Brevet FR2958813A1 — publié le 20111014

Heinrich Krieger Mars 15, 2011 Connexion d'un bobinage polyphasé pour générer un champ alternatif LA DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une connexion pour générer au moyen d'une bobinage polyphasé un champ alternatif ponctuellement constant en direction relativement au bobinage polyphasé, c'est à dire que, au moins en partie, l'intensité du champ magnétique, indifférent de son signe, est invariable en direction et, en partculier, n'erst pas en rotation. La génération d'un tel champ alternatif, par example, est possible au moyen d'un bobinage statoric d'un moteur triphasé pour le freinage éléctrique, nonéléctronique et l'atteinte de l'arrêt du rotor. L'ARRIERREùPLAN Vu le noyau feuilleté du rotor, par l'invention il est utilisé le principe du freinage par courant turbulent, en raison duquel le freinage déperditionné est possible par un champ magnetique nonùhomogène spacialement ou/et temporellement, indifférent de son structure spaciale ou/et temporelle (McGrawùHill encyclopedia of science & technology, 8th ed., New York a.o. 1960, Vol. 5, page 643; Kempe, F., ()ber wechselstromerregte Wirbelstromù bremsen, Hannover 1914/15, page 8). Vu le bobinage rotoric, par l'invention il est utilisé le principe du freinage génératrice ou extraùsynchrone, qui peut être varié de courant continu à courant alternatif et ou la vitesse rotatoire du rotor 2958813 ù 2 est plus haute que la vitesse rotatoire du champ tournant, ainsi que d'énérgie cinétique du rotor comme énérgie éléctrique est réalimenté au réseau (Giersch, H.ùU. e.a., Elektrische Maschinen, Stuttgart 1982, page 241). En conséquence, au moyen d'un champ de la vitesse rotatoire zero l'arrêt du rotor peut être attaint, comme déja connu seulement en freinage par courant continu, en aproche d'une optimalité énérgetique. En moteurs synchrones à pôles interieur(éxterieur, resp.) un bobinage polyphasé en connexion permanente selon l'invention peut être le bobinage rotoric(statoric, resp.) et/ou une connexion selon l'invention du bobinage statoric(rotoric, resp.) peut être utilisé pour le freinage et l'atteinte de l'arrêt du rotor. L'ART ANTERIEUR On connâit des connexions symétriques axialement pour générer champs 2 pales suffisamment homogènes dans le rotor, nonùtournant relativement âu bobinage triphasé. En freinage monophasé (p.e. Riefenstahl, U., Elektrische Antriebstechnik, Leipzig 2000, Seite 157) un seul phase de courant est raccordé à un moteur triphasé. En conséquence, le freinage monophasé est hors d'une optimalité énérgetique. Chargement uniforme du bobinage triphasé et des trois phases de courant triphasé n'est pas atteint. Aussi, on connâit une connexion pour le freinage extraùsynchrone, où pas un seul, mais, par conséquence, tous les trois phases de courant sont raccordés un moteur triphasé (Jordan, H., Archiv der Elektrotechnik, vol. 30, 1936, page 814, fig. 3). Aussi, telle connexion ne présentera pas d'optimalité énérgetique, ni de chargement uniforme des bobinages polyphasés et des phases du courant triphasé. L'OBJECT DE L'INVENTION En conséquence, l'invention concerne une connexion pour la génération d'un champ alternatif par un bobinage polyphasé et l'approximation d'une optimalité énégetiquea ainsi qu'un chargement uniforme du bobinage polyphasé et, par conséquence, des phases, en applications telles que dites ciùdessus. Cependant, une précondition de l'application de l'invention sont des éléments de connexion intermédiaire des bobinages monophasés pour commuter lesquels externement en patie, i.e. intermédiairement. Telle posibilité de commutation externe en de nombreux moteurs, tels que moteurs à changement de pôles ou de tension conventionellement est déjà accessible. Les éléments de connexion intermédiaire peuvent être des éléments de connexion dits "ouvert", qui sont à représenter graphiquement par deux points de commutation et qui sont à commuter à la boîte de bornes au moyen de deux bornes ou peuvent être des éléments de connexion dits "fermé", qui sont à commuter au moyen d'une seul borne. Le designement des normes officielles pour l'énumeration des éléments de connexion intermédiaire et nonùintermédiaire est adapté à la suite d'un sens rotatif. Bouts de commutation des bobinages monophasés sans connexion permanente peuvent être designé comme suit: Ul ù U2, Vi ù V2, W1 ù W2 et les branchements 3 Uli, U12, U13, V11, V112, V13: W11, W12, W13 Bouts de commutation des bobinages monophasés en connexion permanente comme suit: U, V, W, und Ui, U2, U3: V1, V2, V3; W1, W2, W3. L'INVENTION Selon revendication 1, deux phases sont raccordés à deux bobinages monophasés. Ainsi, des bobinages monophasées differents sont liés l'un à lautre, sériellement ou paralellement. Connexion en parallèle présentera la moitié de la résistence (R) et, par conséquence, le double du courant (I) et, par conséquence, le double de l'intensité du champ magnétique, cependant. de l'une part, un agrandissement lineaire des pertes par la chaleur éléctrique (RI2), mais d'autre part un agrandissement quadratique de la force de freinage (cf. Dransfeld, K., Kienle, P., Physik II, 7e ed., Munchen 2008, page 179). En raison de cela, spécification pour connexion sérielle n'est pas donné en revendications. L'application de l'invention à des bobinage triphasés Dahlander conventionels où la vitesse rotatoire haute est à commuter par doubleùétoile, ne demande que des branchement comme éléments de connexion intermédaire. Par raccorder deux phases de courant triphasé à deux bobinages monophasé selon revendication 4 (applicable p.ex. au moteurs à changement double de pôles, vitesse rotatoire haute par connexion double étoile) ou selon revendication 5 (applicable au moteurs a changement double de pôles, vitesse rotatoire basse par connexion double étoile) en symetrie axiale se présentera un plan de symétrie E, imaginable à travers de l'axe du moteur, et se produit un champ symétrique axialement en luiùmême par rapport au plan E et constant en diréction dans le plan E, auquel se somme un champ généré par le troisième bobinage monophasé et le troisième phase du courant triphasé au moyen d'une connexion selon revendications 11 ou 12, symétrique en luiùmême par rapport au même plan de symétrie E, constant en direction entièrement. (Remarque: En litterature électrotechnique qui doit être comparu, "symétrique" toujours signifie "symétrique rotativement" et "asymetrique" peut signifier "symétrique axialement".) Les bobinages triphasés conventionels se composent de trois bobinages monophasés, qui, inclusivement les bornes et les branchements (éléments de connexion intermédiaire, premier et second bouts de commutation), et en particulier, de point de vue de topologie de connexion, sont installé pour symétrie rotative entre eux par rapport à l'axe du moteur, rélativement aux tours de 120 degrés ou une multiplicité. Un bobinage monophasé se compose d'une ou plusieures paires de groupes de bobines montées sur le noyau statoric opposées l'un â l'autre, dont le sens de tour inclusivement les bornes par rapport à un plan de symétrie imaginable à travers de l'axe du moteur et perpendiculaire à l'axe des groupes de bobines, est le même ou n'est pas le même (n'est pas le même ou est le même, le sens de tours vu de l'axe du moteur), en moteurs à changement de pôles, oû la vitesse rotatoire haute est â commuter par connexion doubleùétoile, le même (pas le même, le sens des tours vu de l'axe du moteur), la vitesse rotatoire basse, pas le même (le même, le sens de tours vu de l'axe du moteur) Au moyen d'un seul bobinage monophasé et un seul phase de courant, un champ est généré qui est constant en direction entièrement. Les bobinages monophasés conventionels présentent un axe de symétrie ou et plan de symétrie, imaginable à travers de l'axe du moteur, par rapport duquel le bobinage monophasé est symétrique axialement en luiùmême vu l'arrangement des groupes de bobines et symétrique/antisymétrique en luiùmême, eventuellement en partie, vu le sens de tour de groupes de bobines par rapport de l'axe de symétrie ou du plan de symétrie (antisymétrique/symétrique vu le sens de tours de l'axe du moteur). De plus, des bobinages conventionels des moteurs à changement de pôles présentent des axes ou des plans de symétrie, par rapport auquel le bobinage monophasé, de plus est symétrique axialement en luiùmême en sens de topolgie de connexion vu les branchements. Au regard d'un axe de symétrie al ù aal ou plan de symétrie el du premier bobinage monophasé et d'un axe de symétrie a2 ù aa2 ou plan de symétrie e2 d'un second bobinage monophasé deplacé relativement du premier, indifférent du sens de tour, d'un tour de 120 degrés, par symétrie axiale en luiùmême du premier bobinage monophasé par rapport l'axe de symétrie al ù aal ou plan de symétrie el et symétrie rotative relative d'un tour de 120 degrés (ou symétrie rotatve relative d'un tour de 120 degrés et symétrie axiale en luiùmême du second bobinage monophase par report l'axe de symétrie a2 ù aa2 ou plan de symétrie e2), on verifie que le premier et second bobinages monophasés sont en symétrie axiale l'un à l'autre par rapport à la bisectrice de l'angle de 120 degrés entre al ù aal ou el et a2 ù aa2 ou e2 comme axe de symétrie A ù AA ou plan de symétre E, vu l'arrangement des groupes de bobines. La polarité de l'un ou de l'autre des groupes de bobines arrangés en antisymétrie par rapport de l'axe A ù AA ou plan E vu le sens de tours, vu de de l'axe du moteur doit être inversée par connexion selon l'invention, ainsi que la combinaiaon du sens de tours des groupes de bobines vu de l'axe de moteur et le sens rotatif des bornes est la même (cf. les revendications 5,10,12 vers 4,9,11). Par joindre l'un à l'autre des branchements arrangés en symétrie axiale l'un à l'autre et des bouts de commutation, pas encore reliés permantement, qui sont arrangés en symétrie l'un â l'autre par rapport de l'axe de symétrie A ù AA ou plan de symétrie E, se présentent des jonctions, à travers desquelles aux premier et second bobinages monophasés le premier et second phases de courant peuvent être raccordés en triangle. Les champs générés par le premier phase de courant en le premier et le second bobinages monophasés sont constant en direction entièrement, par quoi les deux champs se somment pour un champ constant en direction intièrement, à travers du plan E parallel à l'axe A ù AA. De même, les champs générés par le second phase de courant en le premier et le second bobinages monophasés se somment pour un champ constant en direction, parallel à l'axe A ù AA, mais de position de phase différente. A l'interieur du plan de symétrie E les champs de postion de phases diffèrente se somment pour un champ constant en direction de même direction. Dérangements de la direction constante à l'exterieur du plan de symétrie E sont inconsiderables quant à l'optimalité énérgetique est apparaissent en symétrie par rapport au plan E, par quoi l'éffect de freinage est renforcé. Tandis que les jonctions auxquelles n'est pas relié un élément de raccordement triphasé peuvent être reliées entre elles comme point neutre, par les jonctions, auxquelles est relié un element d'accordement triphasés, les phases peuvent être raccordés en connexion étoile (exemple d'application 1, revendication 8). 2958813 ù 8 Par le troisième bobinage monophasé, deplacé relativement au premier bobinage monophasé d'un tour additionel de 120 degrés et de même sens et le troisème phase du courant triphasé est généré un champ constant en direction entièrement, qui, eventuellement après l'inversement de la polarité de group de bobines, en antisymétrie vu le sens des tous, vu de l'axe du moteur, est en symétrie axiale en luiùmême par rapport à l'axe A ù AA ou le plan E, et se somme au champ généré par le premier et le second bobinages monophasés et le premier et second phases de courant triphasés. Des champs a 2 pôles suffisamment homogènes, qui spécialement se produisent par enroulements à une seule couche à tonneau, entre euxùmême se somment pour des champs homogènes. La sommation des champs peut être suivi professionellement par diagramme des phaseurs. DESCRIPTION BREVE DES REPRESENTATIONS En suivant sont expliqués 4 exemples d'application de l'invention relativement aux dessins. Exemples d'application 1 et 2 concernent une application de l'invention pour un moteur à changement triple des pôles avec un bobinage statoric pour la génération des champs tournant à 2/4/8 pôles, exemple 1 pour la génération d'un champ à 2ùpôles constant en direction (Fig la présente un diagramme de bobinage et des lignes d'un commutateur à cames de l'art antérieur et selon l'invention, Fig. lb un plan des encoches avec les axes de symétrie, Fig. 1c une connexion de l'art antérieur, c'est à dire en relation du champ tournant, Fig. 1d une connexion selon l'invention, c'est à dire en relation d'un champ constant en direction.), exemple 2 pour la génération d'un champ à 4 pales, constant en direction, approximé faiblement (Fig. 2a présente un diagramme de bobinage et lignes d'un commutateur à cames de l'art anterieur et selon l'invention, Fig. 2b un plan des encoches avec les axes de symétrie, Fig. 2c une connexion de 1' art antérieur, Fig. 2d une connexion selon l'invention). Exemples d'application 3 et 4 concernent l'application de l'invention pour un moteur à changement double de pôles avec un bobinage statoric pour la génération des champs tournant à 2/4 pales, exemple d' application 3 (Fig. 3a présente un diagramme de bobinage et des lignes d'un commutateur à cames, Fig. 3b un plan des encoches, Fig. 3c une connexion de l'art antérieura, Fig. 3d une connexion selon l'invention.) avec triangle en connexion permanente, exemple d'application 4 (Fig. 4a présente un diagramme de bobinage et des lignes d'un commutateur à cames, Fig. 3b le plan des encoches, 4b une connexion de l'art antérieur, Fig. 4c une connexion selon l'invention) avec point étoile en connection permanente et un conducteur central (conducteur neutre) â raccorder extenmment dans un réseau TNùS de courant triphasé (Schlender, F., Klingenberg, G., Ventilatoren im Einsatz, Düsseldorf 1996, page 143). DESCRIPTION DETAILLEE DES REPRESENTATIONS Le diagramme de bobinage du moteur à 2/4/8ùp6les (Fig. la) présente, par exemple, un premier bobinage monophasé u avec premier et second bouts de commutation U et V en connexion permanente, avec 4 groupes de bobines UI, UII, UIII, UIV et 3 branchements U1, U2, U3 dans les ecoches (ligne continue) U/UI: 2, 7, 1, 8/U1 /UI I: 26, 31 , 25, 32/U2/ UI II:38,43,37,44/U3/UIV: 14,19,13, 20/V 2958813 ù 10 ù Un second bobinage monophasé v, deplacé relativement au premier bobinage monophasé d'un tour de 120 degrés, indifférnt du sens de tour, avec premier et second bouts de commutations V and W en connexion permanente, avec 4 groupes de bobines VI, VII, VIII, VIV et 3 branchements V1, V2, V3, par exemple, est présenté dans les encoches (ligne en traits et points) V/VI:18,23,17,24/V1/VI I: 42, 47,41,48/V2/ VIII: 6,11,5,12/V3/VIV:30,35,29,36/W Ainsi que le diagramme de bobinage (Fig. la), le plan des encoches (Fig. lb. 2b) présente le bobinage monophasé u avec les groupes de bobines UI, UII, UIII et UIV et les branchements U1, U2 et U3 en symétrie axiale en luiùmême par rapport à l'axe al ù aal vu l'arrangement des groupes de bobines (cf. UIII ù UII, UI ù UIV), le sens de tour desquels et les branchements (cf. U3 ù U1, U2) et le bobinage monophasé v avec les groupes de bobines VI, VII, VIII et VIV et branchements V1, V2 et V3 en symétrie axiale en luiùmême par rapport à l'axe a2 ù aa2 vu l'arrangement des groupes de bobines (cf. VI ù VIV, VIII ù VII), le sens de tour desquels et les branchements (cf. V1 ù V3, V2). A cause de celà, les groupes de bobine (cf. UII,UIV ù VIII,VI), leurs sens de tour et leurs branchements (cf. U1 ù V3, U3 ù V1 W2) par rapport à la bisectrice A ù AA sont arrangés en symétrie axiale l'un à l'autre. En raison de cela, las paires des branchements (U1,V3), (U2,V2) et (U3,V1) peuvent être jointes. Tandis que on a déjà les jonctions V et (U,W), de plus on a les jonctions (U1,V3), (U2,V2), (U3,V1). L'exemple d'application 1 concerne la connexion d'un champ alternatif à 2 pôles, suffisamment homogène dans le rotor, selon la revendication 8. 2958813 ù 11 ù Dans la connexion d'un champ tournant à 2 pales, homogène dans le rotor, à chaque bobinage monophasé un phase du courant triphasé était raccordé par connexion double double étoile, aux bobinages monophasés u et v, resp. à travers des branchements U1, U3, V3, Vi resp. U2 et V2 chez le point étoile (Fig. 1c, art antérieur, US patent 4.363,985, Fig. 5). Par raccordement en connexion étoile un premier phase du courant triphasé à le premier ainsi que le second bobinage monophasée travers de la jonktion (U1,V3) et le second phase du courant triphasé au premier ainsi que le second bobinage monophasé à travers de la jonction (U3,V1) et par raccordement du troisiree phase du courant triphasé en triangle à travers de la jonction W2 et les jonctions (U2,V2), V, (U,W) reliées comme point étoile, on a la connexion de Fig. 1d, symétrique axialement en luiùmême selon l'invention. Lignes de cames d'un commutateur à cames pour le champ tournant et pour le champ constant en direction sont présentés, par exemple, au côté du diagramme de bobinage (Fig. la). Exemple d'application 2 concerne la connexion d'un champ alternatif à 4 pôles constant en direction approximativement dans le rotor, selon la revendication 11. La connexion du champ tournant à 4 pôles était par connexion double étoile, le raccordement aux bobinages monophasés u et v à travers des branchements U2 et V2 (Fig. 2c, art antérieur). Par raccordement du courant triphasé en triangle à travers des jonctions V, (U2,V2) (U,W) et à travers de W2 on a la connexion symétrique axialement en luiùmême de Fig. 2d. Une exemple d'une ligne de cames d'un commutateur à cames pour le champ tournant et le champ constant en direction sont présentées côté du diagramme de bobinage (Fig. 2a). Lignes du champ momentanée et des indicateurs du sens sont présentées à côté du plan des encoches (Fig. 2b). 2958813 ù 12 ù Le diagramme de bobinage du moteur à 2/4ùpôles (Fig 3a) présente, par example, un premier bobinage monophasé u avec 2 groupes de bobines ui, uii et le branchement U1 dans les encoches (ligne continue) U/ui:1,7,2,8,3,94,10/Ul/ui1:13,19,14,20,15,21,16,22/V Un second bobinage monophasè v, deplacé relativement au premier bobinage monophasé, d'un tour de 120 degrés, indifférent du sens de tour, avec les groupes de bobine vi et vii et les branchement V1, par exemple, est présenté dans le encoches (ligne en points) V/vi:9,15,10,16,11,17,12,18/V1/vii:21,3,22,4,23,5,24, 6/W Ainsi que le diagramme de bobinage (Fig. 3a), le plan des encoches (Fig. 3b) présente le bobinage monophasé u avec les groupes de bobines ui et uii et le branchement Ui en symétrie axiale en luiùmême par rapport à l'axe al ù aal vu l'arrangement des groupes de bobines (cf. ui ù uii), le sens de tour de desuels et les branchement U1 (sur l'axe de symmétrie), ainsi que le bobinage monophasé v est symétrique axialement en luiùmême par rapport à l'axe a2 ù aa2 vu l'arrengement des groupes de bobines (cf. vi ù vii), le sens de tour desquels et les branchement (V1, sur l'axe de symétrie). A cause de cela, les groupes de bobines (cf. ui,vii ù uii,vi) et leur sens de tour et les branchements (cf. U1 ù V1) par rapport à la bisectrice A ù AA sont arrangé en symétrie axiale l'un a l'autre. En raison de cela, la paire des branchements (U1,V1) peut être jointe. Tandis qu'on a déjà les jonctions V et (U,W), de plus on a la jonction (Ui,Vl). Exemple d'application 3 concerne la connexion d'un champ alternativ à 2 pôles, constant en diréction, suffisamment homogène dans le rotor, selon revendication 11. La connexion du champ tournant à 2ùp6les, pour la vitesse rotatoire haute, était par connexion double étoile, le raccordement aux bobinages monophasés u et v à travers des branchements U1 et V1 (Fig 3c, art antérieur). Par raccordement du courant triphasé en triangle à travers des branchements V, (U1,V1), (U,W) et à travers de W1 on a la connexion symétrique axialement en luiùmême de Fig. 3d (cf. la connexion d'exemple example d' application 2). Un exemple d'une ligne de cames d'un commutateur à cames pour un champ constant en direction, ainsi que pour le champ tournant, est présenté à côté du diagramme de bobinage (Fig. 3a). Lignes du champ momentanées et des indicateurs de sens sont présentées à côté du plan des encoches (Fig. 3b). Exemple d'application 4 concerne la connexion d'un champ alternatif à 2 pôles, suffisamment homogène dans le rotor, par un moteur à changement double de pôles pour la génération d'un 2/4 pôles champ tournant avec point étoile en connexion permanente et un conducteur central (conducteur neutre), selon la revendication 13. La connexion du champ tournant à 2ùp6les était par doubleùétoile, le raccordement aux bobinages monophasés u et v à travers des branchements U1 et V1 (Fig. 4a, art antérieur). Par raccordement du courant triphasé en triangle à travers des jonctions V, (U1,V1), borne du conducteur neutre du point ètoile en connexion permanente, et le branchement W1 du troisième bobinage monophasé w on a la connexion symétrique axialement en luiùmême de Fig. 4c. Le diagramme de bobinage et le plan des encoches sont les même qu'en exemple d'application 3. Un exemple d'une ligne de cames d'un commutateur à cames pour un champ constant en direction, ainsi que pour le champ tournant, sont présentés à côté du diagramme de bobinage (Fig. 4a).