Brevet FR2188344A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne les machines électriques synchrones avec excitation par les harmoniques supérieurs du champ, et vise une simplification du dispositif d'excitation ainsi que -l'amelioration de la fiabilité des machines de ce type. La régulation de l'excitation des machines svnchrones,avec excitation par les harmoniques supérieurs du champ, s'opère a l'ordinaire en séparant l'énergie des harmoniques supérieurs du champ dans un discriminateur spécial réalisé sous forme d'un enroulement supplémentaire monté dans les encoches de l'induit, en plus de l'enroulement d'induit principal. La présence d'un enroulement supplémentaire spécial dans les machines de ce type provoque un accroissement de leurs dimensions, augmente le prix de revient, rend les conditions de refroidissement plus difficiles, et se traduit par un volume de travail important, ainsi que par la présence d'un nombre consi dérable de composants dans le montage (selfs, transformateurs, condensateurs et redresseurs). La plus simple des machines précitées comporte un montage, dans lequel l'énergie d'excitation en marche à vide est prélevée aux bornes d'une génératrice, et,au cours de la mise en charge, l'excitation reçoit un appoint d'énergie du troisième harmonique du champ des phases de l'enroulement d'induit du générateur. Cependant, les circuits de ce type présentent certains inconvénients. Pour assurer l'excitation nécessaire du générateur en marche à vide, l'enroulement d'excitation doit être conçu pour supporter les hautes tensions, de sorte que la tension de fréquence triple des phases du générateur est très faible et insuffisante pour la régulation de l'excitation ; c'est pourquoi on doit augmenter le troisième harmonique du champ en charge, en modifiant d'une façon excessive la géométrie des pièces polaires, ce qui affecte les performances de l'ensemble de la machine (accroissement du courant d'excitation, réduction du rendement). En outre, au cours de la réalisation des génératrices pour différentes tensions, le circuit mentionné nécessite d'ajouter au générateur, pour l'une des tensions, une self triphasée de limitation de courant, ce qui rend le circuit plus compliqué et en réduit la fiabilité. On connaît également une machine électrique synchrone comportant un enroulement d'excitation alimenté en courant continu et formé de deux enroulements triphasés parallèles couplés en étoile et décalés l'un par rapport à l'autre d'un certain angle. En présence d'un couplage et d'un circuit d'alimentation correspondant de cet enroulement, il est possible d'engendrer dans cette machine un champ d'excitation de fréquences fondamen tales et triples Les points neutres des enroulements en parallèle constituent, dans ce cas, les bornes d'alimentation en courant continu, mais non pas les bornes de sortie des harmoniques supérieurs. Le but de l'invention est de séparer l'énergie des harmoniques supérieurs du champ aux bornes des points neutres dans les branches parallèles de l'enroulement d'induit combiné assurant les fonctions des enroulements d'induit principal et supplémentaire. Suivant l'invention, on se propose de mettre au point une machine électrique synchrone à dispositif d'excitation simplifié à partir des harmoniques supérieurs du champ qui présente une fia bilité élevée, de meilleures conditions de refroidissement et d'utilisation, ainsi qu'un plus faible volume, et dont la fabrication nécessite moins de matériaux actifs et d'isolants. Ce résultat est obtenu par le fait que, dans une machine électrique synchrone comportant un enroulement d'excitation alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur et un enroulement d'induit assurant les fonctions d'enroulement principal et d'enroulement supplémentaire, et réalisé à l'aide d'un nombre pair de branches parallèles, avec un nombre de phases identiques dans chaque branche, couplées entre elles en étoile avec dégagement du point neutre, conformément à l'invention, l'une des moitiés des branches en parallèle est réalisée avec un nombre de spires et un pas d'enroulement différant de ceux de l'autre moitié des branches en parallèle de telle façon sue les produits de leurs coefficients d'enroulement par les nombres de spires pour le premier harmonique soient égaux et, pour les harmoniques multiples de trois, ils soient différents, les points neutre d'une moitié des branches parallèles étant alors accouplés aux points neutres de l'autre moitié des branches parallèles, par l'intermédiaire de l'entrée dudit redresseur de l'enroulement d'excitation. La machine synchrone suivant l'invention permet de résoudre les problèmes posés et peut être appliauée aussi bien comme générateur synchrone que comme moteur. D'autres caractéristioues de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel la Fig. unique est un schéma électrique de principe d'un circuit d'excitation d'une machine synchrone. Sur le dessin, on voit que la machine synchrone comporte un enroulement induit, assurant la fonction d'enroulement d'induit principal et d'enroulement supplémentaire, constitué par deux branches en parallèle 1 et 2, avec un nombre identique de phases dans chaque branche (dans l'exemple faisant l'objet de la présente description, ce sont des branches triphasées). Chacune des branches 1 et 2 est couple en étoile et comporte un point neutre dégagé ; ces points neutres, respectivement désignés par O' et O", sont reliés entre eux par l'intermédiaire de l'entrée d'un redresseur 3 branché aux bornes de l'enroulement d'excitation 4. Lors du raccordement des branches en parallèle 1 et 2 aux points neutres O' et O" par l'intermédiaire du redresseur 3, l'enroulement d'excitation 4 est alimenté en courant redressé à partir de la f.etm. de fréquence triple et multiple par rapport à celle-ci el 2(t) est la valeur instantanée de la f.e.m. entre les points neutres des branches parallèles 1 et 2 e'3(t), e'g(t), e'15(t) sont les valeurs instantanées respectives des troisième, neuvième et quinzième harmoniques de la f.e.m. de la branche 1 e"3(t), e"g(t), e"15 (t) sont les valeurs instantanées respectives des troisième, neuvième, quinzième harmoniques de la f.e.m. de la branche 2. Les harmoniques de la première, cinquième, septième, onzième et autres harmoniques de tension entre les points neutres O' et O" sont absents, étant donné que chacune des branches parallèles 1 et 2 est triphasée et symétrique. La coincidence des valeurs de ltharmonique principal, ainsi que les écarts du troisième harmonique, sont obtenus en réalisant des branches en parallèle 1 et 2, avec un pas de bobinage et un nombre de spires différents, choisis de telle façon que les produits de leurs coefficients d'enroulement par les nombres de spires pour le premier harmonique dans les deux branches en paral lèle 1 et 2 coïncident, tandis que, pour le troisième harmoniaue, ils diffèrent. Grâce à l'égalité des spires efficaces, les inductances totales des branches en parallèle sont pratiquement égales pour le premier harmonique. Lors de la colncidence des valeurs de la f.e.m. et des inductances pour le premier harmonique, les- courants d'égalisation de fréquence fondamentalé entre les branches en parallèle sont nuls. Les courants d'égalisation des cinquième, septième, onzième harmoniques, etc..,entre les branches en parallèle 1 et 2, sont engendrés, mais n'obtiennent pas un développement considérable, étant donné la faiblesse de leur f.e.m. et l'importance des résistances correspondantes. Grâce à la relation bien connue entre la f.e.m. du troisième harmonique et celle des harmoniques supérieurs en fonction de la valeur et du caractère de la charge de la machine, ce dispositif peut assurer l'autorégulation nécessaire de l'excitation. En utilisant, dans la machine décrite, un enroulement d'induit assurant la fonction d'enroulement principal et d'enroulement supplémentaire, avec excitation à partir des harmoniques supérieurs du champ, on améliore la fiabilité de la machine, tout en simplifiant et en améliorant les conditions de refroidissement des enroulements et d'utilisation de la machine. Dans l'exemple décrit, l'enroulement de l'induit est réalisé sous forme de deux branches parallèles ; cependant, il peut être constitué d'un nombre supérieur pair de branches en parallèle, une moitié de ces branches devant être également réalisée avec un nombre de spires et un pas de bobinage différents du nombre de spires et du pas de bobinage de l'autre moitié des branches. R E V E N D I C A T I O N Machine électrique synchrone, comportant un enroulement d'excitation alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur et un enroulement d'induit, combinant les fonctions d'enroulement d'induit principal et d'enroulement supplémentaire, réalisé avec un nombre pair de branches parallèles et un nombre identique de phases dans chaque branche, reliées entre elles en étoile avec point neutre dégagé, caractérisée en ce qu'une moitié des branches en parallèle est réalisée avec un nombre de spires et un pas d'enroulement différents de ceux de l'autre moitié de branches en parallèle, de telle façon que les produits de leurs coefficients d'enroulement par le nombre de spires pour le premier harmonique sont égaux, et que, pour les harmoniaues multiples de trois, ces produits sont différents entre eux, les points neutres d'une moitié des branches en parallèle étant alors raccordés aux points neutres de l'autre moitié de ces branches par l'intermédiaire de l'entrée dudit redresseur de ltenroulement d'excitation.