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Machine asynchrone à machine postérieure à col- lecteur.
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Dans les machines asynchrones combinées avec des machines postérieures à collecteur, en particulier dans celles qui servent à accoupler des réseaux à fréquence va- riable, il est souvent utile de pouvoir régler la charge des machines d'après une loi déterminée qui dépend des con- ditions locales. Une pareille loi est donnée par exemple par le fait de maintenir constante la charge des machines indépendamment 'des fluctuations des fréquences des deux ré- seaux, c'est-à-dire indépendamment du glissement de la machi- ne. Le réglage se fait généralement dans le circuit d'exci- tation de la machine postérieure à collecteur ou de son ex- citatrice.
En pareil cas l'organe de réglage à un rôle dif- ficile à remplir; il doit non seulement établir la charge désirée pour la machine, il doit s'opposer en putre à
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l'action perturbatrice du glissement de la machine, action qui se produit par une variation de la FEM secondaire et des tensions de dispersion. Les deux rôles que l'organe de réglage doit jouer suivent des lois différentes, de sorte que le réglage devient très compliqué.
La présente invention a pour but de montrer com- ment le rôle de l'organe de réglage peut être extrêmement simplifié.
Le courant primaire J1 d'une machine asynchrone au circuit secondaire de laquelle une tension Ph est impo- sée par une machine postérieure à collecteur, est donné par l'équation
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où :
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/5? est la tension primaire aux bornes, /M, la résistance apparente réciproque du flux principal, ' le glissement de la machine asynchrone tt le facteur de dispersion primaire de Heyland, q la résistance de l'enroulement primaire, f la résistance de l'enroulement secondaire, X1 la résistance borgne de dispersion de l'en- roulement primaire,'et X la résistance borgne de dispersion de l'en- roulement secondaire à la fréquence du réseau ; j est le facteur #-1 exigé par le calcul complexe.
Les grandeurs secondaires sont toutes réduites au circuit primaire. Diaprés ces équations le courant pri- maire d'une machine asynchrone combinée avec une machine
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postérieure à collecteur se compose de trois parties qui dépendent toutes du glissement de la machine. Si l'on dési- re faire varier la charge (il) de la machine en faisant va- rier la tension r2 de la machine postérieure, le glissement de la machine varie généralement et la variation de charge ne dépend pas seulement de la variation de la tension au col- lecteur de la machine postérieure, elle dépend encore pour beaucoup des dimensions (du glissement #) de la machine asynchrone elle-même.
Si l'on pouvait supprimer dans l'équation 1 tous les membres qui comportent #, le courant varierait suivant l'équation
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c'est-à-dire que le courant serait composé de deux parties, une partie invariable égale au courant d'aimantation à vide de la machine @ , et une deuxième partie variant suivant la tension ph au collecteur. Comme le dénominateur de cette dernière partie ne comporte que la résistance de l'enroule- ment secondaire r2, la charge de la machine sera maintenant directement proportionnelle à la variation de la tension ph au collecteur. La machine se comporte vis-à-vis de l'organe do réglage comme une machine sans flux et sans dispersion, c'est-à-dire comme une simple résistance ohmique.
On montrera maintenant comment cet état du groupe peut être obtenu suivant l'invention. Pour le courant secon- daire de la machine asynchrone combinée avec la machine pos- térieure à collecteur, on a l'équation
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E est la F E M induite par le champ principal dans l'enroulement secondaire. La fig. 1 montre un mode de réalisation de l'invention. 1 est la machine asynchrone,
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2 la machine postérieure à collecteur, qui fournit la ten- sion ph et dont le collecteur est relié aux bagues de la machine asynchrone par l'intermédiaire de l'enroulement com- nensateur k.
Dans la ligne qui relie le collecteur aux ba- gues de la machine asynchrone on monte un transformateur d'intensité 3 dont la tension secondaire est ajoutée par l'intermédiaire d'un changeur de fréquence 4 et d'un trans- formateur 5 à la tension du transformateur T qui repré- sente l'organe de réglage principal.
La tension secondaire du transformateur d'intensité, auquel on donnera de préfé- rence un grand courant d'aimantation, est proportionnelle au courant secondaire J2 et au glissement #. Si, par une disposition appropriée des enroulements, ou en faisant tour- ner les enroulements l'un par rapport à l'autre, on donne à cette tension secondaire une position de phase telle qu'elle soit perpendiculaire à l'intensité J, la tension au col- lecteur de la machine postérieure est égale à
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Si l'on introduit cette équation dans l'équation 3, on ob- tient pour l'intensité secondaire l'équation
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si l'on fait #1= x2 on a
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c'est-à-dire que le transformateur d'intensité 3 a suppri- mé l'action du glissement sur la dispersion secondaire.
Si on remplace en conséquence cette action par 0, l'équation 1 prend la forme suivante :
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Le glissement 6- ne se trouve plus maintenant que dans deux
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termes, Pour 1! éliminer aussi de la machine, on monte sur l'arbre du groupe une machine asynchrone 6 et dans la li- gne d'arrivée au stator de la machine principale 1 un transformateur d'intensité 7.
On ajoute la tension du se- condaire de ce transformateur, par un montage en série, à la tension du secondaire du transformateur 8 et on amène la somme des deux tensions au stator de la machine asynchrone 6. 0:-: peut ensuite prendre sur le rotor de cette machine asynchrone une tension proportionnelle à
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-- ? o;cf'? If; u- e {ir L'angle peut être choisi entre 0 et 90 par un réglage convenable du transformateur 7.
Si l'on monte le secondai- re de la machine asynchrone 6 en série avec le secondaire du transformateur d'intensité 3, la tension au collecteur de la machine postérieure est maintenant
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On volt que le dernier terme annule, 3, Si l'on in- troduit les trois premiers termes dans l'équation 7 en faisant
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On obtient l'équation 2 indiquée ci-dessus, qui est préci- sément valable pour la machine idéale désirée sans glisse- ment. Il en résulte qu'au moyen de la machine asynchrone 6 et de deux transformateurs d'intensité 3 et 7 on peut as- surer à l'organe régulateur une liberté complète en ce qui concerne le débit de la machine.
Un seul transformateur d'intensité pourra suffi- re dans certains cas. En effet, pour le courant primaire de La machine asynchrone combinée avec la machine postérieu- re à collecteur, on peut aussi écrire;
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Le glissement # ne figure plus que dans deux termes de cette équation, la F E M induite secondaire E et la dis- persion secondaire.
Si l'on monte un enroulement auxiliaire H sur le secondaire de la machine principale 1, comme le montre la fig. 2, la F E M induite dans cet enroulement se- condaire et la F E M de l'enroulement principal du secon- daire sont proportionnelles au glissement et au champ prin- cipal de la machine, c'est-à-dire proportionnelles à # # E2 Si l'or prend cette tension sur l'enroulement auxiliaire H et si.on la conduit, augmentée de la tension secondaire du transformateur d'intensité 3, qui est disposé de la même façon et construit de façon semblable au transformateur d'intensité 3 de la fig. 1, à l'organe de réglage princi- pal par 1'intermédiaire- du changeur de fréquence et du transformateur 5; on obtient de nouveau l'équation 2 pour le courant primaire.
Les dispositifs de la fig. 2 et de la fig. 1 sont donc équivalents dans leur effet.
,Dans les excitatrices accouplées mécaniquement à excitation du. roter et enroulement de compensation ou à ex- citation du stator, on constate souvent l'inconvénient que la tension aux bornes de ces machines varie' avec le glisse- ment. Dans les machines à collecteur du premier type, ceci provient de la F E M induite par le champ dans l'enroulement de compensation; dans les machines à collecteur du deuxième type, cela provient de la variation de la vitesse de la ma- chine principale. On montrera comment il est possible, au moyen des transformateurs d'intensité des fig. 1 et 2 qui, dans ces figures, avaient un autre but, de résoudre aussi le problème consistant à maintenir constante la tension aux bornes de la machine postérieure à collecteur.
Si l'on
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accorde le transformateur d'intensité 7 de la fig. 1 de façon qu'on ait
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on obtient pour le courant primaire l'équation
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dans laquelle on pourra introduire pour P2, en tenant compte .de la F E M induite de l'enroulement de compensation, F E M qui a été négligée jusqu'ici
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7, "", ! 1 - ) Le dénominateur de l'équation 14 contient maintenant le facteur (1 - #), qui s'annule dans le deuxième terme, qui est le terme principal, au numérateur et au dénominateur.
L'influence du facteur (1 - #) sur le courant d'aimanta-
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tion tu joue ici un rôle négligeable, étant lui-même petit. par-rapport au deuxième terme.
On sait qu'il est possible, en donnant à 'l'excita- tion de la machine postérieure à collecteur une valeur pro- portionnelle à la tension de glissement, de supprimer la F E M induite par le champ principal dans le secondaire. On n'avait pas reconnu jusqu'ici que cette mesure ne suffit pas à elle seule pour obtenir un réglage simple et parfait. Si l'on n'élimine pas, par les moyens indiqués ici, les autres termes de l'équation 1 ou l'équation 10 qui contiennent le - glissement #, le courant primaire J1 diffère de 30 40 %, la tension du transformateur T étant constante, du courant qu'on obtient lorsque tous les termes dépendent de # dans ces équations ont été supprimés.
Ce qui est nouveau dans l'invention consiste pré- cisément en ce qu'on élimine non seulement par une contre- tension la tension de glissement induite par le 'champ
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principal, mais aussi les tensions induites par les champs de dispersion secondaires ou primaires.En outre, suivant l'invention, dans d'autres grandeurs de marche sur lesquel- les agit le glissement de la machine asynchrone et qui agis- sent à leur tour sur le courant primaire de la machine asyn- chrone,les effets du glissement peuvent aussi être compen- sés par des tensions auxiliaires, de façon à ne pas so transmettre au courant primaire.
On peut maintenant suppri- mer l'effet nuisible de tous les ternes dépendant du glisse- ment, ce résultat étant obtenu automatiquement, comme le montrent les fig. 1 et 2, car toutes les tensions amenées à la machine principale 1 par l'intermédiaire du transforma- teur 5 augmentent et diminuent au même degré que les ter- mes contenant les valeurs correspondantes (7¯*dans les équa- tions 1 et 10. L'organe de réglage T n'a à fournir que de petites tensions, celles qui servent à vaincre la chute de tension ohmique du circuit secondaire de la machine principale. A chaque valeur constante de P2 correspond une valeur déterminée de J1, valeur qui est entièrement indépen- dante de la vitesse du groupe. Le courant de charge de la machine est entièrement indépendant de la vitesse de celle- ci.
Il est cependant utile parfois que le courant de charge de la machine varie avec la vitesse. On montrera main- tenant qu'il est également possible, au moyen des mêmes transformateurs d'intensité servant à supprimer l'action du glissement sur les tensions de dispersion, de résoudre ce problème de façon que le rôle de l'organe de réglage soit toujours, dans ce mode de réglage, aussi simple que dans le mode de réglage mentionné, à débit constant.
Si l'on accorde le transformateur d'intensité 7 de la fig. 1 de façon qu'on ait
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(11) on obtient pour le courant primaire l'équation, suivante
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Lorsque le transformateur d'intensité 3 est ainsi réglé, le courant de charge de la machine ne dépend plus du glisse- ment 0. Comme on peut donner à la grandeur m des va- leurs positives ou négatives quelconques on peut ainsi faire en sorte que le courant J1 dépende de façon quelconque du glissement #, le réglage étant également effectué automa- tiquement par l'organe de réglage T.