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"Installation électrique".
La présente invention concerne le réglage de la ten- sion d'une machine électrique et a pour objet une installa- tion électrique comportant une machine dynamo-électrique à auto-excitation à travers une résistance. La tension de cette/machine peut être réglée entre deux limites eO et eV au moyen d'un ou plusieurs tubes à décharges montés en parallèle avec l'enroulement en dérivation de la machine. En faisant varier la conductivité de ce ou ces tubes à décharges, on peut modifier la tension de l'enroulement en dérivation de la machine et par suite, l'intensité du courant d'excitation. C'est ainsi qu'on règle n
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entre des limites déterminées la tension fournie par: la . machine.
Ce mode de réglage est très important s'il agit d'obtenir une réaction rapide. En effet on peut pra- tiquement faire varier la conductivité des tubes à dé- charges électriques sans délai et par des moyens simples, . ce qui permet de modifier la tension de la machine d'une manière plus rapide que dans le cas où l'onutilise des dispositifs de réglage mécaniques, tels que des résis- tances de réglage dans le circuit d'excitation lui-même.
Le mode de réglage actuellement envisagé convient particulièrement bien s'il s'agit de maintenir la ten- sion d'une machine pour une charge alternative ou un nombre de tours variable ou s'il s'agit de.régler auto- matiquement la tension en fonction de la charge (com- poundage ou hypercompoundage) et se distingue favorable- ment des méthodes consistant à utiliser les régulateurs rapides bien connus, en ce que les appareils nécessaires sont bien plus simples et moins sujets à usure. Comme il présente en outre l'avantage d'une plus grande sécurité de fonctionnement, il est susceptible de nombreuses appli- cations dans les centrales de tout genre, surtout si la facilité de manoeuvre et la sécurité de fonctionne- ment sont indispensables.
Le procédé est d'une grande utilité pour les machines génératrices d'énergie élec- trique dont le nombre de tours varie sensiblement, par exemple pour les.dynamos destinées à l'éclairage de lagons et pour les machines actionnées par une force variable, telle que la force du vent.
Le procédé suivant l'invention permet d'effec- tuer ce réglage de tension d'une manière très économique.
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Pour plus de facilité, on admettra dans l'exposé suivant de l'invention qu'un seul tube à décharges est monté en parallèle avec le champ d'une machine auto-excita- trice. Il va sans dire qu'il est également possible d'utiliser plusieurs tubes dans divers montageso La même explication s'applique à tous ces cas.
Dans le tube à décharges monté en parallèle avec l'enroulement en dérivation, il se perd une certaine puissance, ce qui contribue à réduire le rendement de l'installation. Si l'intensité du courant à décharges 'devient trop grande par rapport au courant d'excitation de la machine, l'avantage qui résulte en autre temps du ré- glage de la tension au moyen de tubes à décharges com- mence à être moins prononcé et finira par ne plus com- penser le désavantage qu'entraîne la perte d'énergie électrique absorbée par les tubes à décharges.
Suivant l'invention, on a trouvé que l'intensité du courant auquel les tubes à décharges donnent passage dépend de la forme de la caractéristique à circuit ouvert de la machine dont le champ est réglé au moyen des tubes, et que le courant auxiliaire requis, c'est- à-dire la puissance supplémentaire nécessaire pour le réglage, est d'autant plus faible que la courbure de cette caractéristique est moins accentuée.
Comme la puissance absorbée par l'enroulement en dérivation est, d'ordinaire, assez faible pour que le rendement de la machine n'en soit influencé que peu ou même pas du tout, une puissance du même ordre de grandeur pour les tubes à décharges pourra être consi- dérée comme très favorable en général.
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L'invention a donc pour objet une installation comportant une machine auto-excitatrice dont la tension est réglée entre deux valeurs de limite et dont la ca- ractéristique à circuit ouvert a, en-dessous de la limite supérieure de la tension, une courbure assez peu accen- tuée pour que l'intensité du courant parcourant le tube à décharges ou le système de tubes à décharges monté en parallèle avec l'enroulement en dérivation de la machine soit du même ordre de grandeur que celle du courant auquel l'enroulement en dérivation donne passage, ou inférieure à cette intensité. On sait qu'on désigne par "caractéristique à circuit ouvert" d'une dynamo la cour- be qui représente la relation de fonction entre la tension induite dans la machine et le courant d'excitation.
La description faite ci-après avec référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple et représentant une installation électrique suivant l'invention, fera bien comprendre comment celle-ci peut être réalisée.
La figure 1 représente le schéma d'une machine auto-excitatrice à courant continu dont la tension est réglée au moyen d'une diode.
La figure 2 est un schéma d'une génératrice à courant alternatif triphasé dont la tension est mainte- nue au moyen d'une diode.
Fig. 5 représente le réglage automatique de la tension d'une génératrice à courant continu au moyen d'une triode.
Sur toutes les figures, 1 désigne une machine dynamoélectrique dont la tension est réglée par modi- fication de la résistance interne d'un ou plusieurs tubes à décharges montés en parallèle avec le champ de la machine.
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L'enroulement en dérivation de la machine est dé- signé par 2. Le courant parcourant cet enroulement est dérivé de la machine elle-même et traverse une résis- tance 3 qui, le cas échéant (comme c'est le cas sur les figures 2 et 3), est réglable.
Sur la figure 1, une diode, par exemple un tube à décharges 4 à cathode à incandescence et à vide poussé, est monté en parallèle avec le champ 2. Le tube com- porte une anode 5 et une cathode à incandescence 6 ali- mentée par une batterie 7. Le courant de chauffage peut 'être réglé au moyen d'une résistance 8. Si l'on augmente le courant de chauffage, la résistance interne du tube, et par suite la tension de l'enroulement 2 diminuent.
Le courant d'excitation, et par suite la tension de la machine, diminuerontaussi comme l'indique le voltmètre 9.
De la sorte, la puissance parfois assez grande d'une ma- chine 1 peut être réglée dans de larges limites au moyen d'une petite résistance de réglage 8 de très faible ca- pacité.
Sur la figure 2, 10 désigne une génératrice de courant alternatif triphasé dont la machine excitatrice est désignée par 1. Le courant de la machine mentionnée en dernier.lieu traverse un ampèremètre 11, le champ 12 de la génératrice 10 et une résistance réglable 13 du circuit principal-. Une diode est montée en parallèle avec le champ de la machine 1 d'une manière analogue à celle montrée sur la figure 1. Le courant de chauffage alimen- tant la cathode 6 de cette diode n'est, cependant, pas fourni par une batterie, mais par un transformateur de tension convenable 14 relié au circuit externe de la
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génératrice 10.
Si la charge de la génératrice 10 s'ac-' croit et que, par suite, la tension diminue, la tension de la cathode à incandescence du tube à décharges diminue égale- ment, ce qui a pour résultat une augmentation de la ré- sistance interne du tube. La tension- existant entre l'anode 5 et la cathode 6, et par suite la tension dans le champ 2, s'accroît immédiatement, de sorte qu'une tension plus élevée est induite dans la machine 1. Par suite, la machine 10 est excitée plus énergiquement, de sorte que la diminution de sa tension est compensée.
La figure 3 représente le réglage de la tension d'une génératrice de courant continu 15 dont le champ 16 est alimenté par la machine 1 à travers une résis- tance 17 du circuit principal et un ampèremètre 18. Le tube à décharges 19 monté en parallèle avec le champ 2 de la machine 1 comporte une grille 20 disposée entre une anode 21 et une cathode à incandescence 22 alimentée par une batterie 23. Si besoin est, on prévoit une ré- sistance de réglage 24 de manière à obtenir un réglage analogue à celui obtenu au moyen de la résistance 8 dans l'installation montrée sur la figure 1.
On entre- tient entre la grille et la cathode à incandescence du tube 19 une tension qui varie avec la charge de la ma- chine 15 du fait que ces électrodes sont reliées aux extrémités d'une résistance 25 intercalée dans le circuit principal de la génératrice 15 avec interposi- tion d'une batterie 26. Cette.connexion est réalisée de telle sorte que normalement la grille 20 a une tension positive par rapport à la cathode à incandescence 22.
La tension de polarisation communiquée à la grille par la batterie 26 et la tension de la résistance en déri- @
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vation 25, agissent en sens opposés, de sorte que la grille devient moins positive au fur et à mesure que le cou- rant de charge de la génératrice 15 augmente. Il en ré- sulte une augmentation de la résistance interne du tube à décharges 19 et par suite un accroissement de la tension existant dans le champ 2, de sorte que la ma- chine 1 débitera une tension plus élevée et que le courant d'excitation de la génératrice 15 variera jus- qu'à ce que la tension de cette machine ait la valeur voulue en tenant compte de la charge. C'est ainsi qu'une diminution de la tension de la machine 15 en fonction de la charge peut être compensée et qu'on peut réaliser, au besoin, un hypercompoundage.
Comme le tube 19 rend possible un réglage très précis sans inertie, on réalise de cette manière un fonctionnement très rapide et souple.
Si eV,la valeur supérieure des limites entre les- quelles il s'agit de régler la tension de la machine 1, est de c-fois la valeur de la limite inférieure eO, à la tension mentionnée en premier lieu correspond une valeur de courant d'excitation imV parcourant l'enrou- lement 2 qui est plus de c-fois celle correspondant à la valeur de la limite inférieure et qui sera désignée par imO. Ce rapport plus grand est dû au phénomène de la saturation magnétique, ou plus généralement, au fait que la caractéristique à circuit ouvert de la ma- chine fléchit. Par suite de cette flexion, imV n'équi- vaut pas à cimO, mais par exemple à acimO.
On désigne- ra le courant qui parcourt le tube à décharges pour la valeur eO par iaO, tandis que celui nécessaire pour .obtenir un réglage de la tension jusqu'à la valeur
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eV est désignée pae iaV et est bc-fois la valeur de iaO.
Le courant est amené à l'enroulement d'excitation à travers une résistance 3. Par suite, la tension dé- bitée par la machine sera supérieure à celle de l'en- roulement d'excitation et du tube à décharges monté en parallèle avec celui-ci. On suppose que cette dernière tension est¯de emO pour une tension eO de la machine et que la relation entre ces tensions est eO = qemO.
En appliquant les lois d'Ohm et de Kirchhof on peut arriver à un calcul d'où il résulte qu'en général a doit être supérieur à 1 mais inférieur à g. Plus a est faible, c'est-à-dire moins la courbure de la carac- téristique à circuit ouvert de la machine en-dessous de eV est accentuée, plus la puissance nécessaire pour .le tube à décharges est faible. Suivant l'invention, on fait en sorte que cette puissance soit du même ordre de grandeur que la puissance qui, dans l'enroulement en dérivation, est convertie en chaleur, ou inférieure à cette puissance, en prenant soin d'obtenir une caracté- ristique peut courbée. Une faible saturation magnétique de la machine permet d'obtenir ce résultat.
Naturellement l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et l'on pourrait en,imaginer d'autres sans s'écarter de la présente invention.
On a trouvé très favorable qu'il y aie entre les dites valeurs a, b et g, la relation suivante:
EMI8.1
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"Electrical Installation".
The present invention relates to the adjustment of the voltage of an electrical machine and relates to an electrical installation comprising a dynamo-electric machine with self-excitation through a resistance. The voltage of this / machine can be regulated between two limits eO and eV by means of one or more discharge tubes connected in parallel with the bypass winding of the machine. By varying the conductivity of this or these discharge tubes, it is possible to modify the voltage of the winding in the shunt of the machine and consequently, the intensity of the excitation current. This is how n
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between determined limits the voltage supplied by: the. machine.
This mode of adjustment is very important if it is to obtain a rapid reaction. In fact, it is practically possible to vary the conductivity of the electric discharge tubes without delay and by simple means,. this makes it possible to change the voltage of the machine in a more rapid manner than when mechanical adjustment devices are used, such as adjustment resistors in the excitation circuit itself.
The adjustment mode currently envisaged is particularly suitable if it is a question of maintaining the voltage of a machine for an alternating load or a variable number of revolutions or if it is a question of automatically adjusting the voltage. depending on the load (compounding or hypercompounding) and differs favorably from the methods consisting in using the well-known fast regulators, in that the necessary devices are much simpler and less subject to wear. As it also has the advantage of greater operational safety, it is capable of numerous applications in power stations of all kinds, especially if ease of maneuvering and operational safety are essential.
The process is of great utility for machines generating electrical energy the number of revolutions of which varies appreciably, for example for dynamos intended for lighting lagoons and for machines operated by a variable force, such as. than the force of the wind.
The method according to the invention makes it possible to effect this tension adjustment in a very economical manner.
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For greater convenience, it will be admitted in the following description of the invention that a single discharge tube is mounted in parallel with the field of a self-exciting machine. It goes without saying that it is also possible to use several tubes in various fixtures. The same explanation applies to all these cases.
In the discharge tube mounted in parallel with the bypass winding, some power is lost, which contributes to reducing the efficiency of the installation. If the intensity of the discharge current becomes too great in relation to the excitation current of the machine, the advantage which otherwise results from the regulation of the voltage by means of discharge tubes begins to be less. pronounced and will eventually no longer compensate for the disadvantage caused by the loss of electrical energy absorbed by the discharge tubes.
According to the invention, it has been found that the intensity of the current to which the discharge tubes pass depends on the form of the open circuit characteristic of the machine whose field is regulated by means of the tubes, and that the auxiliary current required , that is to say the additional power necessary for the adjustment, is all the lower as the curvature of this characteristic is less accentuated.
Since the power absorbed by the shunt winding is usually low enough that the efficiency of the machine is not affected very much or even at all, a power of the same order of magnitude for the discharge tubes can be regarded as very favorable in general.
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The subject of the invention is therefore an installation comprising a self-exciting machine, the voltage of which is adjusted between two limit values and the open-circuit characteristic of which has, below the upper limit of the voltage, a sufficiently curvature. little accentuated so that the intensity of the current flowing through the discharge tube or the system of discharge tubes mounted in parallel with the shunt winding of the machine is of the same order of magnitude as that of the current at which the winding in derivation gives passage, or less than this intensity. We know that the term “open circuit characteristic” of a dynamo denotes the curve which represents the function relation between the voltage induced in the machine and the excitation current.
The description given below with reference to the appended drawing, given by way of example and showing an electrical installation according to the invention, will make it easier to understand how it can be produced.
FIG. 1 represents the diagram of a direct current self-exciting machine, the voltage of which is regulated by means of a diode.
FIG. 2 is a diagram of a three-phase alternating current generator, the voltage of which is maintained by means of a diode.
Fig. 5 shows the automatic adjustment of the voltage of a direct current generator by means of a triode.
In all the figures, 1 denotes a dynamoelectric machine, the voltage of which is adjusted by modifying the internal resistance of one or more discharge tubes mounted in parallel with the field of the machine.
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The shunt winding of the machine is designated by 2. The current flowing through this winding is derived from the machine itself and passes through a resistor 3 which, if necessary (as is the case in the figures 2 and 3), is adjustable.
In figure 1, a diode, for example a discharge tube 4 with incandescent cathode and high vacuum, is mounted in parallel with the field 2. The tube comprises an anode 5 and an incandescent cathode 6 supplied. by a battery 7. The heating current can be regulated by means of a resistor 8. If the heating current is increased, the internal resistance of the tube, and hence the voltage of the winding 2 decreases.
The excitation current, and hence the voltage of the machine, will also decrease as indicated by the voltmeter 9.
In this way, the sometimes quite large power of a machine 1 can be regulated within wide limits by means of a small regulating resistor 8 of very low capacity.
In Figure 2, 10 denotes a three-phase alternating current generator, the exciter of which is designated by 1. The current of the last-mentioned machine passes through an ammeter 11, the field 12 of the generator 10 and an adjustable resistor 13 of the generator. main circuit-. A diode is connected in parallel with the field of the machine 1 in a manner analogous to that shown in figure 1. The heating current supplied to the cathode 6 of this diode is, however, not supplied by a battery. , but by a suitable voltage transformer 14 connected to the external circuit of the
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generator 10.
If the load of the generator 10 increases and, as a result, the voltage decreases, the voltage of the incandescent cathode of the discharge tube also decreases, which results in an increase in the reaction. internal resistance of the tube. The voltage existing between the anode 5 and the cathode 6, and hence the voltage in the field 2, immediately increases, so that a higher voltage is induced in the machine 1. As a result, the machine 10 is excited more energetically, so that the decrease in its voltage is compensated.
FIG. 3 shows the voltage adjustment of a direct current generator 15 whose field 16 is supplied by the machine 1 through a resistor 17 of the main circuit and an ammeter 18. The discharge tube 19 mounted in parallel with the field 2 of the machine 1 comprises a grid 20 disposed between an anode 21 and an incandescent cathode 22 supplied by a battery 23. If necessary, an adjustment resistor 24 is provided so as to obtain an adjustment similar to that obtained by means of resistor 8 in the installation shown in Figure 1.
Between the grid and the incandescent cathode of tube 19, a voltage is maintained which varies with the load on machine 15 because these electrodes are connected to the ends of a resistor 25 interposed in the main circuit of the generator. 15 with the interposition of a battery 26. This connection is made such that normally the grid 20 has a positive voltage with respect to the incandescent cathode 22.
The bias voltage communicated to the grid by the battery 26 and the voltage of the resistor in derivation @
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vation 25, act in opposite directions, so that the grid becomes less positive as the charge current of generator 15 increases. This results in an increase in the internal resistance of the discharge tube 19 and consequently an increase in the voltage existing in the field 2, so that the machine 1 will deliver a higher voltage and the excitation current of the generator 15 will vary until the voltage of this machine has the desired value taking into account the load. Thus, a decrease in the voltage of the machine 15 as a function of the load can be compensated for and a hypercompounding can be carried out, if necessary.
As the tube 19 makes very precise adjustment possible without inertia, in this way very fast and flexible operation is achieved.
If eV, the upper value of the limits between which it is a question of adjusting the voltage of machine 1 is c-times the value of the lower limit eO, the voltage mentioned first corresponds to a current value of excitation imV traversing the winding 2 which is more than c-times that corresponding to the value of the lower limit and which will be designated by imO. This greater ratio is due to the phenomenon of magnetic saturation, or more generally, to the fact that the open circuit characteristic of the machine weakens. As a result of this bending, imV is not equivalent to cimO, but for example to acimO.
We denote the current flowing through the discharge tube for the value eO by iaO, while that necessary to obtain an adjustment of the voltage up to the value
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eV is designated pae iaV and is bc-times the value of iaO.
The current is supplied to the excitation winding through a resistor 3. As a result, the voltage delivered by the machine will be higher than that of the excitation winding and the discharge tube connected in parallel with it. this one. We suppose that this last voltage is ¯ of emO for a voltage eO of the machine and that the relation between these voltages is eO = qemO.
By applying Ohm's and Kirchhof's laws we can arrive at a calculation from which it follows that in general a must be greater than 1 but less than g. The smaller a, ie the less the curvature of the open circuit characteristic of the machine below eV, the lower the power required for the discharge tube. According to the invention, this power is made to be of the same order of magnitude as the power which, in the bypass winding, is converted into heat, or less than this power, taking care to obtain a characteristic ristic may curved. A low magnetic saturation of the machine makes it possible to obtain this result.
Of course, the invention is not limited to the examples described above and one could imagine others without departing from the present invention.
It has been found very favorable that there is between the said values a, b and g, the following relation:
EMI8.1