Brevet FR2462807A1 — publié le 19810213

L'invention se rapporte aux schémas d'enroulement des moteurs électriques à courant alternatif et, plus précisément, concerne les enroulements triphasés à deux couches à pôles commutables pour moteurs électriques à deux vitesses. L'invention peut être utilisée dans les moteurs électriques triphasés à deux vitesses ayant une régulation de la vitesse par sauts, le couple moteur étant constant. L'invention trouve son application la plus avantageuse dans la fabrication des moteurs électriques asynchrones à deux vitesses, étant donné que dans ce cas on peut conserver totalement la conception et la technique de fabrication d'un rotor à cage et d'un stator non-bobiné des moteurs électriques asynchrones de base à une vitesse fabriqués en série. On connaît un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables (v. certificat d'auteur de 1'URSS, Nô399969) ayant des bobines réparties irrégulièrement en groupes, cet enroulement étant destiné à être logé dans 54 encoches statoriques et présentant un rapport des nombres de pôles 2p1 : 2P2 = 8:6 (I) P1 est le nombre de paires de pôles correspondant à la vitesse de rotation inférieure P2 est le nombre de paires de pôles correspondant à la vitesse de rotation supérieure. Cet enroulement indiqué présente une composition harmonique des forces magnétisantes peu satisfaisante dans le cas du fonctionnement à un nombre de pôles 2p=6, ce qui ne permet pas de mettre en marche les moteurs à la vitesse de rotation supérieure si ceux-ci sont réalisés à base de moteurs asynchrones à une vitesse à rotor à cage, fabriqués en série. Les caractéristiques de démarrage ne peuvent etre améliorées qu'en modifiant la construction d'un rotor à cage : choix d'un autre nombre d'encoches, utilisation d'un rotor à encoches profondes ou d'un rotor à deux cages etc, ce qui complique considérablement la technique de fabrication des moteurs électriques à deux vitesses et augmente leur coût de fabrication. En outre, l'enroulement examiné présente un inconvénient propre à tous les enroulements à pôles commutables dans lesquels se produit un changement de sens du courant dans les demi-phases lorsqu'ils sont commutés d'après les schémas ou y où /YY y y . Cet inconvénient consiste dans le fait qu'il s'avère nécessaire d'augmenter le nombre de contacts des dispositifs de commutation par rapport au nombre de contacts indispensables pour le changement du nombre de pôles dans des moteurs électriques à deux vitesses avec deux enroulements séparés sur le stator. Dans les enroulements triphasés à pôles commutables qui sont commutés d'après les schémas Y / Y Y et S /Y Y on doit utiliser un dispositif de commutation comprenant 8 paires de contacts pour changer le nombre de pôles, tandis que le changement du nombre de pôles dans les moteurs welec- triques à deux vitesses avec deux enroulements séparés sur le stator s'effectue au moyen de deux interrupteurs tripolaires de série, c'est-à-dire avec 6 paires de contacts. Ainsi, lors du remplacement d'un moteur électrique à deux vitesses avec deux enroulements séparés sur le stator par un moteur électrique avec un enroulement à pôles commutables qui est commuté d'après les schémas ou /yY , le nombre de contacts augmente de 6 à 8, ce qui abaisse la fiabilité de fonctionnement du moteur électrique et augmente les frais d'exploitation. L'inconvénient mentionné n'existe pas dans l'enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables commuté d'après le schémaYYy/uYY avec des bobines réparties irrégulièrement en groupes conformément à la série numérique 2,2,4,2,4,2,2,2,2,4,2,4,2,2,2,2,4,2,4,2,2 et destiné à être logé dans 54 encoches statoriques avec un rapport des nombres de pôles 2pl:2p2= 8:6. Dans cet enroulement, comme dans tout enroulement triphasé à pôles commutables commuté d'après le schéma YYY/Yyy , les groupes de bobines sont répartis en neuf branches du circuit. Les enroulements possèdent 6 bornes et bénéficient d'une indépendance des entrées lors du fonctionnement à n'importe lequel des deux nombres de pôles. I1 en ressort que le changement des nombres de pôles dans ces enroulements s'effectue par les mêmes dispositifs de commutation et avec un même nombre de paires de contacts (6) que dans le cas de moteurs électriques à deux vitesses avec deux enroulement séparés sur le stator. Une particularité des enroulements commutés d'après le schéma Y YY /Y Y Y est la présence de trois branches parallèles dans chaque phase (a=3) pour n'importe lequel de deux modes d'alimentation. I1 s'ensuit qu'à l'apparition d'un champ magnétique avec un nombre de pôles qui n'est pas un multiple de 3, la condition connue de symétrie des enroulements de courant alternatif n'est pas respectée et le rapport P n'est pas égal à un nombre entier. I1 en résulte que les a f.é.m. des branches parallèles de chaque phase de l'enroulement s'avèrent inégales les unes par rapport aux autres aussi bien en valeur qu'en phase. Etant donné que les vecteurs E1, E2, E3 des f.é.m. des branches parallèles de chaque phase forment des systèmes asymétriques, tout système de ce type peut être décomposé en composantes de séquence zéro Eo, directe Ed et inverse Ein: où E1, E2, E3 sont les vecteurs des f.é.m. des branches 1,2,3, de chacune des phases respectivement . La multiplication des vecteurs E2, E3 par l'opérateur "a" correspond à la rotation de ceux-ci d'un angle de 1200 dans le sens horaire, tandis que la multiplication de ces mêmes vecteurs par l'opérateur "a2" correspond à une rotation de 2400 dans le même sens. La f.é.m. E équilibre la tension appliquée et déter o mine de concert avec celle-ci la valeur du courant de service I de l'enroulement. o Les f.é.m. Ed et E. n'apparaissent qu'en présence d'une in d'une inégalité des vecteurs EI, E2, E3, autrement dit en présence d'une différence de potentiels entre les extrémités ouvertes des branches parallèles des phases, et c'est pourquoi elles sont nommées f.é.m. différentielles. Sous l'effet des f.é.m. différentielles, des courants égalisateurs I' traversent les branches de l'enroulement qui forment des circuits court circuités, lesdits courants n'assurant aucun travail utile et étant à l'origine de pertes électriques supplémentaires dans l'enroulement ainsi que de bruit et de vibrations élevés. La grandeur du courant égalisateur peut être approxi i mativement appreciée d'après la valeur relative d'une f.é.m. différentielle Equivalentes aE* déterminée suivant l'expression: I où: Eo, Ed, Ein sont les modules des vecteurs Eo, Ed, Ein. in Dans les moteurs électriques de moyenne puissance, cette grandeur ne doit pas dépasser 0,02-0,03, sinon les indices du moteur électrique tels que le rendement et les caractéristiques vibroacoustiques dépassent les limites admissibles dans le cas d'un fonctionnement avec un nombre de pôles non-multiple de 3. En meme temps, la fiabilité de fonc tionnement du moteur électrique diminue. Pour l'enroulement décrit, la grandeur relative de la f.é.m. différentielle équivalente est de 0,043. En ex outre, l'enroulement examiné, son pas étant y=7, est caractérisé par les coefficients de bobinage suivants = 0,817, Kw3 0,888 et Kwo = 0,8525, où Kw4 est le coefficient de bobinage en fonctionnement avec un nombre de pôles 2pI=8 Kw3 est le coefficient de bobinage en fonctionnement avec un nombre de pôles 2p2=6 Kwo est le coefficient de bobinage moyen égal à Dans les cas du schéma de commutation &gamma;&gamma;&gamma;/&gamma;&gamma;&gamma; les valeurs indiquées des coefficients de bobinage n'assurent pas un rapport de valeurs de l'induction magnétique proche de 1 dans l'entrefer, qui est la condition nécessaire au fonctionnement normal d'un moteur électrique à régulation de la vitesse par bonds ou sauts, le couple moteur étant constant. En effet où B8 (6) est l'induction dans l'entrefer lors du fonctionnement du moteur électrique avec un nombre de pôles 2pl=8(2p2=6); B8(6) est la f.é.m. induite dans l'enroulement par le flux magnétique principal lors du fonctionnement du moteur électrique avec un nombre de pôles 2pl=8 (2p2=6) W8(6) est le nombre de spires mises en série dans la phase de l'enroulement quand celui-ci est connecté pour le fonctionnement avec un nombre de pôles 2pI=8 (2p2=6). Etant donné qu'avec la commutation de l'enroulement suivant la schémaYYYjYYY ,E8xg E6 et W8=W6, on a pour l'enroulement examiné L'invention vise à mettre au point un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables pour moteur électrique à deux vitesses, qui présente une répartition des bobines en groupes et en branches suivant le schéma Y yY/YYY telle, qu'elle assure des coefficients de bobinage plus élevés et une valeur relative réduite de la f.é.m. différentielle équivalente, ce qui permet de réaliser, à partir de moteurs électriques à une vitesse fabriqués en série, des moteurs électriques à deux vitesses dont la puissance par unité de masse et la fiabilité sont plus élevées et dont les carac téristiques vibro-acoustiques sont améliorées. Ce but est atteint au moyen d'un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables ayant 6 bornes et comportant cinquante quatre bobines qui', avec un rapport des nombres de pôles 2pl:2p2=8:2, sont réparties irrégulièrement en groupes de bobines formant des phases ayant chacune trois branches parallèles lors du fonctionnement à n'importe quel nombre de pôles, enroulement dans lequel , suivant l'invention, les bobines sont réparties en trente trois groupes de bobines, le nombre de bobines dans chaque groupe de bobines, en partant du premier, etant determine conformément à la série numérique 3,2,3,I,I,2,I,I,2-,I,I,3,2,3,I,I,2,I,I,Z,1,1,3,2,3,1,1,2, 1,1,2,1,1, le premier , le quatrième, le dixième, le vingtneuvième groupes de bobines étant branchés à la première branche de la première phase, le seizième, le vingt-deuxième, le Yingtveinquième et le trentième groupes de bobines étant branches à la seconde branche de la première phase, le neuvième, le treizième et le dix-septième groupes de bobines étant branchés à la troisième branche de la première phase, le septième, le douzième, le quinzième et le vingt et unième groupes de bobines étant branchés à la première branche de la deuxième phase, le troisième, le huitième, le vingt-septième, le trente troisième groupes de bobines étant branchés à la deuxième, tandis que le vingtième, le vingt-quatrième et le vingt-huitième groupes de bobines sont connectés à la troisième branche de la deuxième phase, la premièrebranche de la troisième phase étant formée par le dix-huitième, le vingttroisième, le vingt-sixième et le trente-deuxième groupes de bobines, tandis que la deuxième et la troisième branches de ladite troisième phase sont formées par le cinquième, le onzième, le quatorzième, le dix-neuvième et par le deuxième, le sixième, le trente et unième groupes de bobines respectivement, le deuxième, le quatrième, le septième, le huitième, le onzième, le treizième, le quinzième, le dix-huitième, le dix-neuvième, le vingt-deuxième, le vingt-quatrième, le vingt-sixième, le vingt-neuvième, le trentième et le trentetroisième groupes de bobines étant connectés en opposition par rapport aux autres groupes de bobines. Une telle réalisation de l'enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables d'un moteur électrique à deux vitesses permet d'obtenir un coefficient de bobinage moyen plus élevé ce qui, à son tour, assure l'accroissement de puissance par unité de masse du moteur électrique à deux vitesses. La valeur relative de la f.é.m. différentielle équivalente et, par conséquent, des courants égalisateurs, diminue, ce qui se traduit par une augmentation de la fiabilité de 1fonctionnement et une amélioration des caractéristiques vibroacoustiques d'un moteur électrique à deux vitesses doté d'un enroulement tel que décrit ci-dessus. L'enroulement proposé est caractérisé par une bonne composition des forces magnétisantes, ce qui permet de simplifier la technique de fabrication des moteurs électriques asynchrones à deux vitesses à rotors à cage à partir de moteurs électriques asynchrones à une vitesse à rotors à cage, fabriqués en série. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'exemples de sa réalisation illustrés par les dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est un schéma de principe d'un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables suivant l'invention pour moteur électrique à deux vitesses, enroulement qui est logé dans 54 encoches ; et - la Fig. 2 est un schéma de connexion des groupes de bobines dans les branches des phases de l'enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables selon l'invention. La Fig. 1 montre un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables ayant six bornes : A6, B6, C6 sont les bornes de la première, de la deuxième et de la troisième phases respectivement pour la vitesse supérieure de rotation ; A8,B8, C8 sont les bornes de la première, de la deuxième et de la troisième phases respectivement pour la vitesse inférieure de rotation. L'enroulement est destiné à être logé dans les 54 encoches statoriques (non représentées) d'un moteur électrique à deux vitesses et comporte respectivement 54 bobines 1,2,3... .54 Lors de l'alimentation des bornes A8, B8, C8, l'enroulement est couplé en triple étoile/YYY / et fonctionne avec un nombre de pôles 2pl=8 (vitesse de rotation inférieure) Afin d'obtenir un fonctionnement avec un -nombre de pôles 2p2=6 (vitesse de rotation supérieure), il faut appliquer l'alimentation aux bornes A6,B6,C6, les bornes A8,B8,C8 étant désexcitées. Dans ce cas, l'enroulement est également couplé en triple étoile /YYY /. Les bobines 1,2,3,...., 54 sont réparties en 33 groupes de bobines 101, 102, 103,....133 (Fig.2), les groupes de bobines étant désignés par des nombres de trois chiffres afin de rendre la description plus claire. Le nombre de bobines dans chaque groupe de bobines, en partant du groupe 101, est déterminé conformément à la série numérique suivante: 3, 2f3tltat2tlf1t2,1,1,3,2,3,1,1,2,1,1,2,1,1,3,2,3,1,1,2,1,1,2, 1,1. Le premier, le quatrième, le dixième et le vingt-neuvième groupes de bobines -101, 104,110,129- sont connectés à la première branche parallèle de la première phase. Le seizième, le vingt-deuxième, le vingt-cinqui'-ème et le trentième groupes de bobines -116, 122, 125, 130- sont connectés à la deuxième branche de la première phase.Le neuvième, le treizième et le septième groupes de bobines -109,113,117- sont connectés à la troisième branche de la première phase. Le septième, le douzième, le quinzième et le vingt et unième groupes de bobines -107, 112, 115, 121- sont connectés à la première branche de la deuxième phase. Le troisième, le huitième, le vingtseptième et le trente troisième groupes de bobines -103, 108, 127, 133- sont connectés à la deuxième branche de la deuxième phase tandis que le vingtième, le vingt-quatrième et le vingthuitième groupes de bobines -120, 124, 128 sont connectés à la troisième branche de la deuxième phase.La première branche parallèle de la troisième phase est formée par le dix-huitième le vingt-troisième, le vingt-sixième et le trente deuxième groupes de bobines -118, 123, 126, 132, tandis que les autres branches de cette phase sont formées par le cinquième, le onzième, le quatorzième et le dix-neuvième groupes de bobines -105, 111, 114, 119- et par le deuxième, le sixième et le trente et unième groupes de bobines -102,106, 131- respective ment. I1 est à noter que le deuxième, le quatrième, le septième, le huitième, le onzième, le treizième, le quinzième, le dix-huitième, le dix-neuvième, le vingt-deuxième, le vingtquatrième, le vingt-sixième, le vingt-neuvième, le trentième, le trente troisième groupes de bobines -102, 104, 107, 108, 111, 113, 115, 118, 119, 122, 124, 126, 129, 130, 133 sont connectés en opposition par rapport aux autres groupes de bobines.Les origines des groupes de bobines sont indiquées par des points sur la Fig. 2. Dans le cas d'un enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables d'un moteur électrique à deux vitesses et 54 encoches (Fig.l et 2), les coefficients de bobinage, avec un pas d'enroulement y=7, sont : Kw4 = 0,941, Kw3= 0,781, Rwo= 0,861, et le rapport des valeurs des inductions magnétiques dans- l'entrefer lors du fonctionnement du moteur avec le nombre de pôles 2pl = 8 et 2p2 = 6 est égal à 1,1, c'està-dire proche de I. La valeur relative de la f.e.m. différentielle équivalente ne dépasse pas 2% (a+E =0,0196). L'enroulement proposé est caractérisé par une haute valeur du coefficient de bobinage moyen et par une faible valeur relative de la force électromotrice différentielle équivalente lors du travail avec un nombre de pôles 2pl=8. Il assure un rapport des valeurs d'inductions magnétiques tel qu'il permet d'effectuer une régulation de la vitesse de rotation des moteurs par paliers, le couple moteur restant constant. Enfin, cet enroulement permet de réaliser, à partir de moteurs électriques à une vitesse fabriqués en série, des moteurs électriques à deux vitesses caractérisés par une puissance élevée par unité de masse. L'utilisation de l'enroulement proposé dans les moteurs à deux vitesses simplifie considérablement la technique de fabrication de ces moteurs et réduit leur coût. REVENDICATION Enroulement triphasé à deux couches à pôles commutables ayant 6 bornes et comportant cinquante quatre bobines qui, avec un rapport des nombres de pôles 2pl:2p2= 8:6, sont réparties irrégulièrement en groupes de bobines formant des phases ayant chacune trois branches parallèles lors du fonctionnement à n'importe quel nombre de pôles, caractérisé en ce que les bobines sont reparties en trente trois groupes de bobines, le nombre de bobines dans chaque groupes de bobines, en partant du premier étant déterminé conformément à la série numérique 3,2, 3,1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 3, 2, 3, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 3, 2, 3, 1, 1, 2, 1, 1, 2, 1,1, le premier, le quatrième, le dixième, le vingt neuvième groupes de bobines étant branchés à la première branche de la première phase, le seizième, le vingt-deuxième, le vingt-cinquième et le trentième groupes de bobines étant branchés à la seconde branche de la première phase le neuvième, le treizième et le dix-septième groupes de bobines étant branchés à la troisième branche de la première phase, le septième, le douzième, le quinzième et le vingt et unième groupes de bobines étant branchés à la première branche de la deuxième phase, le troisième, le huitième, le vingt-septième et le trente troisième groupes de bobines étant branchés à la deuxième branche de la deuxième phase, le vingtième,- le vingt-quatrième et le vingt-huitième groupes de bobines étant branchés à la troisième branche de la deuxième phase, la première branche de la troisième phase étant formée par le dix-huitième, le vingt-troisième, le vingt-sixième et le trente deuxième groupes de bobines tandis que la deuxième et la troisième branches de ladite troisième phase sont formées par le cinquième, le onzième le quatorzième, le dix-neuvième et par le deuxième, le sixième, le trente et unième groupes de bobines respectivement, le deuxième, le quatrième, le septième, le huitième, le onzième, le treizième, le quinzième, le dix-huitième, le dix-neuvième, le vingt-deuxième, le vingt-quatrième, le vingt-sixième, le vingt-neuvième, le trentième et le trente troisième groupes de bobines étant connectés en opposition par rapport aux autres groupes de bobines, P1, P2 représentant les nombres de paires de pôles correspondant aux vitesses inférieure et supérieure respectivement.