, des servo-moteurs électriques, hydrauliques etc..., et elle peut être à commande manuelle ou automatique. La technologie employée pour le calcul et la construction des moteurs asynchrones ordinaires peut être également appliquée au moteur suivant l'invention. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Moteur asynchrone polyphasé capable de démarrer en absorbant un courant de pointe limité et présentant une posibilité de réglage de la vitesse, ce moteur étant caractérisé en ce qu'il est composé de deux stators logés dans une même carcasse et qui peuvent tourner l'un par rapport à l'autre d'un pas polaire. 2.- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé par deux rotors calés sur le même arbre moteur, les conducteurs d'un rotor étant en série avec les conducteurs correspondants de l'autre rotor.