La présente invention a pour objet une machine électrique tournante triphasée à relier à un réseau électrique triphasé et comportant une excitatrice étant au moins en partie auto-alimentée.

Il est connu, comme représenté sur les figures la et Ib, de réaliser des machines électriques tournantes polyphasées avec excitatrice à l'aide de deux machines distinctes, une machine principale 100 comportant un stator 101 et une roue polaire 102 et une machine excitatrice 103 comportant un enroulement inducteur d'excitatrice au stator 104 et un enroulement d'induit d'excitatrice au rotor 105 qui comporte des pôles lisses.

L'emploi de deux machines, qui sont par exemple assemblées axialement, peut induire un encombrement relativement important.

En outre, l'entrée d'air axiale peut alors être obstruée par la machine constituant l'excitatrice, nuisant ainsi au refroidissement de la machine principale.

Les forces électromotrices induites par la troisième harmonique du champ magnétique dans l'entrefer lié aux enroulements principaux, lorsque la machine est en fonctionnement, peuvent affecter la forme de la tension induite dans l'enroulement d'induit principal, ce qui n'est pas souhaitable lorsque la machine est un alternateur délivrant une tension à un réseau local par exemple. Avec les machines connues, il peut être nécessaire de traiter la tension de sortie de la machine avant de la fournir à un client, pour atténuer les perturbations liées auxdites forces électromagnétiques, un tel traitement pouvant s'avérer coûteux et complexe à mettre en œuvre.

Une autre solution pour atténuer les effets indésirables dûs aux forces électromotrices induites par la troisième harmonique du champ magnétique dans l'entrefer lié aux enroulements principaux est de bobiner les conducteurs électriques de l'enroulement d'induit principal dans la carcasse magnétique du stator avec un pas de bobinage moyen égal à 2/3 du pas diamétral, encore appelé « pas polaire ». Le pas de bobinage est la distance angulaire moyenne entre les conducteurs électriques « aller » et « retour » d'une bobine. Le pas diamétral est égal à 180° électriques. Néanmoins, une telle valeur de pas entraîne une diminution de la puissance disponible au moins 15%.

JP 2002-34219 divulgue un stator avec un enroulement d'induit principal bobiné avec un pas de bobinage égal à 2/3. II est connu par le brevet US 4 851 758 de bobiner au sein d'une même carcasse magnétique de stator un enroulement d'induit principal et un enroulement d'inducteur d'excitatrice, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et l'enroulement d'induit principal étant choisis de manière à ce que l'enroulement d'inducteur d'excitatrice présente un nombre de pôles égal au triple de celui de l'enroulement d'induit principal.

Il existe un besoin pour bénéficier de machines électriques tournantes triphasées comportant une excitatrice et qui soit d'un encombrement et de coût réduit et dont le fonctionnement soit relativement simple à mettre en œuvre, notamment pour réaliser des alternateurs.

L'invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à une machine électrique tournante triphasée, comportant un stator et un rotor comportant chacun un enroulement électrique d'excitatrice et un enroulement électrique principal,

l'enroulement d'excitatrice du stator, respectivement du rotor, étant triphasé et comportant un nombre de pôles égal à celui de l'enroulement principal du stator, respectivement du rotor, ledit enroulement d'excitatrice du stator, respectivement du rotor, étant connecté en triangle pour former un enroulement monophasé comportant un nombre de pôles multiple de trois de celui de l'enroulement d'induit principal du stator, respectivement du rotor.

Grâce à l'invention, le nombre de pôles de l'enroulement d'excitatrice du stator, respectivement du rotor, est, par rapport à celui de l'enroulement principal du stator, respectivement du rotor, tel que ledit enroulement d'excitatrice soit alimenté par les forces électromotrices induites par la troisième harmonique du champ magnétique dans l'entrefer lié aux enroulements principaux, permettant ainsi une auto-alimentation de la machine.

L'enroulement d'excitatrice du stator, respectivement du rotor, forme un court- circuit pouvant être parcouru par un courant dont la fréquence est égale au triple de celle du courant parcourant l'enroulement principal du stator, respectivement du rotor.

En outre, en utilisant comme source d'énergie les forces électromotrices induites par la troisième harmonique du champ magnétique dans l'entrefer lié aux enroulements principaux, l'invention permet d'atténuer les effets de ces dernières au niveau de la tension de sortie de la machine tout en exploitant lesdites forces électromotrices.

Grâce à selon l'invention, l'enroulement d'excitatrice peut être réalisé à l'aide de bobines qui peuvent être identiques à celles de l'enroulement principal, ce qui peut simplifier les opérations de montage de conducteurs électriques sur la carcasse de la machine.

En outre, le fait de ne pas avoir recours à deux machines distinctes assemblées axialement peut permettre d'améliorer le refroidissement de la machine, comme déjà mentionné.

Selon un premier mode de mise en œuvre de l'invention, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator est triphasé et comporte un nombre de pôles égal à celui de l'enroulement d'induit principal du stator, ledit enroulement d'inducteur d'excitatrice étant connecté en triangle pour former un enroulement monophasé comportant un nombre de pôles égal au triple de celui de l'enroulement d'induit principal du stator.

L'enroulement d'induit principal comporte par exemple quatre, respectivement deux, pôles et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice est connecté en triangle de façon à former un enroulement monophasé à douze, respectivement six, pôles.

L'enroulement d'induit principal est par exemple bobiné selon un plein pas, contrairement aux solutions déjà connues, ce qui peut permettre de bénéficier d'une grande partie de la puissance disponible dans la machine.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator peut également être bobiné selon un plein pas.

L'enroulement d'induit principal et/ou l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator peuvent être bobinés avec un pas strictement supérieur à 2/3, selon une valeur de pas comprise entre 2/3 et 1.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice peut être connecté en court-circuit franc, c'est-à-dire en l'absence de tout composant électronique tel qu'une diode, auquel cas l'enroulement d'inducteur d'excitatrice est parcouru par un courant dont la fréquence est égale au triple de la fréquence du courant dans l'enroulement d'induit principal du stator.

En variante, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice est fermé sur au moins une diode, auquel cas cet enroulement d'inducteur d'excitatrice peut être parcouru par la superposition d'un courant continu et d'un courant alternatif.

Le stator peut comporter une carcasse magnétique comportant une pluralité d'encoches. Chaque encoche peut recevoir à la fois des conducteurs de l'enroulement d'induit principal et des conducteurs de l'enroulement d'inducteur d'excitatrice. Selon l'invention, l'enroulement d'induit principal et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice sont avantageusement reçus dans la même carcasse magnétique de stator.

L'enroulement d'induit d'excitatrice peut être triphasé, biphasé ou monophasé et comporter au moins une bobine par pôle et par phase d'induit d'excitatrice.

Le rotor peut comporter des pôles saillant définissant deux à deux un espace interpolaire, chaque pôle comportant au moins une corne polaire s'étendant le long de l'entrefer de la machine vers un pôle voisin sur plus de moitié de l'espace interpolaire.

On désigne, au sens de la présente demande, par « machine à pôles saillants » une machine à inducteur tournant dont l'enroulement électrique d'inducteur principal n'est pas réparti mais groupé dans des encoches interpolaires.

Une telle forme de pôle permet notamment d'assurer un compromis entre des pôles lisses permettant le passage du flux magnétique lié aux enroulements d'excitatrice et des pôles saillants permettant le passage du flux magnétique lié aux enroulements principaux.

La forme des pôles du rotor selon l'invention peut permettre de diminuer le nombre d'encoches au rotor et d'augmenter la section de passage pour les flux magnétiques. Les cornes polaires permettent par exemple d'élargir la tête de pôle, cette dernière constituant généralement un point de saturation pour les flux magnétiques.

La corne polaire favorise par exemple le passage du flux magnétique lié aux enroulements d'excitatrice. Chaque pôle peut ne comporter qu'une corne polaire ne s'étendant que d'un côté de ce dernier. En variante, chaque pôle comporte deux cornes polaires, s'étendant de part et d'autre de ce dernier, par exemple sur des longueurs différentes le long de l'entrefer.

Le rotor est par exemple bobiné, comportant notamment une pluralité d'encoches recevant les conducteurs de l'enroulement d'induit excitatrice et/ou les conducteurs de l'enroulement d'inducteur principal.

L'enroulement d'induit d'excitatrice peut être réparti dans des encoches découpées dans les épanouissements polaires du rotor. Les encoches de l'espace interpolaire reçoivent par exemples les conducteurs de l'enroulement d'inducteur principal et certaines de ces encoches peuvent également recevoir des conducteurs de l'enroulement d'induit d'excitatrice. Au moins une encoche ménagée dans la carcasse magnétique du rotor peut ne recevoir que des conducteurs électriques d'une seule phase électrique.

Selon un premier mode de réalisation, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator et l'enroulement d'induit principal du stator sont déphasés électriquement, par exemple d'un angle de trente degrés électriques.

Un tel déphasage entre l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et l'enroulement d'induit principal peut permettre de diminuer le taux global d'harmonique et le taux individuel d'harmonique dans la tension de sortie de la machine, ces taux étant par exemple réduits de moitié par rapport à une machine dans laquelle l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator et l'enroulement d'induit principal du stator ne sont pas déphasés électriquement. L'invention peut ainsi permettre de diminuer l'importance des harmoniques d'ordre impair dans la tension de sortie de la machine, l'harmonique d'ordre 3 étant atténué pour les raisons décrites précédemment et les harmoniques d'ordre 5 et 7 étant atténués du fait du déphasage électrique entre l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et l'enroulement d'induit principal, permettant d'améliorer la qualité et la forme de la tension en sortie de la machine.

Le rotor peut comporter des pôles saillants asymétriques. Alliée au déphasage, l'asymétrie des pôles saillants permet notamment, par effet de saturation magnétique des cornes polaires, de réduire la déformation de la distribution du flux magnétique dans l'entrefer de la machine dans certaines conditions de fonctionnement.

Une machine présentant un tel déphasage peut avantageusement présenter un rapport entre la puissance de démarrage et la puissance nominale élevé, par exemple supérieur à trois ainsi qu'un rapport entre le courant de court-circuit et le courant nominal élevé, par exemple supérieur à quatre.

Une telle machine présente également avantageusement un temps de réponse réduit par rapport aux machines connues. En effet, l'ensemble formé par l'inducteur d'excitatrice et l'induit d'excitatrice peut présenter les caractéristiques du système homopolaire d'induit des machines synchrones traditionnelles, en particulier une constante de temps inférieure à la constante de temps subtransitoire.

Selon un autre deuxième exemple de réalisation, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator et l'enroulement d'induit principal sont électriquement en phase, ce qui permet de relier électriquement l'enroulement d'induit principal et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice.

Une telle machine peut alors fonctionner indifféremment en étant relié à un réseau électrique triphasé ou monophasé, ce qui peut être avantageux selon l'application choisie.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice d'une telle machine peut par exemple être utilisé comme générateur monophasé. Une telle machine peut présenter une puissance monophasée égale à la puissance triphasée. Une machine présentant un tel déphasage peut avantageusement présenter un rapport entre la puissance de démarrage et la puissance nominale élevé, par exemple supérieur à trois ainsi qu'un rapport entre le courant de court- circuit et le courant nominal élevé, par exemple supérieur à quatre.

Une telle machine présente également avantageusement un temps de réponse réduit par rapport aux machines connues.

Au moins deux phases de l'enroulement d'induit principal du stator peuvent être reliées entre elles par un condensateur. Les phases de l'enroulement d'induit principal du stator sont par exemple reliées deux à deux entre elles par un condensateur.

Un tel condensateur, notamment lorsque la puissance apparente de la machine est inférieure à 100 kVA, peut présenter de nombreux avantages.

Le condensateur peut permettre de fixer le point le fonctionnement à vide de la machine en apportant la puissance capacitive nécessaire pour obtenir la tension souhaitée.

Par ailleurs, la présence d'un ou plusieurs condensateurs au niveau de l'enroulement d'induit principal peut déplacer les pertes de la machine du rotor au stator, la puissance d'excitation à vide venant des condensateurs qui sont situés au stator et non au rotor, ce qui permet de diminuer réchauffement du rotor.

En outre, lorsque la machine est en charge avec un certain facteur de puissance inductif ou « arrière », le ou les condensateurs peuvent permettre que la machine présente vis-à-vis du rotor un facteur de puissance amélioré, ce qui permet par exemple de réduire le courant dans le rotor.

Lorsque la machine présente par exemple en charge un facteur de puissance égal à 0 ,8 arrière, la présence du ou des condensateurs peut permettre que la machine présente vis-à-vis du rotor un facteur de puissance sensiblement égal à 1. De tels condensateurs peuvent également permettre de filtrer les harmoniques de courant résultant de la superposition dans l'entrefer du flux magnétique lié aux enroulements principaux et du flux magnétique lié aux enroulements d'excitatrice.

De tels condensateurs peuvent encore permettre que la machine ne soit pas à vide au délestage et que la montée de tension soit réduite en régime transitoire.

La capacité de chacun des condensateurs est par exemple comprise entre 1 et 100 μF, notamment entre 20 et 80 μF, étant par exemple égale à 60μF.

Lorsque la puissance apparente de la machine est supérieure à 100k VA, la machine peut être dépourvue de condensateurs tels que décrits ci-dessus. L'enroulement d'induit d'excitatrice peut être bobiné au rotor avec un pas de bobinage allongé, par exemple 1,25 fois le pas diamétral, de façon à former un enroulement comportant, par exemple dix pôles et non douze pôles lorsque l'enroulement d'induit principal comporte quatre pôles.

Par ailleurs, le stator peut comporter un enroulement électrique supplémentaire reçu dans la carcasse magnétique du stator, cet enroulement électrique supplémentaire comportant par exemple un nombre de pôles égal au double de celui de l'enroulement d'induit principal du stator.

Un tel choix du nombre de pôles de l'enroulement électrique supplémentaire permet que le flux magnétique lié à cet enroulement électrique supplémentaire ne perturbe pas les autres flux magnétiques dans la machine.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator peut comporter deux étages d'enroulement électriquement déphasés entre eux.

La machine est par exemple autorégulée, étant dépourvue de tout système de régulation.

Lors d'un impact de charge, le rapport entre la variation de tension liée à cet impact et la tension crête à crête est par exemple de l'ordre de 6 %, contre environ 15 % avec les machines connues.

Lors d'un délestage, le rapport entre la variation de tension lié à ce délestage et la tension crête à crête peut être amélioré par rapport aux machines connues dans les mêmes proportions que pour un impact. Une machine selon l'invention peut également présenter un temps de réponse après impact ou délestage étant entre trois et six fois inférieur à celui avec les machines connues.

En variante, la machine, notamment telle que selon le premier ou le deuxième exemple de réalisation décrit ci-dessus, peut comporter un enroulement électrique de régulation dans la carcasse magnétique du stator. Les conducteurs de cet enroulement électrique de régulation sont par exemple reçus dans les mêmes encoches que les conducteurs de l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et de l'enroulement d'induit principal et peuvent occuper 10% de la taille desdites encoches.

Cet enroulement électrique de régulation peut être électriquement déphasé par rapport à l'enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator, étant par exemple décalé d'une encoche dans la carcasse magnétique du stator par rapport audit enroulement d'inducteur d'excitatrice du stator. Cet enroulement peut être en court-circuit, permettant de mettre en œuvre une régulation soustractive, diminuant la puissance d'excitation dans la machine.

Une machine selon l'invention peut nécessiter une quantité de cuivre pour réaliser l'enroulement d'induit principal inférieure à celle des machines connues et une quantité de cuivre pour réaliser l'enroulement de l'induit d'excitatrice également inférieure à celle selon les machines connues, ce qui peut permettre de réduire les coûts de fabrication et/ou d'entretien d'une telle machine.

En outre, une machine selon l'invention peut présenter des formes simplifiées permettant de diminuer le coût d'outillage et le temps de montage de la machine.

Une machine selon l'invention peut être dépourvue d'amortisseurs.

La machine peut comporter des aimants d'amorçage, ces derniers étant par exemple disposés au rotor dans l'espace interpolaire.

L'invention permet ainsi de bénéficier de machines présentant des performances équivalentes, voire supérieures à celles des machines connues pour des coûts réduits.

La machine est par exemple un alternateur.

Selon un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention, l'enroulement d'induit d'excitatrice du rotor est triphasé et comportant un nombre de pôles égal à celui de l'enroulement d'inducteur principal, ledit enroulement d'induit d'excitatrice étant connecté en triangle pour former un enroulement monophasé comportant un nombre de pôles égal au triple de celui de l'enroulement d'inducteur principal.

Selon ce deuxième mode de mise en œuvre de l'invention, le stator comporte des pôles saillants définissant deux à deux des espaces interpolaires, chaque pôle comportant au moins une corne polaire s'étendant le long de l'entrefer de la machine vers un pôle voisin sur plus de la moitié de l'espace interpolaire.

Une machine selon le deuxième mode de mise en œuvre de l'invention est notamment intéressante pour réaliser des excitatrices auto-excitées avec une tension nominale comprise par exemple entre 50 et 1500 kVA.

L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison de ce qui précède, une machine électrique tournante triphasée, comportant un stator et un rotor comportant chacun un enroulement électrique d'excitatrice et un enroulement électrique principal,

le rotor, respectivement le stator, comportant des pôles saillants définissant deux à deux des espaces interpolaires, chaque pôle comportant au moins une corne polaire s'étendant le long de l'entrefer de la machine vers un pôle voisin sur plus de la moitié de l'espace interpolaire.

Le stator peut comporter un enroulement d'inducteur d'excitatrice comportant un nombre de pôles multiple de trois de celui de l'enroulement d'induit principal du stator.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice peut être monophasé.

L'enroulement d'induit d'excitatrice peut être monophasé.

Le rotor peut comporter un enroulement d'induit d'excitatrice comportant un nombre de pôles multiple de trois de celui de l'enroulement d'inducteur principal du rotor.

La machine peut être telle que décrite ci-dessus en référence aux premier et deuxième modes de mise en œuvre de l'invention.

L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison de ce qui précède, une machine électrique tournante triphasée, comportant :

un rotor bobiné à pôles saillants, et

un stator comportant :

une carcasse magnétique et,

un enroulement électrique d'induit principal triphasé et un enroulement électrique d'inducteur d'excitatrice triphasé bobiné dans la carcasse magnétique avec un pas moyen différent de 2/3, comportant un nombre de pôles égal à celui de l'enroulement d'induit principal et connecté en triangle de façon à former un enroulement monophasé dont le nombre de pôles est égal au triple de celui de l'enroulement d'induit principal.

L'invention pourra être mieux comprise au vu de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel :

la figure 1 représente une machine électrique selon l'art antérieur, la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une machine selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 3 représente l'enroulement d'induit principal du stator selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 4 est représente l'enroulement d'inducteur d'excitatrice selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 5 représente de façon schématique l'enroulement de la figure 4 lorsque ce dernier est connecté en triangle,

la figure 6 représente l'enroulement d'induit principal selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 7 représente de façon schématique le circuit électrique au rotor selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 8 représente l'enroulement d'inducteur principal selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 9 représente de façon schématique le circuit électrique de la machine selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,

la figure 10 est une courbe illustrant des variations de la tension aux bornes de la machine en fonction de l'intensité,

les figures 11 et 12 représentent de façon schématique l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et l'enroulement d'induit principal du stator lorsqu'ils sont déphasés électriquement, la figure 13 est une variante du schéma représenté à la figure 11, et la figure 14 représente un enroulement auxiliaire de régulation selon un exemple de mise en œuvre de l'invention et

la figure 15 illustre de façon schématique le déphasage entre l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et l'enroulement auxiliaire de régulation selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.

On va décrire en référence à la figure 2 une machine électrique tournante triphasée 1 selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.

Cette machine électrique triphasée 1 est par exemple une machine synchrone utilisée comme alternateur et présente par exemple une puissance comprise entre 5 et 1000 kVA.

Dans l'exemple illustré, cette machine 1 comporte une carcasse magnétique de stator 2 et une carcasse magnétique de rotor 3.

La carcasse magnétique de stator 2, respectivement la carcasse magnétique de rotor 3, reçoit un enroulement électrique principal et un enroulement électrique d'excitatrice.

Comme on peut le voir sur la figure 2, la carcasse magnétique de stator 2 peut comporter une pluralité d'encoches 5 uniformément réparties selon le sens circonférentiel. La carcasse magnétique de stator 2 comporte dans l'exemple décrit vingt-quatre encoches 5 mais l'invention n'est pas limitée à un nombre particulier d'encoches 5.

On a représenté à la figure 3 un exemple d'enroulement d'induit principal 6 reçu dans les encoches 5. Les figures 3, 8, 12 et 14 illustrent des schémas d'enroulements selon une moyenne arithmétique.

Comme on peut le voir sur la figure 3, cet enroulement d'induit principal 6 est triphasé, comportant trois phases U, V et W et il est bobiné selon un plein pas. L'enroulement d'induit principal comporte dans l'exemple illustré quatre pôles mais l'invention n'est pas limitée à un nombre particulier de pôles.

Une encoche 5 ne reçoit dans l'exemple décrit des conducteurs de l'enroulement d'induit principal 6 que d'une seule phase électrique. Cet enroulement d'induit principal 6 peut comporter deux étages de conducteurs identiques dont on n'a représenté qu'un seul étage à la figure 3 et qui peuvent être électriquement en phase ou non, comme on le verra par la suite. La connexion de cet enroulement d'induit principal 6 à un réseau électrique s'effectue dans l'exemple décrit par l'intermédiaire de douze fils électriques Tl à T 12. De telles machines dites « à douze fils » peuvent être utilisées dans les réseaux électriques à 60 Hz pour alimenter en monophasé ou en triphasé des utilisateurs, en couplant les fils de sortie en série, en parallèle, en étoile ou en triangle.

Les encoches 5 peuvent également recevoir les conducteurs électriques de l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 dont on a représenté un exemple à la figure 4.

Cet enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 est par exemple reçu dans les mêmes encoches 5 que celles recevant l'enroulement d'induit principal 6.

L'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 comporte dans l'exemple décrit trois bobines triphasées de quatre pôles, ces trois bobines étant reliées en triangle de façon à former un enroulement monophasé à douze pôles, représenté de façon schématique à la figure 5.

Dans un autre exemple non représenté, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice est un enroulement monophasé comportant douze pôles.

La machine de l'exemple décrit comporte ainsi au stator un enroulement d'induit principal à quatre pôles et un enroulement d'inducteur d'excitatrice à douze pôles, ce qui permet d'utiliser les forces électromotrices induites par la troisième harmonique du champ magnétique dans l'entrefer de la machine lié aux enroulements principaux pour alimenter l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7.

L'invention n'est pas limitée à un nombre particulier de pôles de l'enroulement d'inducteur d'excitatrice et de l'enroulement d'induit principal, dès lors que le rapport entre ces deux nombres de pôles est égal à trois. Dans une variante, l'enroulement d'induit principal comporte par exemple deux pôles et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice en comporte six.

Comme représenté sur la figure 2, le rotor 3 peut comporter une ouverture centrale 8 destiné à recevoir un arbre non représenté et quatre pôles saillants 9 qui peuvent présenter une forme dissymétrique et qui définissent deux à deux entre eux un espace interpolaire E.

L'invention n'est pas limitée à des pôles saillants dissymétriques.

Dans une variante, la machine pourrait comporter des pôles symétriques. Comme on peut le voir, les pôles 9 comportent une partie radiale 10 et une partie d'extrémité 11.

La partie d'extrémité 11 comporte dans l'exemple décrit une corne polaire 13 s'étendant dans l'espace interpolaire E sur une distance supérieure à la moitié de l'espace interpolaire.

Dans l'exemple illustré, chaque corne polaire 13 ne s'étend dans l'espace interpolaire que sur un seul et même côté du pôle 9.

De tels pôles 9 peuvent présenter une ouverture supérieure à deux tiers.

Comme représenté figure 2, chaque partie d'extrémité 11 peut comporter une pluralité d'encoches 15 recevant les conducteurs électriques de l'enroulement d'induit d'excitatrice 16 dont on a représenté un exemple de schéma électrique à la figure 6. Dans l'exemple décrit, l'enroulement d'induit d'excitatrice 16 est triphasé, comportant trois bobines 17 de quatre pôles reliées en étoile.

Les conducteurs électriques de l'enroulement d'induit d'excitatrice 16 peuvent comporter une bobine dont le conducteur aller est reçu dans une des encoches 15 et dont le conducteur retour est reçu dans une encoche 18 ménagée dans l'espace interpolaire E.

On a représenté à la figure 7 un exemple de schéma électrique du rotor 3 de la machine 1. L'enroulement d'induit d'excitatrice 16 est relié par l'intermédiaire d'un pont redresseur 20 à l'enroulement d'inducteur principal 21 à quatre pôles dont on a représenté un exemple de circuit électrique à la figure 8.

Le pont redresseur 20 comporte par exemple des diodes de puissance ou tout autre interrupteur de puissance.

La figure 9 représente un exemple de circuit électrique de la machine.

La machine est dans l'exemple décrit connectée à une charge C, qui est par exemple un réseau électrique local.

Dans l'exemple représenté, l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 est connecté en triangle en court-circuit franc, c'est-à-dire que les bobines sont directement reliées les unes aux autres, mais on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque l'enroulement 7 est connecté en triangle par l'intermédiaire d'une ou plusieurs diodes, par exemple.

Comme on peut le voir, le stator 2 peut comporter trois condensateurs 22 reliant deux à deux les sorties des phases U, V et W de l'enroulement d'induit principal 6. La capacité de chacun des condensateurs est par exemple comprise entre 20 et 80 μF, étant par exemple égale à 60μF.

On a représenté à la figure 10 l'évolution de la tension aux bornes de l'enroulement d'induit principal 6 en fonction du courant parcourant cet enroulement.

La courbe 50 correspond à la tension aux bornes de l'enroulement d'induit principal due à la seule action des condensateurs et la courbe 60 à la seule action du courant induit dans l'enroulement d'inducteur d'excitatrice. Comme on peut le voir, les condensateurs 22 permettent de fournir une tension à vide. L'emploi des condensateurs 22 est particulièrement avantageux lorsque la machine présente une puissance apparente comprise entre 1 et 100 kVA.

Une machine selon l'invention est avantageusement autorégulée permettant d'éviter d'avoir recours à un circuit de régulation additionnel.

Pour des puissances supérieures à 100k VA, le stator 2 peut être dépourvu de condensateur 22 et un enroulement supplémentaire peut être reçu dans la carcasse magnétique du stator 2, cet enroulement supplémentaire comportant par exemple un nombre de pôles égal au double de celui de l'enroulement d'induit principal, dans l'exemple décrit huit pôles, de façon à ne pas perturber le flux magnétique dans l'entrefer lié aux enroulements principaux.

Cet enroulement supplémentaire peut être traversé par un courant continu, de façon à fixer le point de fonctionnement à vide de la machine en apportant la puissance d'excitation nécessaire pour obtenir la tension souhaitée.

Comme décrit en référence aux figures 11 et 12, l'enroulement d'induit principal 6 peut être électriquement déphasé, notamment de 30 degrés électriques, par rapport à l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7.

Comme représenté figure 12, les deux étages 6a et 6b de l'enroulement d'induit principal 6 peuvent être décalés l'un par rapport à l'autre d'une encoche dans la carcasse magnétique du stator 2, ce qui correspond à un déphasage de 30 degrés électriques.

On peut ainsi obtenir une machine délivrant par exemple une tension de 400 V à une fréquence de 50 Hz reliée à l'extérieur par quatre fils ou bornes au réseau électrique d'utilisation.

Cette machine peut comporter ou non un circuit de régulation, comme on le verra par la suite. On va maintenant décrire en référence à la figure 13 un autre exemple de machine électrique triphasée selon l'invention.

Dans l'exemple décrit, l'enroulement d'induit principal 6 et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 ne sont pas déphasés électriquement et ils sont connectés de façon à ce que la machine électrique 1 puisse être utilisée :

- pour alimenter un réseau électrique triphasé par branchement aux bornes respectivement associées aux trois phases U, V et W et au point neutre N de l'enroulement d'induit principal 6 ou,

- pour alimenter un réseau électrique monophasé par branchement aux bornes associées à la sortie monophasée MONO et au point neutre N.

On va maintenant décrire un exemple de circuit de régulation pour un alternateur tel que représenté à l'une des figures 11 à 13.

Ce circuit comporte par exemple un enroulement auxiliaire monophasé 30 dont on a représenté un exemple à la figure 14.

Cet enroulement auxiliaire de régulation peut présenter une taille occupant 10 % des encoches du stator, cet enroulement étant décalé d'une encoche par rapport à l'enroulement d'inducteur d'excitatrice 7, comme représenté à la figure 15, ce qui correspond à un déphasage de 90 degrés électriques par rapport à cet enroulement d'inducteur d'excitatrice 7 et permet d'assurer un découplage par rapport à ce dernier.

L'enroulement 30 est par exemple connecté en court-circuit, ce qui permet d'effectuer une régulation soustractive dans la machine.

Dans les exemples décrits, le rotor comporte des pôles saillants comportant une corne polaire et l'enroulement d'inducteur d'excitatrice est réalisé à l'aide de bobines triphasées connectées en triangle mais on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le stator comporte de tels pôles saillants présentant une corne polaire et lorsque c'est l'enroulement d'induit d'excitatrice qui est réalisé à l'aide de bobines triphasées connectées en triangle.

L'expression « comportant un » doit être comprise comme signifiant « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.