Brevet FR2180551A1 — publié le 19731130

L'invention concerne la génération de puissance électrique sous forme de courant alternatif destiné à être utilisé dans un circuit de charge alimenté par un seul générateur. I1 est bien connu que les moteurs asynchrones peuvent être utilisés en générateurs de courant électrique alternatif. Pour cela deux conditions étaient jusqu'ici considérées comme impératives. D'une part, le générateur devait débiter sur un réseau comportant par ailleurs au moins un générateur synchrone fournissant le courant réactif nécessaire au fonctionnement du générateur asynchrone. D'autre part, le générateur asynchrone devait être entrainé à une vitesse supérieure à celle qui correspond au synchronisme à la fréquence imposée par le générateur synchrone, ctest-à-dire avec un glissement négatif. Les inventeurs ont constaté que ces deux conditions n'ont pas le caractère absolu qu'on leur attribuait jusqu'ici. De façon plus précise, ils ont fait la constatation surprenante que, dans certaines conditions, un générateur asynchrone à rotor en courtcircuit est susceptible d'alimenter un circuit de charge ne comportant par ailleurs aucun générateur synchrone ou, de façon plus large, aucun organe susceptible de fixer une fréquence de synchronisme. En conséquence, la présente invention propose l'application d'un générateur asynchrone à rotor en court-circuit à l'alimentation d'un circuit de charge dépourvu de tout générateur synchrone, ledit circuit de charge étant capacitif ou un enroulement supplémentaire fermé sur une capacité étant prévu sur le stator dudit générateur asynchrone. L'invention est susceptible d'application industrielle chaque fois que l'on souhaite alimenter un circuit que l'on ne peut raccorder à un réseau alternatif. Une application particulièrement importante est constituée par l'alimentation en énergie électrique de nombreux composants et accessoires montés sur un véhicule automobile. On sait qu'à l'heure actuelle l'alternateur associé à un redresseur est en passe de supplanter la dynamo. Mais les alternateurs utilisés à l'heure actuelle, à rotor bobiné, supportent mal les vitesses élevées correspondant au régime maximum du rotor s'ils sont prévus pour fournir une puissance acceptable au ralenti. La présence de bagues pose des problèmes de contacts. L'invention, mettant en oeuvre un générateur à rotor massif et dépourvu de bagues, élimine totalement ces problèmes. Pratiquement, il a été constaté, sans qu'une explication rigoureuse ait pu en être donnée,que les moteurs à rotor à encoches fermées se prêtent mal à la génération de courants. Dans certains cas même il a été impossible d'obtenir une puissance électrique appréciable aux bornes de l'enroulement statorique, quelle que soit la vitesse d'entrainement du rotor. Par contre, le même rotor a permis de reproduire la génération de courant une fois les encoches ouvertes par des traits de scie à travers les tôles. Ce phénomène a notamment été observé sur un moteur à cage constituée par des barres d'aluminium directement coulées dans des encoches fermées et réunies par une plaque d'aluminium à chaque extrémité axiale du rotor. Par contre, des résultats favorables ont été obtenus aussi bien avec un montage monophasé qu'avec un montage biphasé ou triphasé. Dans tous les cas, le générateur ne s'amorce pas à basse vitesse. De façon plus précise, cet amorçage n'intervient que lorsqu'on atteint ou dépasse une vitesse qui est en général nettement supérieure à la vitesse de synchronisme correspondant à la fréquence pour laquelle est prévu le moteur. Jusqu'à cet amor çage on n'obtient qu'une puissance très faible. Au-delà, la puissance maximum disponible sur un circuit extérieur de charge est fonction de la capacité des moyens d'entrainement et elle est surtout limitée par l'échauffement du bobinage statorique qui fournit la puissance prélevée. Par ailleurs, et contrairement à toute attente, la fréquence ne varie que très peu avec la vitesse d'entrainement. Cette fréquence est d'ailleurs en général un multiple de celle pour laquelle est prévu le moteur (50 ou 60 périodes par seconde en général). I1 semble qu'un phénomène de résonance intervienne dans le fonctionnement du générateur. Cette résonance impose une relation convenable entre l'inductance de l'ensemble du circuit (donnée en général essentiellement par l'enroulement statorique) et la capacité. Dans certains cas, la capacité du circuit de charge est suffisante pour atteindre ces conditions de résonance et l'enrou- lement statorique peut alors être de type classique. Dans d'autres cas-au contraire, il est nécessaire d'adjoindre sur le stator un enroulement supplémentaire fermé sur un condensateur. Dans ce cas,.la-valeur du condensateur devra en général être déterminée de façon expérimentale. I1 faut d'ailleurs noter que cette valeur n'est en général pas critique. Toutefois le rendèment maximum n'est atteint que pour une valeur bien déterminée. A titre d'exemples seront maintenant décrits deux modes particuliers de réalisation de l'invention. EXEMPLE 1 Un générateur de courant alternatif a été constitué à partir d'un moteur asynchrone dont le rotor était constitué par un empilement de tôles isolées, sur lequel étaient poinçonnées les encoches ouvertes sur toute la longueur du rotor destinées à recevoir les conducteurs. Ces conducteurs étaient formés par des barres d'aluminium coulé sous pression dans les encoches, reliées à des disques terminaux également coulés. Le stator comportait 24 encoches dans lesquelles était disposé un bobinage pouvant être considéré comme un bobinage primaire. Ce bobinage comportait 24 enroulements disposés en série, deux enroulements successifs ayant un sens inverse l'un de l'autre. Chaque enroulement était constitue de 30 spires en fil de cuivre émaillé de 75/100 de mm de diamètre. Ce bobinage primaire constituait donc un ensemble à 12 pôles, les enroulements étant raccordés en série. A ce bobinage primaire a été juxtaposé un bobinage secondaire identique au précédent, mais décalé d'une encoche. Le bobinage secondaire a été fermé sur un circuit de charge purement résistif, constitué par des lampes d'éclairage type automobile alors que le bobinage primaire a été fermé sur un condensateur non polarisé de 12 microfarads. Un tel dispositif a permis d'alimenter sous 12 Volts les lampes d'éclairage, la tension aux bornes du condensateur étant simultanément de 220 Volts environ. Il faut noter qu'une puissance notable a pu par ailleurs être prélevée sur les bornes du condensateur pour alimenter un circuit de charge distinct. EXEMPLE 2 Un générateur de courant alternatif a été constitué à partir d'un moteur comportant, comme le précédent, un rotor en cage d'écureuil à 18 encoches. Le stator, à 24 encoches, était garni de 4 enroulements concentriques comportant chacun 180 spires de fil émaille de 70/100. Les 180 spires étaient réparties en trois bobines de 60 spires chacune, chaque bobine entourant 6 encoches. Le stator présentait ainsi 4 pôles. Les bobines étaient toutes montées en série pour obtenir une inductance maximum. A ce premier bobinage a été juxtaposé un bobinage secondaire bobiné avec un décalage d'un demi-pôle par rapport au précédent, constitué de quatre fois 9 spires de fil émaillé de 25/100 de mm. Le bobinage secondaire a encore été fermé sur un circuit de charge résistif tandis que le bobinage primaire a été fermé sur un condensateur non polarisé de 10,2 microfarads. Lors de la montée en vitesse du générateur, une tension a commencé à appa raire pour une vitesse de 3000 t/mn, aussi bien aux bornes du bobinage primaire qu'à celles du bobinage secondaire. La frequence s'est stabilisée à 150 Hz à partir de 3200 t/mn environ. La tension aux bornes du primaire, fermé sur le condensateur, a augmenté très rapidement pour atteindre 310 Volt à 3750 t/mn, puis beaucoup plus lentement pour atteindre 420 Volt à 3860 t/mn. On voit que cette tension varie relativement peu dans une large bande de vitesse, ce qui constitue une caractéristique favorable. La tension à vide aux bornes du bobinage secondaire était de 18 Volt à 3860 t/mn. Sur une charge de 0,4 ohms, absorbant un courant de 30 ampères, la tension était encore de 12 Volt. Les essais effectués ont fait apparattre une caractéristique extrêmement intéressante : sil'iapédance aux bornes du secondaire diminue brutalement, ce qui correspond à une mise en court-circuit accidentelle, le générateur se désamorce instantanément de sorte qu'il ne peut être endommagé. Dès qu'une charge de résistance suffisante est réintroduite entre les bornes, le générateur se réamorce. Des résultats similaires ont été obtenus avec des générateurs en triphasé et avec des charges constituées par des montages redresseurs classiques, du type couramment utilisé sur les véhicules automobiles. Les résultats ont été favorables dans tous les cas, sous réserve que soient respectées les conditions énumérées ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Application d'un générateur asynchrone à rotor en courtcircuit à l'alimentation d'un circuit de charge dépourvu de tout générateur synchrone, ledit circuit de charge étant capacitif ou un enroulement supplémentaire fermé sur une capacité étant prévu sur le stator dudit générateur asynchrone. 2. Application suivant la revendication 1, caractSrisée en ce que le rotor est à encoches ouvertes ou semi-ouvertes. 3. Application suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enroulement supplémentaire est constitué par des conducteurs de section notablement inférieure à celle des conducteurs d'alimentation de la charge. 4. Application suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les deux enroulements sont constitués de façon identique, mais décalés d'un pâle. 5. Application suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que l'enroulement supplémentaire est prévu pour fournir une tension de sortie comprise entre dix et vingt fois la tension de sortie de l'enroulement principal. 6. Application suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, le circuit de charge étant un redresseur d'alimentation du circuit électrique continu d'un véhicule automobile.