Brevet FR2298220A1 — publié le 19760813

La présente invention concerne un procédé permettant de pallier au problème du bruit des moteurs asynchrones qui est lié à la présence de champs harmoniques dans l'entrefer, produits d'une part par le stator, et d'autre part, par le rotor. Dans les procédés connus de ce genre, un remède généralement efficace pour réduire le bruit, consiste à travailler avec un entrefer largement dimensionné, de manière à réduire 1 amplitude des champs harmoniques, mais entrame une augmentation du courant magnétisant et par suite, une diminution sensible du rendement ; dans certains cas particuliers, une action sur la pente du rotor peut aussi être efficace. I1 est donc préférable d éviter la présence des champs harmoniques tels que la fréquence des vibrations qu'ils produisent corresponde à la fréquence propre de résonnance de la couronne statorique d une part, et d'autre part celle de champs harmoniques pouvant exercer sur le rotor des forces non équilibrées entraidant des vibrations importantes du rotor. Cela peut être réalisé grâce à une géométrie convenable des toles rotoriques appropriée au type de stator. Origines du bruit magnétique : les enroulement n'étant pas répartis sinusoSdalement dans l'espace, mais concentrés dans les encoches du stator la f. m. m. agissant sur l'entrefer peut-être décomposée en une somme de f. m. m: harmoniques comportant des nombres de pôles différents, et tournant à des vitesses différentes, dans le même sens ou en sens contraire que la f. m. m. fondamentale. La f. m. m. d'entrefer peut donc s'écrire: cos-(ax + b wt) De plus, du rait de la présence des encoches et de la rotation du rotor, la perméance de l'entrefer en un point d abscisse angulaire x est une fonction périodique du temps ; elle peut être décompose en une somme de perméan- ces harmoniques tournantes et d'une perméance constante. La perméance de l'entrefer peut donc s'écrire : Px = Po + #P' cos (cx + d wt) Or, chaque terme de f. m. m. , associé à chaque terme de perméance, donne lieu à un champ d induction dans l'entrefer ; l'induction résultante est la somme des composantes ainsi définies: Ce champ d'induction B provoque des forces radiales sur le fer du stator et du rotor, proportionnelles à B. F =kB2 x Sous l'action de ces forces magnétiques, la couronne statorique pourra donc se déformer périodiquement, d'où la production d 'un bruit à la fréquence donnée par le terme h ; on pourra donc, par une analyse de fréquence de bruit émis par le moteur, repérer les champs d'induction susceptibles de créer des forces aux fréquences considérées. Le coefficent g 1 est le nombre de paires de poles d'un champ de forces particulier. Tlprov;cjnt de 1 > lévatlon au carré de l'expression de B. I1 est donc égal à (ei + e) ou (e - et (e 1 et et étant deux valeurs particulières de e). Or, les forces provoquant des déflections importantes du stator sont celles qui comportent peu de poles (en dehors des phénomènes de résonnance) et de telles forces pourront naître s'il existe deux champs d'induction dont la différence du nombre de paires de poles est faible. De plus, dans certains cas, des forces réparties de façon non équilibrée peuvent etre exercées sur le rotor. En effet, un champ de forces particulier F1 s'écrit: F1x - F1 cos (g1) x + hl w t) La projection de F1 sur un axe quelconque distant de Q de l'axe origine F1 projetée pourra être non nulle si gl + 1 ou gl - 1 = o Or, g1 2 e2 (el et e2 étant le nombre de paires de poles de deux champs d'induction particuliers). Donc, si el - e2 = - 1, c'est-à-dire s'il existe dans l'entrefer deux champs d'induction dont le nombre de poles différe de 2, il existera une force non équilibrée s' exerçant sur le rotor. Le procédé suivant l'invention permet d éviter ces inconvénients. La réduction du bruit portera donc sur les points suivants - éviter la coexistence de deux champs d'induction dont le nombre de poles diffère de 2. - éviter la coexistence de deux champs d'induction à nombre de poles voisins. - éviter la résonnance de la couronne statorique. Cela pourra être réalisé par un choix judicieux du nombre d'encoches rotoriques. On rejettera la solution consistant à augmenter l'entrefer pour diminuer la valeur de la perméance oscillante, cette solution entraînant une diminution trop sensible du rendement du moteur par suite de l'augmentation du courant magnétisant. Le procédé obJet de l'invention suivant l'étude ci-dessous, admet les phases équilibrées et les courants sinusoidaux. Analyse des f. m. m. soit P le nombre de paires de poles S le nombre d'encoches stator R le nombre d'encoches rdor q le nombre de phases f la fréquence de tension d'alimentation w la pulsation w = 2tf g le glissement En première approximation, on peut admettr e que la f. m. m. créant le champ dans l'entrefer est Le terme M est proportionnel à la somme vectorielle des courants o stator et rotor, et donc pratiquement indépendant de la charge/ Les termes M1, M2, M3, M4, sont proportionnels au courant statorique seul (en négligeant les courants induits dans le rotor par ces harmoniques, ce qui peut l'être du fait de la pente du rotor). Ils sont donc particulièrement importants pendant le démarrage Les termes M5 et M6 sont proportionnels au courant rotorique. Ils sont donc pratiquement nus à vide. Perméance d'entrefer En ne tenant compte que du premier harmonique de perméasce= du à la présence des encoches, avec P, la perméance moyenne d'entrefer P, la 1/2 amplitude de la variation de perméance due aux ouvertures d'encoches stator seules (en n en considérant que le ler harmonique), la perméance de l'entrefer en prèsence des encoches statoriques seule est: : P = P + P cos Sx e o s De même, si Pr est la 1/2 amplitude de la variation de perméance due aux ouvertures d encoche du rotor seules, la perméance de entrefer en présence des encoches rotoriques seules est Dans le cas de coexistence d'encoches statoriques et rotoriques, la perméance d'entrefer s'écrit alors Il s'introduit donc une perméance supplémentaire dûe à la coexistence des encoches.Cette perméance est oscillante En vertu de ce qui a été dit précédemment, le terme de la perméance oscillante comportant (R-S) paires de poles peut-être particulièrement néfaste + du point de vue du bruit, car R-S - P, qui est le nombre de paires de polos du champ du à la f. m. m. fondamentale et à la perméance oscillante peut-être peu différent de P qui est le nombre de paires de poles du champ fondamental. + + + De plus, si R - S - P = P - l, c'est-à-dire si R - S = -l + ou R - S ± 2P = - 1 il existera un champ de forces non équilibré sur le rotor. Induction dans l'entrefer Le terme de perméance oscillante est souvent grand devant P@ et Ps. Nous admettrons donc que la perméance de 1 entrefer est Pe=Po+Posc. Dans ces conditions, et en ne tenant compte que des f. m. m. considérées au II, il vient B =SMP En définitive, lenombre de paires de poles et la pulsation des différents chanps dans l'entrefer sont: Forces Les fréquences des différents champs d'induction étant L'élévation au carré de l'expression de B fera apparaître les fréquences des forces, soit - d'une part les fréquences doubles des fréquences ci-dessus L d'autre part les fréquences obtenues par somme et différence des fréquences ci-dessus. Les fréquences des forces seront donc les suivantes Généralisation: Si l'on tient compte des harmoniques supérieure de perméance, la perméance de l'entrefer s'écrira: La perméance oscillante fera donc intervenir des termes comprenant et (mS-nR) (mS + nR)4 > aires de poles Si l'on tient compte en outre des harmoniques supérieurs de denture stator et rotor, la f. m. m. d'entrefer sera M = # cos (Px -wt) De plus, le kième harmonique direct de denture stator comprtant (kS+P) paires de poles, induit lui-même un courant dans le rotor (si l'angle de pente est tel que 1 n ks + P Ce courant rotorique créé lui-même une f. m. m. directe et ure f. m. m. inverse qu'il faudrait faire intervenir dans la f. m. m. d'entrefer. Le kième harmonique direct de denture stator tourne par rapport au stator à la vitesse -w kS + P Le glissement du rotor par rapport à cet harmonique est = 1 - (l-g) (kS + 1) P = - kS (l-g) + g P De même, le kième harmonique inverse de denture stator tourne par rapport au stator à la vitesse w kS - P Le glissement du rotor par rapport à cet harmonique est =1 + (l-g) (k;- I) k 5 (I -g) + g Il faudra donc faire intervenir de plus, dans l'expression de la f. m. m. des termes de la forme L'induction est le,produit de l'expression générale de la perméance par l'expression générale de la f. m. m. ; les forces étant données par le carré de 1 induction. Le procédé objet de l'invention peut-être utilisé pour tous les moteurs asynchrones entraînant plus particulièrement des ventilateurs. REVENDICATIONS 1) Procédé permettant de réduire le bruit des moteurs asynchrones, lié à la prèsence de champs harmoniques dans l'entrefer, produits d'une part par le stator, et d'autre part, par le rotor, caractérisé en ce que les analyses des f. m. m., de la permeance d'entrefer, de l'inducteur dans l'entrefer et des fréquences des force 5y Permettent le nombre judicieux d'encoches du rotor. 2") Procédé selon la revendication l caractérisé en ce que si l'on tient compte des harmoniques supérieurs de permeance, la permeance de l entrefer; s 'écrira La permeance oscillante fera donc intervenir des termes comprenant (mS+nR) et (mS - nR) paires de poles 3 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que si l'on tient compte en outre des harmoniques supérieurs de denture stator et rotor, la f. m. m. d'entrefer sera M = Mo cos (Px - wt) 4 ) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le kième harmonique direct de denture stator comportant (kS + P) paires de poles, induit lui-même un courant dans le rotor (si l'angle de pentelfest tel que n ks+P Ce courant rotorique créé lui-même une f. m. m. directe et une f. m. m. inverse qu'il faudrait faire intervenir dans la f. m. m. d'entrefer. Le kième harmonique direct de denture stator tourne par rapport au stator la vitesse - w kS+P Le glissement du rotor par rapport à cet harmonique est = - kS (l-g) + g harmonique 5 ) Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le kième/inverse de denture stator tourne par rapport au stator à la vitesse w ks-P Le glissement du rotor par rapport à cet harmonique est = l + (l-g) (k S - l) P = k S (l-g) + g P 6 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on fera intervenir dans l'expression de la f. m. m. des termes de la forme + M5" cos{(R-ks+P) x + wt[1 + R (l-g)]} P + M6" cos{(R+ks-P) x - wt[1 - R (l-g)]} P 7 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fréquences des forces seront donc les suivantes: 2f