Brevet FR2181457A1 — publié le 19731207

La présente invention, due à BIRGER Boris Lvovich, VILNITIS Aivar Yanovich, GOROVITS Vladimir Semenovich, UKRAINTSEV Boris Nikolaevich, FOLIFOROV Vladimir Mikhailovich, SHABANOVA Lidia Maximovna, TINTE Aivar Eduardovich, GRIGORIEV Petr Grigorievich, BAKHUR Petr Ivanovich, concerne les machines linéaires à induction, et plus particulièrement la compensation de l'effet d'extrémité longitudinale. L'invention peut notamment être utilisée pour les pompes à induction linéaires cylindriques et plates destinées à pomper des liquides conducteurs de courant électrique, pour les moteurs asynchrones linéaires destinés aux moyens de transport, pour les commandes de mécanismes à mouvement de va-et-vient et dans d'autres cas encore. On sait que dans les machines linéaires à induction à circuit magnétique ouvert, il apparat, en plus des champs glissants, des champs électriques et magnétiques pulsatoires supplémentaires dus à ce que le système magnétique a une longueur finie et à ce que le milieu conducteur transporté dans le champ magnétique de l'inducteur entre et sort de ce champ. Cet ensemble d'effets nuisibles est appelé "effet d'extrémité longitudinale". Lesdits champs supplémentaires apparaissent dans l'entrefer, la culasse et le noyau (dans les machines cylindriques), et provoquent une irrégularité de la charge et des surcharges locales du système magnétique, un échauffement irrégulier, l'apparition d'une asymétrie entre les phases, provoquant l'apparition d'une onde glissante inverse et la diminution du rendement de la machine. On connait une série de procédés pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale. Les principaux consistent à diminuer le courant de charge vers les extrémités du circuit magnétique, à installer des shunts magnétiques et des enroulements ou bobines de correction supplémentaires aux extrémités du circuit magnétique. Ces procédés ont comme inconvénients principaux , une région réduite d'action, un réglage compliqué et, dans beaucoup de cas, une diminution du rendement de l'installation. Par exemple, la mise en place de shunts magnétiques aux extrémités du circuit magnétique rend la répartition du champ uniforme exclusivement dans la culasse; la mise en place aux bouts du circuit magnétique de bobines supplémentaires, qui sont branches dans la phase équidistante des extrémités de la machine, n'égalise la répartition du champ que dans l'entrefer, et encore, exclusivement pour un des régimes de fonctionnement. Lorsqu' on modifie le régime de fonctionnement on doit régler le courant,l'intensité et la phase du courant dans les bobines de correction à l'aide de moyens spéciaux. Ceci à son tour, complique l'exploitation de la machine et réduit le rendement de toute l'installation à cause des pertes supplémentaires de puissance active dans les sources d'alimentation et les bobines de correction. On connaît également un procédé de compensation de l'effet d'extrémité longitudinale à l'aide de circuits fermés (bobines de correction), qui sont installés sur les cotés en bout du circuit magnétique.Ce procédé améliore partiellement la répartition du champ dans l'entrefer pour tous les régimes de fonctionnement de la machine par autocompensation, mais il ne corrige pas le champ dans la culasse, et par conséquent, dans le fluide conducteur de travail. Le carectère partiel de l'amélioration de la répartition du champ dans l'entrefer est dû au fait que les bobines de correction placées en bout n'embrassent pas le flux magnétique de shuntage à l'extrémité. En particulier, le flux magnétique sortant des dents extremes n'est pas éliminé. La présente invention vise à fournir un dispositif de compensation efficace de l'effet d'extrémité longitudinale dans tous les éléments de la machine : entrefer de travail, culasse, noyau (pour les machines cylindriques), et ce à tous les régimes de travail, dispositif basé sur le principe de l'autocompensation n'utilisant aucune source supplémentaire d'alimentation. Ce résultat est atteint du fait que dans le dispositif selon l'invention, pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale dans les machines à induction linéaires à enroulements de travail placés dans les encoches d'un circuit magnétique, possedant au moins deux circuits électriques fermés, chacun desdits circuits électriques fermés comporte deux parties actives, placées dans les encoches du circuit magnétique à une distance au moins égale à un pas polaire. Par "parties actives" du circuit on vntend les parties du circcitpa- cées directement dans les encoches du circuit magnétique inducteur. Ces parties actives peuvent être branchées pour que les courants de compensation soient du meme sens lorsqu'on utilise le circuit pour compenser le champ magnétique dans le circuit magnétique (culasse7 ou noyau) de la machine, ou bien en opposition, lorsqu'on utilise les circuits pour compenser le champ magnétique dans l'entre- fer de travail. On appellera "courants d'égalisation" les courantsqui apparais sent dans les circuits électriques bouclés sous l'action d'un flux magnétique alternatif embrassé par le circuit donné. Les courants d'égalisation créent un flux magnétique, qui tend à compenser le flux magnétique traversant le circuit. Pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale dans le noyau d'une machine à induction cylindrique, il faut que le circuit électrique bouclé, dont les parties actives sont placées à une distance égale au pas polaire, embrasse le noyau. Pour la compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans la culasse d'une machine à induction linéaire plate, le circuit électrique bouclé, dont les parties actives sont disposées à une distance égale au pas polaire, embrasse avantageusement la culasse. Pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale dans l'entrefer de cette machine à induction linéaire plate il est préférable que le circuit électrique bouclé, dont les parties actives se trouvent à une distance égale à deux pas polaires, embrasse les dents du circuit magnétique. Dans les machines linéaires plates à induction à deux inducteurs, il est avantageux de décaler les circuits électriques bouclés de l'un des circuits magnétiques par rapport aux circuits de l'autre circuit magnétique d'un pas polaire. On peut, à la place de conducteurs supplémentaires formant les circuits électriques bouclés décrits plus haut, utiliser,dans les machines linéaires à induction dont les enroulements sont à branches parallèles, les bobines de l'enroulement de travail, en disposant de façon appropriée les branches parallèles le long du circuit magnétique. Le dispositif proposé permet d'améliorer sensiblement le rendement des machines linéaires à induction, de simplifier la construction et la technologie de fabrication de ces machines, d'amé- liorer leur fiabilité en service grâce à l'élimination de l'échauffement irrégulier des parties du circuit magnétique et du canal pour le fluide conducteur. Les particularités de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples et faite en se référant aux dessins donnés en annexe, dans lesquels la fig. 1 montre le système magnétique d'une pompe à induction cylindrique aluni d'un circuit électrique bouclé embrassant le noyau, où les parties actives du circuit sont branchées en renforcement pour les courants d'égalisation ;; la fig. 2 montre le système magnétique d'une machine linéaire plate à deux inducteurs avec des circuits électriques bouclés embrassant la culasse du circuit magnétique la fig. 3 montre le système magnétique d'une machine linéaire plate à deux inducteurs avec des circuits électriques bouclés, dont chacun embrasse les dents du circuit magnétique, les circuits de l'un des circuits magnétiques étant décalés par rapport aux circuits de l'autre circuit magnétique d'un pas polaire la fig. 4 montre le schéma de connexion des bobines de l'en- roulement d'une des phases d'une machine à induction linéaire cylindrique à deux ondes, dans laquelle les branches parallèles de l'en- roulement sont utilisées pour former les circuits électriques bouclés la fig. 5 montre le schéma de connexion des bobines dans une phase de l'un des inducteurs d'une machine plate parallèle à deux branches parallèles. Le dispositif de la figure l,stLr àcanpenser i! effetd'ertznité longitudinale dans une machine cylindrique à induction comprend un circuit électrique 1 bouclé en huit et placé dans les encoches de la partie 2 du circuit magnétique. Ce circuit électrique embrasse le noyau 3, qui constitue l'autre partie du circuit magnétique. Les parties actives 4 du circuit électrique bouclé 1 sont placées dans les encoches de la partie 2 du circuit magnétique à une distance égale au pas polaire 6 et branchées pour que les courants d'égalisation soient de meme sens. La compensation de l'effet d'extrémité longitudinale se produit alors de la manière suivante. En cas de répartition irréguliere du flux magnétique dans le noyau 3 de la machine, un courant d'égalisation, proportionnel à la différence entre les flux magnétiques dans les sections du noyau 3, qui sont embrassées par le circuit électrique bouclé 1, apparait dans ce circuit 1. En cas de flux glissant pur dans le noyau, il n"y a pas de courant d'égalisation dans les circuits électriques bouclés. Le flux magnétique créé par le courant d'égalisation compense la répartition irrégulière du flux magnétique dans le noyau 3 de la machine cylindrique à induction, en évitant l'accroissement du flux magnétique qui a lieu dans une machine non compensée.La répartition du champ électrique et du courant dans le fluide conducteur propulsé est égalisée d'une manière analogue. Ainsi on diminue les pertes de puissance active dans le circuit secondaire de la machine (le fluide conducteur propulsé) et l'échauffement des parties du noyau. Tout ceci à son tour entraine une amélioration du rendement de la machine. La réduction du flux magnétique dans le noyau améliore les caractéristiques cors- tructives de la machine (elle diminue la consommation d'acier magnétique dans le noyau 3 et de cuivre pour les enroulements). Le dispositif, illustré en figure 2,de compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans la culasse d'une machine à induction linéaire plate est constitué de la manière suivante : chaque circuit électrique 5 bouclé en "huit" est placé dans les encoches des circuits magnétiques 6 de manière à embrasser la culasse. Les parties actives 7 du circuit électrique bouclé 5 sont placées dans les encoches des circuits magnétiques 6 à une distance égale au pas polaire r et sont branchées pour que les courants d'égalisation soient de même sens. La compensation de 1' effet d'extrémité longitudinale a lieu de manière analogue à celle indiquée pour une machine à induction cylindrique, avec cette différence que l'égalisation des flux se produit dans la culasse de chaque circuit magnétique 6. Le dispositif illustré en figure 3 de compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans l'entrefer d'une machine à induction linéaire plate est formé par des circuits électriques bouclés 8 possédant des parties actives 9 et 10, qui sont placées dans les encoches des circuits magnétiques 11 et 12 de telle manière que chaque circuit électrique bouclé 8 embrasse des dents du circuit ma gnétique séparées par une distance égale à deux pas polaires. Les parties actives9 et 10 de chaque circuit électrique bouclé 8 sont branchées pour que les courants d'égalisation soient en opposition. La compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans l'entrefer de travail se produit alors de la façon suivante. En cas de répartition irrégulière du flux magnétique dans 1' entrefer de travail dans le sens longitudinal de la machine à induction, il apparait dans les circuits électriques bouclés 8 un courant d'légalisa tion proportionnel à la valeur du flux pulsatoire supplémentaire dans l'entrefer de travail. En cas de champ purement glissant dans l'entrefer de travail, aucun courant d'égalisation ne parcourt les circuits électriques bouclés 8. Le flux magnétique créé par le courant d'égalisation compense l'irrégularité du champ magnétique dans l'entrefer de travail pour n'importe quel régime de fonctionnement de la machine. Cette égalisation de la répartition des forces électromagnétiques dans les circuits secondaires réduit la consommation de la puis- sance active dans celle-ci, rétablit la symétrie entre les phases du point de vue des résistances en supprimant l'onde glissante inverse du courant de charge dans la machine, lorsque cette dernière est alimentée à partir d'une source assurant la symétrie du système des tensions compensées appliquées à la machine. Les circuits électriques bouclés indiqués égalisent chacun la répartition du champ dans l'entrefer de travail sur une longueur égale à deux pas polaires. Pour égaliser la valeur du champ magnétique sur les sections adjacentes, embrassées par des circuits différents, les circuits 8 du circuit magnétique 11 ont un décalage égal à un pas Z par rapport aux circuits 8 du circuit magnétique 12. Les circuits électriques bouclés indiqués peuvent être réalisés sous forme de conducteurs supplémentaires. Cependant, dans les machines à induction linéaires comportant deux brans parallèles dans chaque phase, on peut utiliser les bobines de l'enroulement de travail pour former des circuits électriques bouclés. A cet effet, par exemple dans le schéma de l'enroulement d'une machine cylindrique à induction à deux ondes (fig. 4) les bobines successives I et II d'une même phase, séparées l'une de l'autre par une distance égale au pas polaire T , sont branchées en parallèle avec des sens opposés de circulation du courant. Un groupe comportant les bobines III et IV,également branchées en parallèle avec des sens opposés,est placé en série avec l'ensemble des bobines I et II. Les indices x indiquent les débuts de bobine Ce même schéma peut etre utilisé pour la connexion des bobines dans l'inducteur d'une machine linéaire plate avec enroulement en tambour. Les circuits électriques bouclés formés dans un tel enroulement correspondent aux circuits électriques bouclés représentés sur les figures 1 et 2. Dans une machine à induction linéaire plate avec enroulement bobiné à deux couches (fig. 5) les circuits électriques bouclés sont également obtenus en branchant en parallèle des bobines voisines. Cependant les circuits électriques bouclés embrassent alors chacun les dents du circuit magnétique sur une distance égale à deux pas polaires, tandis que chaque bobine est disposée sur une longueur egale au pas polaire r . Les lignes en pointillés représentent les côtés des bobines disposés dans la couche du circuit magnétique la plus proche de la culasse. L'exposé fait plus haut met en évidence qu'une compensation maximale de 1' effet d'extrémité longitudinale est obtenue en adaptant le dispositif de compensation aux particularités de la construction de chaque machine à induction linéaire, comme décrit plus haut. Le dispositif proposé pour compenser lteffet d'extrémité longitudinale est particulièrement efficace pour les valeurs 0,1((1 et p'# 0,2, # étant le nombre de Reynolds magnétique et p' étant le rapport entre les pertes dans l'inducteur, (y compris dans les circuits électriques fermés) et les pertes totales de la machine linéaire à induction. REVENDICATIONS 1. dispositif pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale dans les machines linéaires à induction comportant des enroulements de travail placés dans les encoches d'un circuit magnétique, dispositif possédant au moins deux circuits électriques bouclés, caractérisé en ce que chacun desdits circuits électriques bouclés comporte deux parties actives qui se situent dans le circuit magnétique à une distance au moins égale à un pas polaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits électriques bouclés sont constitués par des circuits formés en couplant en parallèle les bobines de l'enroulement de travail. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties actives de chaque circuit électrique bouclé sont disposées à une distance égale à un nombre impair de pas polaireset sont branchées de façon que les courants d'égalisation soient de même sens. 4. Dispositif selon la revendication 3, de compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans les machines cylindriques à induction, caractérisé en ce que les circuits électriques bouclés embrassent le noyau de la machine. 5. Dispositif suivant la revendication 3 de compensation de l'effet d'extrémité longitudinale dans les machines à induction linéaires plates, caractérisé en ce que les circuits électriques bouclés embrassent la culasse du circuit magnétique. 6. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2 pour compenser l'effet d'extrémité longitudinale dans les machines à induction linéaires plates, caractérisé en ce que les parties actives des circuits bouclés sont branchées de façon que les courantVd'égalisation soient en opposition et en ce que chacun des crits embrasse les dents du circuit magnétique à une distance égale à un nombre pair de pas polaires. 7. Dispositif suivant la revendication 6 pour compenser l'ef- fet d'extrémité longitudinale dans les machines à induction liné- aires plates à deux inducteurs, caractérisé en ce que les circuits électriques bouclés de l'un des circuits magnétiques sont décalés d'un pas polaire par rapport aux circuits électriques bouclés de l'autre circuit magnétique.