Brevet FR3061820A1 — publié le 20180713

« Moteur électrique asynchrone à bagues » DOMAINE DE L'I NVENTI ON L'invention concerne un moteur électrique asynchrone à bagues, particulièrement utilisable dans l'industrie minière ou cimentière. Cette industrie utilise, notamment pour les broyeurs à boulets, des moteurs de puissance élevée (plusieurs MW). Pour assurer leur démarrage, ces moteurs nécessitent l'insertion d'une résistance triphasée au rotor. La valeur initiale de cette résistance détermine le couple au démarrage. La séquence de démarrage dure quelques dizaines de secondes pendant lesquelles la résistance au rotor est progressivement réduite jusqu'à une valeur finale proche de zéro, avant d'être court-circuitée. ART ANTERI EUR Le brevet US 2 719 256 décrit un dispositif de commande du démarrage d'un moteur électrique asynchrone à bagues pour l'industrie minière, avec, entre le rotor et la masse, des résistances variables. Pour chaque phase du rotor, la résistance variable est constituée par un électrolyte placé dans un cylindre vertical, entre une électrode fixe en bas du cylindre, et une électrode mobile. L'électrode mobile est déplacée entre une position initiale en haut du cylindre et une position finale en bas du cylindre, près de l'électrode fixe. Dans ce document, les électrodes sont constituées par des disques sensiblement identiques. La résistance R entre les électrodes est approchée par la formule : R = p.d/S p est la résistivité de l'électrolyte, d la distance entre les électrodes et S la surface en regard des électrodes. Pour assurer le démarrage du moteur, la résistance initiale Ri doit être grande, et l'électrode mobile est placée en haut du cylindre. En fin de démarrage, la résistance Rf doit être aussi faible que possible et l'électrode mobile est rapprochée de l'électrode fixe, en bas du cylindre. Pour améliorer le rapport Ri/Rf, les constructeurs ont utilisé non seulement la variation de d, mais aussi la variation de S. A cet effet, les électrodes fixe et mobile ont été construites chacune sous forme de cylindres coaxiaux. Ainsi, en fin de descente de l'électrode mobile, les cylindres de l'électrode mobile s'insèrent entre les cylindres de 3061820 2 l'électrode fixe et la surface S à prendre en compte pour l'évaluation de la résistance finale Rf est la surface en regard des électrodes. Dans ce mode de réalisation, où la distance finale entre les cylindres des deux électrodes est d'environ 15 mm, la valeur du rapport Ri/Rf peut difficilement atteindre 5 la valeur de 100. BUTS ET RESUME Un but de l'invention est de proposer un moteur électrique asynchrone à bagues pour l'industrie minière, équipé de résistances variables à électrolyte, présentant un rapport Ri/Rf nettement supérieur à 10 100. Un autre but de l'invention est de proposer un moteur électrique asynchrone à bagues pour l'industrie minière, équipé de résistances variables à électrolyte, comportant des aménagements pour augmenter la valeur du rapport Ri/Rf et la sécurité de fonctionnement du dispositif de 15 commande de démarrage du moteur. L'invention a pour objet un moteur électrique asynchrone à bagues comportant au rotor, pour chaque phase, une résistance variable d'assistance au démarrage constituée par un électrolyte dans lequel sont placées deux électrodes, dont l'une au moins est mobile, caractérisé en ce 20 que chacune des électrodes comporte des éléments en relief de section triangulaire. De préférence, la section triangulaire des éléments en relief est un triangle isocèle dont l'angle au sommet est compris entre 3 et 15°. Avantageusement, les éléments en relief des électrodes ont des 25 formes interpénétrantes. Selon un mode de réalisation, les éléments en relief des électrodes sont des prismes. Selon un mode de réalisation, les éléments en relief des électrodes sont des anneaux coaxiaux. 30 Avantageusement, les rayons des anneaux coaxiaux de chaque électrode diffèrent d'un pas constant. De manière avantageuse, les rayons des anneaux coaxiaux de l'électrode mobile diffèrent des rayons des anneaux coaxiaux de l'électrode fixe d'un demi-pas. 3061820 3 Selon un mode de réalisation, les électrodes fixe et mobile sont disposées dans un bac isolant cylindrique de diamètre proche de celui des électrodes. De préférence, le bac isolant est vertical, l'électrode fixe est en bas 5 du bac isolant et l'électrode mobile est déplacée dans le bac isolant depuis une position haute dans laquelle sa surface latérale est en partie couverte par le bac isolant. Selon un mode de réalisation, une pompe assure la circulation forcée de l'électrolyte dans le bac isolant. 10 Avantageusement, la hauteur du bac isolant est voisine de 750 m m. De manière avantageuse, la course de l'électrode mobile est voisine de 600 m m. BREVE DESCRI PTI ON DES DESSINS 15 La figure 1 est une représentation simplifiée d'une résistance à électrolyte pour moteur asynchrone de l'art antérieur ; La figure 2 est une représentation en coupe schématique d'électrodes à cylindres d'un moteur asynchrone de l'art antérieur, après insertion réciproque ; 20 La figure 3 est une vue schématique d'électrodes selon un mode de réalisation de l'invention, en position rapprochée ; La figure 4 est une vue schématique des électrodes de la figure 3 en cours d'insertion réciproque ; La figure 5 est une vue en coupe radiale de l'électrode fixe d'un 25 moteur asynchrone selon un mode de réalisation de l'invention ; La figure 6 est une vue en plan de l'électrode de la figure 5 ; La figure 7 est une vue en coupe radiale de deux électrodes en position finale d'insertion selon un mode de réalisation de l'invention ; La figure 8 est une vue schématique en coupe d'une résistance à 30 électrolyte selon un mode de réalisation de l'invention ; La figure 9 est une vue en perspective de deux électrodes selon un mode de réalisation de l'invention, avant insertion ; La figure 10 est une vue en perspective de deux électrodes selon un autre mode de réalisation de l'invention. 3061820 4 D ESCRI PTI ON D ETAI LLEE Dans un moteur asynchrone à bagues, pour l'industrie minière ou cimentière, il est d'usage d'utiliser, pour chaque phase du rotor, une résistance variable pour assurer le démarrage du moteur. Usuellement, 5 cette résistance est constituée par un bac d'électrolyte dans lequel sont disposées une électrode fixe et une électrode mobile. Sur la figure 1, le bac 1 est rempli d'électrolyte 2. L'électrode fixe 3, disposée au fond du bac 1 est reliée au rotor du moteur. L'électrode mobile 4, déplaçable verticalement, est reliée à la masse. Pendant la séquence de démarrage, 10 l'électrode mobile 4, initialement en haut du bac 1, est descendue et rapprochée de l'électrode fixe 3. Selon un mode de réalisation connu (figure 2), l'électrode fixe 3 comporte deux cylindres 5, 6, coaxiaux, et l'électrode mobile 4 comporte un axe 7 et un cylindre 8, coaxiaux. Lorsque l'électrode mobile 4 est 15 descendue au voisinage de l'électrode fixe 3, l'axe 7 s'insère dans l'axe du cylindre intérieur 5, et le cylindre 8 s'insère entre les cylindres 5 et 6. Dans le cas de la figure 1, la valeur de la résistance est fonction de la distance d entre les deux électrodes 3 et 4, et de la surface de chacune des électrodes en forme de disque. Entre la position initiale où l'électrode 20 mobile est en haut du bac, et la position finale, où elle est en bas juste en face de l'électrode fixe, la résistance varie de Ri à Rf en fonction de la seule distance d entre les deux électrodes. Dans le cas de la figure 2, lorsque l'électrode mobile 4 est en haut du bac, sa surface apparente, vue de l'électrode fixe 3, est la surface de 25 base du cylindre 8, sensiblement égale à la surface de l'électrode 4 de la figure 1. La distance entre les deux électrodes est la distance entre les bords libres des cylindres 8 et 6. Lorsque l'électrode mobile 4 s'insère dans l'électrode fixe 3 (figure 2), la distance entre les électrodes 3 et 4 est la distance radiale entre les cylindres 8 et 6, ou 8 et 5, ou entre axe 7 et 30 cylindre 5. La surface à prendre en compte est alors la somme des surfaces en regard de l'axe 7 et du cylindre 5 (face intérieure), du cylindre 5 (face extérieure) et du cylindre 8 (face intérieure), et du cylindre 8 (face extérieure) et du cylindre 6 (face intérieure). Plus cette surface est grande, plus la résistance Rf est faible. Avec cette disposition en anneaux 3061820 5 cylindriques coaxiaux des électrodes fixe et mobile, les valeurs du rapport Ri/Rf sont usuellement comprises entre 80 et 100. Selon l'invention, sur la figure 3, les électrodes sont constituées par des anneaux à section triangulaire. L'électrode fixe 13 comporte deux 5 anneaux 15, 16, coaxiaux. L'électrode mobile 14 comporte un cône central 17 et un anneau 18. Dans un plan axial, la section des anneaux 15, 16, 18, et du cône 17, est un triangle isocèle, dont l'angle au sommet est compris entre 3 et 10° de préférence. En position rapprochée (figure 3), la distance d entre les électrodes 13 et 14 est la distance entre les sommets 10 des triangles correspondant aux anneaux 16 et 18 par exemple. Cette distance est de l'ordre de 16 m m. Lorsque l'électrode mobile 14 est insérée dans l'électrode fixe 13 (figure 4), la distance entre les électrodes, qui est la distance entre deux faces en regard des anneaux à section triangulaire, diminue jusqu'à être de l'ordre de 3 mm, en raison de la forme triangulaire 15 de la section des anneaux. Les surfaces en regard des électrodes sont sensiblement du même ordre de grandeur que dans le cas des anneaux cylindriques de l'art antérieur, mais du fait de la diminution de la distance entre électrodes, la valeur de la résistance finale est plus faible et le rapport Ri/Rf se trouve pratiquement doublé par rapport à l'art antérieur. 20 Dans l'exemple de réalisation pratique des figures 5 et 6, l'électrode fixe 24 comporte une embase 25 en forme de croix sur laquelle sont fixés des anneaux 26, coaxiaux, à section en forme générale de triangle isocèle, séparés par des espaces 27 autorisant la circulation de l'électrolyte. Le centre 28 de l'électrode est affecté à la connexion électrique avec le rotor 25 du moteur. Dans cet exemple de réalisation, l'électrode fixe 24 comporte cinq anneaux coaxiaux 26. L'électrode mobile 29 correspondante comporte quatre anneaux. La disposition relative des électrodes pendant leur rapprochement est représentée figure 9. En fin d'insertion, les deux électrodes fixe 24 et mobile 29 selon un autre mode de réalisation, sont 30 représentées figure 7. Dans le mode de réalisation de la figure 8, l'ensemble des électrodes fixe 31 et mobile 32 et de l'électrolyte 33 est logé dans un réservoir extérieur 34. A l'intérieur du réservoir 34, est disposé un bac isolant cylindrique 35 d'axe vertical et de diamètre proche de celui des électrodes 3061820 6 31, 32. La hauteur du bac 35 est voisine de 750 mm. L'électrode mobile 32 est déplacée dans le bac 35 entre une position haute, où sa surface latérale est en partie couverte par le bac isolant 35, et une position basse où elle est insérée dans l'électrode fixe 31. Le bac isolant 35 assure une 5 canalisation des lignes de courant entre les électrodes. En dessous de l'électrode fixe 31, est disposée une pompe 36 qui assure une circulation forcée de l'électrolyte 33 dans le bac 35 pour extraire la puissance dissipée entre les électrodes, notamment lorsqu'elles sont rapprochées. Dans cet exemple de réalisation, la course de l'électrode mobile 32 est voisine de 10 600 mm, alors que dans l'état de la technique, cette course est voisine de 300 m m. Ainsi, avec des électrodes à profil triangulaire, un bac isolant haut et une course longue de l'électrode mobile, le rapport Ri/Rf atteint une valeur de 300 environ. 15 Dans le mode de réalisation de la figure 10, les électrodes fixe 41 et mobile 42 ne sont pas à base circulaire mais rectangulaire. Les anneaux sont remplacés par des prismes de section triangulaire, disposés parallèlement les uns aux autres. L'insertion réciproque des électrodes se déroule de la même manière 20 que dans les modes de réalisation précédents. Dans un autre mode de réalisation, le mouvement des électrodes est organisé selon un axe non pas vertical mais horizontal. Le rapprochement des électrodes est réalisé soit entre une électrode fixe et une électrode mobile, soit entre deux électrodes mobiles. L'amplitude du 25 mouvement relatif des électrodes peut être plus grande, de l'ordre de 1 000 mm, et le réservoir à électrolyte reste d'une profondeur plus faible. REVENDICATIONS1- Moteur électrique asynchrone à bagues comportant au rotor, pour chaque phase, une résistance variable d'assistance au démarrage constituée par un électrolyte dans lequel sont placées deux électrodes (13, 14), dont l'une (14) est mobile et l'autre (13) est fixe, caractérisé en ce que chacune des électrodes (13, 14) comporte des éléments en relief (15, 16 ; 17, 18) de section triangulaire. 2- Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section triangulaire des éléments en relief (15, 16 ; 17, 18) est un triangle isocèle dont l'angle au sommet est compris entre 3 et 15°. 3- Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les éléments en relief des électrodes ont des formes interpénétrantes. 4- Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments en relief des électrodes sont des prismes. 5- Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments en relief des électrodes sont des anneaux coaxiaux (26). 6- Moteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que les rayons des anneaux coaxiaux (26) de chaque électrode diffèrent d'un pas constant. 7- Moteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que les rayons des anneaux coaxiaux de l'électrode mobile (14, 29) diffèrent des rayons des anneaux coaxiaux de l'électrode fixe (13, 24) d'un demi-pas. 8- Moteur selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les électrodes fixe (31) et mobile (32) sont disposées dans un bac isolant cylindrique (35) de diamètre proche de celui des électrodes. 9- Moteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que le bac isolant (35) est vertical, l'électrode fixe (31) est en bas du bac isolant et l'électrode mobile (32) est déplacée dans le bac isolant (35) depuis une position haute dans laquelle sa surface latérale est en partie couverte par le bac isolant (35). 10- Moteur selon l'une des revendications 8 à 9 caractérisé en ce qu'une pompe (36) assure la circulation forcée de l'électrolyte (33) dans le bac isolant (35). 3061820 8 11- Moteur selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que la hauteur du bac isolant (35) est voisine de 750 m m. 12- Moteur selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisé en ce que la course de l'électrode mobile (32) est voisine de 600 m m.