Brevet FR2230111A1 — publié le 19741213

Les machines asynchrones sans bagues telles jupon les connaSt posent en principe des problèmes de démarrage et de montée en allure dont la solution est constamment liee b des compromis. De telles machines présentent surtout des courants dfarrtt excessivement élevés que lton ne peut limiter quten renonçant k un fort couple de décrochage dans le cas d'un rotor à double cage ou en consentant des sacrifices sur le couple de daémarrage en cas d'insertion de réactances ou aussi sur la puissance en cas d'insertion de résistances effectives. Le couple de démarrage que peuvent atteindre aussi bien la machine monophasée fonctionnant avec un condensateur de service que la machine triphasée est relativement faible et ne peut être augmenté que par un condensateur de démarrage ou par accroissement, lié ou non b la fréquence, de la résistance du rotor. Mais on tombe alors dans l'inconvénient de courants de démarrage excessivement élevés, de pertes et d'une chute de puissance ou de courants d'arrêt plus élevés. I1 est à noter également que les déficiences de démarrage et de montée en allure sont plus difficiles à éliminer dans les machines asynchrones à fonctionnement monophasé que dans celles qui fonctionnent en triphasé. L'invention a pour objet une machine asynchrone de haut rendement qui soit exempte des inconvénients précités, peu sujette à des pertes dans les diverses conditions de fonctionnement, puissante et surtout de régulation aisée. Cette machine asynchrone est caractérisée par le fait que les circuits électriques Bermes de l'enroulement secondaire comprennent sous chaque paire de piles deux bobines normales ou raccourcies ou deux groupes de bobines normales ou raccourcies qui comportent, l'un ou l'une par rapport å l'autre, un décalage de préférence égal à un demi-pas polaire, toutes les bobines secondaires revenant à une paire de piles sont branchées ainsi en série en des circuits électriques par paires ou par groupes, compte tenu du décalage d'un demi-pas polaire, et un rotor complètement bobiné présente au moins quatre circuits secondaires fermés qui, parrapport à un sens de rotation déterminé à la surface dudit rotor, sont chaque fois bobinés avec un décalage mutuel d'un quart de pas polaire. Le fonctionnement de 11enroulement du rotor repose sur deux bases: 10 la valeur de la tension dite d'arrêt du rotor, agissant dans un circuit secondaire quelconque en n'importe quelle situa tion du champ, divisée par le nombre n des spires de toutes les bobines en série dudit circuit donne une tension par spire dont la demi-aire de demi-onde est toujours notablement plus faible que le flux magnétique inducteur , avec cette double conséquence que - la valeur de crête de la caractdristique de puissance, ou la vitesse de régime de la machine, se situe dans la zone des fréquences de rotor plus élevées sans que cela éntratne de plus grandes pertes, Si bien que lton dispose d'une bien meilleure possibilité de régulation que d'habitude;; - les courants de démarrage ou dtarret sont beaucoup plus faibles que dans les machines connues de même genre; 20 la cooperation entre le champ d'induction et les courants d'induit en vue d'engendrer un couple de rotation reste assurée mQme si, par suite d'une fréquence de rotor plus élerdeg les courants en question sont fortement inductifs ou en majeure partie rdactifs;; cela est dA au fait que les courants secondaires doivent chaque fois parcourir au moins deux bobines branchées en série qui sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi-pas polaire, si bien que, par -suite de leur position de phase ddcalée d'un quart de période, les deux composantes, active et réactive, desdits courants peuvent agir pleinement chacune dans une des deux bobines, la position spatiale des bobines étant une garantie d'adapta- tion b chaque position de phase des courants qui les traver sent, cela en vue d'exercer un couple de rotation avec le flux d'induction. Dans un mode de réalisation préféré, les circuits secondaires comportent des bobines normales et des bobines raccourcies décalées les unes par rapport aux autres d'un demi-pas polaire. Suivant une particularité avantageuse d'une machine asynchrone monophasée selon l'invention, le stator présente, en plus de piles principaux saillants sur lesquels est bobiné l'en- roulement principal, des piles auxiliaires sur lesquels est bobiné l'enroulement auxiliaire et qui ont les mêmes dimensions et positions que des piles de commutation. On obtient de la sorte un couple de démarrage encore plus fort et une meilleure utilisa tion du stator, ctest-à-dire une plus grande puissance. L'invention et le fonctionnement de l'enroulement secondaire, ou rotorique, seront mieux compris à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel s les figures 1 à 6 ont trait à une machine asynchrone bipolaire, fonctionnant en monophasé, dont le stator est symbolisé par le champ principal et le champ auxiliaire; la figure 7 a trait à une machine asynchrone bipolaire, fonctionnant en monophasé, dont le stator comporte des pales principaux et auxiliaires selon ladite invention. On a désigné par X' et 9', sur les figures 1 à 6, deux axes qui, rapportés au bobinage du rotor et tournés de 450 par rapport aux axes X et Y, délimitent les quadrants I' et III', II' et IV'. L'enroulement secondaire se compose de boucles normales et de boucles raccourcies. Chaque boucle normale 2 forme un circuit électrique fermé avec deux boucles raccourcies 3 enroulées en série. Bu décalage mutuel, d'un demi-pas polaire, des bobines normales et raccourcies d'un circuit il résulte que, dans les positions d'un circuit secondaire dans le champ primaire i telles quelles sont caractérisées sur les figures 1 et 2, les f. é. m. e n et ek induites dans la boucle normale 2, sur la figure 1, et dans les boucles raccourcies 3, sur la figure 2, ont les valeurs maximales; les boucles raccourcies 3 reliées, sur la figure 1, et la boucle normale 2, sur la figure 2, restent insensibles à l'action du champ alternatif i. En chaque autre position de champ du circuit secondaire, les f. é. m. en et ek agissent soit en parall8le, soit en opposition. Les tensions moyennes des spires dans les circuits secondaires sont généralement faibles au point que les courants d'arrêt ou de démarrage restent notablement inférieurs sux valeurs habituelles. Dans une machine pleinement bobinée, l'enroulement secondaire se répartit entre t - les boucles normales dont les côtés sont à l'intérieur des quadrants I' et III', figure 3, et les bobines raccourcies reliées à elles comme sur 1z fiire 4; - les boucles normales dont les cotés sont à l'inté rieur des quadrants II' et IV', figure 5, et les boucles raccourcies reliées à elles comme sur la figure 6. Les figures 4 et 6 visent surtout 'a la clarté la plus grande possible. Sur la figure 7, les références 8 et 7 désignent les pales principaux et auxiliaires, agencés respectivement en pales normaux et en pâles analogues k des pâles de commutation. Les références 5 et 6 désignent, quant d elles, les enroulements principaux et auxiliaires. L'induit 1 est représenté en coupe transversale à l'axe de la machine. Les courants engendrés par les i.e.m.en et ek sont matérialisés par des signes "plus" et des signes ponctuels. De par leur répartition à la surface du rotor, ces courants d'induction ne peuvent pas exercer de couple de démarrage avec Les f.é.m.en et ek induites par le flux magnétique influencent comme suit les. courants d'induction déjà en circulation: du fait que les f.é.m.en, ek et n et ek sont décalées, comme les champs + et ode de préférence d'un quart de période dans leur posi- tion de phase, chacun de ces groupes de f.é.m. présente soit la même position de phase que les courants réactifs engendrés par l'autre groupe, soit la position de phase opposée, d'où une accentuation ou une réduction des courants réactifs, c'est-à-dire un renforcement des dVcalages de phase des courants du rotor. Si, par exemple, à ltinstant t la f.é.m.en' présente la position de phase opposée k celle des courants réactifs circulant figures 5 et 6, la f.é.m.ek a au même instant la même position de phase que les courants réactifs engendrés par e n et circulant comme sur les figures 3 et 4. Les décalages de phase résultants donnent en majeure partie, dans l'enroulement partiel des figures 5 et 6, des courants actifs qui exercent avec # un couple de démarrage et, dans l'enroulement partiel des figures 3 et 4, des courants réactifs qui exercent un tel couple de démarrage avec {. Ces deux couples de démarrage coopèrent dans le sens de rotation représenté par la flèche 4. Il apparat ainsi que les courants actifs et les courants réactifs coopèrent les uns et les autres à la formation d'un couple de démarrage dont la valeur est beaucoup plus élevée que dans les machines asynchrones comparables à rotor en court-circuit, cela bien que les courants d'arrêt soient beaucoup plus faibles que d'habitude. Le fonctionnement de l'enroulement secondaire dans le champ tournant est analogue à celui qui vient entre exposé. REVENDICATIONS 1. Machine asynchrone monophasée ou triphasée caractéri sée par le fait que les circuits électriques fermés de ltenroulement secondaire comprennent sous chaque paire de pôles deux bobines normales ou raccourcies ou deux groupes de bobines normales ou raccourcies qui comportent, l'un ou l'une par rapport à llautre, un décalage, par exemple égal à un demi-pas polaire, toutes les bobines secondaires revenant à une paire de pales sont branchées de la sorte en série en des circuits électriques, par paires ou par groupes, compte tenu du décalage d'un demi-pas polaire. et un rotor complètement bobiné présente au moins auatre circuits secondaires fermés qui, par rapport k un sens de rotation déterminé à la surface dudit rotor, sont chaque fois bobinés avec un décalage mutuel d'un quart de pas polaire. 2. Machine asynchrone selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les circuits secondaires comportent des bobines normales et des bobines raccourcies décalées les unes par rapport aux autres d'un demi-pas polaire. 3. Machine asynchrone selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que le stator présente, en plus de pôles principaux saillants bobinés avP'l'enroulement prince pal, des piles auxiliaires qui sont bobinés avee-lenroulement-auxu- liaire et ont les mêmes dimensions et positions que des pales de commutation.