<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS ELECTRIQUES DE HAUTE TENSION.-
La présente invention concerne les installations électriques dans lesquelles de l'énergie électrique sous haute tension est envoyée à un dis- positif de charge qui, pendant la fonctionnement, peut provoquer des court%loir- cuite ou das variations brusquas de la aharge Par exemple, de tels dispositifs da charge peuvent consister en tubes à décharge thermionique dont la circuit ano- dique est alimenté sous haute tension et, notamment, de tels tubas à décharge démontables à Vidage continu dans lesquels il peut..
sa produire des défauts tels qua des décharges et des arcs dans les gaz résiduels- L'invention conviant éga- lamant pour l'alimentation de ces tubes à décharge sous haute tension pendant la procédé de formation, c'est-à-dire la période préliminaire de vidage et de déga- zéification qui est nécessaire avant que ces dispositifs puissent fonctionner
<Desc/Clms Page number 2>
normalement de façon satisfaisante- L'invention est également applicable à la précipitation des poussières ou autres particules solides contenues dans l'atmosphère suivant le procédé connu conformément auquel deux électrodes placéss dans l'atmosphère à une certaine distance l'une de l'autre sont sou- mises à une différence de potentiel élevée*
Une installation électrique conforme à l'invention comprend,
en combinaison, un dispositif de charge à courant continu fonctionnant sous haute tension,par exemple environ 5.000 volts, dans lequel peuvent se produi- re , pendant le fonctionnement, des court-circuits ou des variations brusques de la charge, un transformateur ou générateur à métadyne ayant au moins deux enroulements d'armature reliés à leur collecteur respectif , l'un des enrou- lements et son collecteur, appelés respectivement enroulement et collecteur primaires,'tant reliés au dit dispositif de charge par l'intermédiaire des balais dits balais primaires, et les moyens pour connecter l'autre enroule- ment et son collecteur, appelés respectivement enroulement et collecteur se- condaires,par l'intermédiaire de balais dits balais secondaires, avec une source de courant continu de basse tension, notanment de l'ordre de quelques centaines de volts.
Une métadyne est une machine rotative construite pour trans- former du courant continu de tension constante et d'intensité variable en un courant pratiquement constant sous tension variable ou bien en un courant variant suivant une certaine loi déterminée en fonction de la tension* L'ap- pareil comprend sous sa tourne la plus simplet un rotor pourvu d'enroulements et un collecteur analogue à l'induit d'une machine dynamo-électrique à cou- rant continu* Ordinairement, le collecteur porte deux paires de balais, le courant primaire entrant et sortant par la première paire de balais et le courant secondaire passant par l'autre paire- Le rotor est entraîné à vites- se constante par un moteur extérieur ,
ou bien d'autres moyens sont prévus suivant lesquels la puissance totale fournie à la métadyne est ajustée auto- matiquement de manière à être égale à la somme de la puissance de sortie de la métadyne et des pertes dans la machiner à la vitesse particulière désirée de manière à maintenir l'induit en rotation à cette vitesse* Le courant pri- maire traversant les enroulements rotoriques engendre un flux primaire de di- rection fixe- Ce flux, recoupé par les conducteurs,
engendre une force élec-
<Desc/Clms Page number 3>
-tro-motrice dans ceux-ci* Le secondaire peut débiter un courant constant sous me tension variable* La stator intervient pour ménager des circuits magnéti- ques de retour de f aible réluctance pour les flux qui sont engendrés par les courants rotoriques et ce stator peut comporter des enroulements engendrant des flux magnétiques se combinant avec les flux magnétiques engendrés par les courants primaire et secondaire circulant dans la rotor pour contrôler le fonctionnement électromécanique de la machine* La description de la construc- tion générale et du fonctionnement des machines métadynes sera trouvée dans un article intitulé "Esquisse sur la métadyne" par J.M.PESTARINI dans le Bul- letin Scientifique A.I.M. -N 4- ;
avril 1931 de l'Association des Ingénieurs Electriciens,publié par l'Institut Electrotechnique Montéfiore à Liège.
Avec la disposition conforme à la présente invention,dans le cas d'un défaut tel que l'amorçage d'un arc, le courant secondaire tend à augmen- ter, mais en raison des caractéristiques particulières de la métadyna, cette augmentation s'arrêtera très rapidement et en marne temps, la tension secon- daire décroîtra très rapidement jusqu'à disparition dù défaut- Immédiatement après, cette tansion secondaire croîtra de nouveau et, si le défaut est de na- turc temporaire, les conditions normales de fonctionnement se rétablissent très rapidement*
Dans la disposition conforme à l'invention, la source de basse tension peut fournir une tension pratiquement constante et,
en vue de limiter le courant primaire lorsque le circuit secondaire est ouvert, on peut intro- duire une résistance dans le circuit primaire ou bien la métadyne peut être pourvue d'un enroulement inducteur connecté en sgrie avec les balais primaires et la source de basse tension, et disposé pour produire aux bornes des dits balais une force électromotrice opposée au courant primaire. La source de basse tension peut être constituée par un générateur que l'on appellera plus loin "générateur primaire' couplé mécaniquement à la métadyne.
Le générateur primaire et la métadyne sont entraînés par un moteur électrique ou autre pré.. vu pour pouvoir ajuster la vitesse de manière à contrôler la puissance four- nie par la métadyne- Conformémant à une autre forme de l'invention, une installation électrique destinée à alimenter on énergie électrique de haute tension conti- nue, un dispositif de charge dans lequel peuvent se produire, pendant le fonc- tionnement, des courtcircuits ou des variations brusques de charge, comprend un
<Desc/Clms Page number 4>
un transformateur au générateur à métadyne, un générateur primaire tel que décrit plus haut,et un dispositif d'excitation pour le dit générateur primai- re,
permettant de faire varier la tension engendrée par le générateur primaire conformément aux variations du courant que ce dernier fournit à la métadyne- Lorsque les conditions sont telles que la tension primaire tombe lorsque le courant primaire augmente, la tension primaire diminue lorsque le circuit se- condaire est ouvert, ce qui limite le courant primaire- D'autre part, la tension du générateur primaire peut 'être amenée à tomber lorsque le courant- primaire diminue de manière à limiter le courant secondaire avant l'action de la métadyne en cas de courtcircuit du secondaire- Dans ce cas, pour limiter le courant primaire résultant de l'ouverture du circuit secondaire,
le générateur
EMI4.1
primaire est disposé pour se saturer magnétiquement de manière à limiter suf- fisarmment la tension primaire, on peut employe, comme décrit plus..,haut, des moyens comprenant une résistance dans le circuit primaire ou un enroulement supplémentaire sur la métadySLe* Une telle disposition est spécialement utile lorsqu'on désire obtenir, dans le cas du cour4airanit, un courant secondaire inférieur ou courant secondaire nonnal.
Le transformateur ou générateur à métadyne peut être connecté en série avec un générateur qui n'est pas une métadyne, de manière à obtenir la haute tension désirée, l'autrectgénérateur fournissant à peu près la moitié de la tension totale engendrée* Une telle disposition réalisera la régulation désirée du courant de charge, notamment le courant de charge sera limité en
EMI4.2
oourtoirouit puisque dans cette condition la métadyne est capable de dévelop- per une tension inverse plutôt que de laisser le courant ar0ittemonnalemant.
On peut prévoir plusieurs générateurs dont les bornes de sortie sont connec- tées en série l'une avec l'autre de manière à réaliser la tension voulue'
EMI4.3
Les dits générateurs peuvent tous comprendre des générateurs ou transforMA- teurs à métadyne ou bien des mêtadynas et des générateurs qui ne sont pas métad3"!les, la métadyne fournissant au moins approximativement la moitié de la tension totale engendrée* Dans le dernier cas,
les mêtadynas sont de pré- férence connectées dans le circuit série alternativement avec les autres gé- nérateurs-
On connaît bien les dispositions des machines dans lesquelles plusieurs machines à courant continu par exemple sont connectées électriquement
<Desc/Clms Page number 5>
en série de manière que les différentes tensions des machines s'ajoutent, les machines étant isolées l'une de l'autre et des machines motrices et mécanique-
EMI5.1
ment couplées par dos accouplamants isolants* Avec da telles dispositions,
il est nécessaire que l'isolement entre chaque machine et la terre soit progres-
EMI5.2
sivement augmenté lorsque la différence de potentiel entre les bornes d'une ma- chine et la terre augmente de manière que les sollicitations de l'isolement entre les enroulements et la carcasse de chaque machine restent constantes* L'isolement entre la terre et la dernière machine de la série où se produit la différence de potentiel maximum devra être par conséquent très important-
EMI5.3
Conformément à une autre forme de l'invention, dtxis laquelle plusieurs unités génératrices sont emplo3ées ayant leurs bornes da sortie con- nectée en série, ces unités génératrices pouvant ou non titre des 7alétad UeS ces unités génératrices sont supportées laar l'une par l'autre par l'intermédiai- re d'éléments isolants,
de manière à former une pile en forme de tour, leurs axes étant de préférence, disposés verticalement, la machine ayant la plus forte différence de potentiel par rapport à la terre étant placée au soumet de la tour et les arbres de chaque machine étant connectés l'un avec l'autre par des ac- couplements isolante- L'invention comprend également les dispositions citées . plus haut, dans lesquelles les machines sont disposées an deux ou plusieurs pi- les ou tours, les machines des différentes tours étant connectées en série l'une avec l'autre* L'invention prévoit des dispositions spéciales pour graduer l'i-
EMI5.4
solement entre les différentes machines et entre les machines et le sol.
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins annexés, donnés simplement à titra d'exemple, et dans lesquels
EMI5.5
La Fig3, est un schéma montrant les circuits électriques d'une disposition des appareils comprenant trois unités génératrices canfonnément à l'invention*
EMI5.6
La Fig*2 est un schéma d'une disposition différente des appa- rable montrés à la Fig1 La Fig3ast un schéma d'une disposition d'une métadyne et d'un générateur conformément à l'invention- Les Fig. 4, Je et àb sont des courbes montrant le fonationnanrorit de la disposition de la'Fig-Uo La Fiv.5 est un schéma analogue à celui de la Fig.S, d'une autre .
<Desc/Clms Page number 6>
disposition conforme à l'invention*
La Fig.6 est un schéma des connexions électriques montrant une métadyne pourvue d'espaces interpolaires excitée conformément à une disposition de l'invention.
La Fig.7 est une élévation en coupe partielle plus ou moins schématique montrant la construction d'un ensemble de plusieurs métadynes dis- posées verticalement conformément à l'invention*
La fig.8 est une élévation de profil schématique d'un ensemble de plusieurs piles ou tours de métadynes comportant la disposition graduée dé- crite plus haut, et
La Fig.9 est une vue en plan montrant schématiquement une modi- fication des dispositions de la Fig.7.
Revenant à la fig.1. le dispositif de charge pouvant être cons- titué par le circuit anodiqua d'un dispositif à décharge thermionique est indi- qué en 1. Il est connecté à la machine génératrice par les conducteurs 2 et 3.
Chacune clos trois unités métadynes I, Ils III comprend une métadyne comportant deux enroulements induits secondaires, donnant par exemple 15.000 Volts-,, chacun, relias aux collecteurs respectifs indiqués par Sl et S2 et un enroulement induit primaire qui peut âtre de basse tession, par exemple 110 Volts.,connecté à un collecteur P.
La générateur à courant continu 4 comportant un induit E fournit l'énergie électrique aux balais placés sur le collecteur primaire P de la méta- dyne qui lui est associée* Chaque collecteur secondaire est pourvu d'une paire de balais secondaire et, comme il est montré, les paires de balais secondaires de chacune des métadnes sont connectées en série l'une avec l'autre et aveo les balais secondaires des autres métadnes par les conducteurs 2 et 3.
Il en résulte que la tension aux bornes de ces conducteurs est la somme des tensions engendrées dans les six enroulements secondaires des trois métadynes. Les deux balais de chaque métadyne qui sont connectés ensemble sont également connectés à la carcasse de la dite métadyne comme il est indiqué en 5, de sorte que la carcasse se trouve à un potentiel intermédiaire aux potentiels des bornes se- condaires de chaque métadyne, tandis que chacun des circuits primaires de cha- que unité est connecté avec la carcasse de chaque machine,
comme il est indiqué en 6*
Chaque générateur 4 est pourvu d'un enroulement Inducteur shunt
<Desc/Clms Page number 7>
7 et d'un enroulement série 8 antagonistes de manière à obtenir une caractéris- tique externe tombante aux bornes secondaires de la métadyne. Cette caractéris- tique tombante peut encore être obtenue en remplaçant les enroulements série 8 par des résistances R, indiquées en lignes pointillées, insérées dans les circuits primaires respectifs- Les induits des différentes métadynes et génératrices sont montés sur un axe commun indiqué par les lignes interrompues 9.
Les arbres des différentes machines sont pourvus d'accouplements isolants (non montrés) placés
Entre les unités I, II et III, l'arbre résultant étant accouplé avec un moteur électrique 10 représenté comme étant un moteur triphasé alimenté par les conduc- tours Il* Il est évident que l'on peut employer, en remplacement du moteur élec- trique 10, un moteur d'un tpe quelconque*
Dans le fonctionnement des appareils décrits plus haut, on ob- tient les résultats suivants, pratiquement automatiquement.
Le courant dans le circuit secondaire ne peut pas croîtra au- dessus d'une limite relativement faible, par exemple de 10 à 205 du courant nor- mal et cet accroissement ne peut se produire que pendant un temps très court- La métadyne peut être, si on le désire, calculée pour que s'il se produit un arc dans l'appareil I, entre les conducteurs 2 et 3, la tension secondaire de la mé- tadyne s'inverse jusqu'à ce que l'arc s'éteigne, de sorte que la suppression de l'arc peut se faire très rapidement' Les coups de fou entre les balais de haute tension, c.à.d.
les balais secondaires S1 et S2 posant sur la collecteur, ont moins de chance de sa produire que dans une machine dynamo-électrique ordinaire parce que le courant ne peut varier que dans de faibles limites,comme indiqué plus haut- De plus, la métadyne présente également la propriété que les cou@s de feu entre balais secondaires sont peu fréquents.
Les défauts dans le dispositif de charge 1, qui ont pour effet de courtcircuiter les conducteurs 8 et 3, n'af- fecteront pas la machineet l'ouverture du circuit secondaire aura pour seul ef- fet d'accroître la courant primaire à une valeur limitée par l'effet des anrou- lementts d'excitation série 8 du générateur, lorsque ces enroulements existent- Si on le désire, la caractéristique désirée de la métadyne peut titre obtenue à l'aide d'un enroulement série introduit dans le circuit primaire de basse tension et remplaçant ou assistant l'enroulement série 8, de manière à développer dans le rotor de la métadne ,
une force électromotrice qui s'oppose à la tension appli- quée aux balais primaires*
<Desc/Clms Page number 8>
Comme las circuits primaire et secondaire comportant chacun leur propre collecteur, on peut donner à la tension primaire une valeur quelcon- que désirée inférieure à la tension secondaire,de sorte que les générateurs 4 sont construits pour basse tension, par exemple pour 110 V.
Pour réduire les dimensions du générateur 4 et de Il enroulement primaire du rotor de la métadyne, la métadyne peut titre pourvue d'enroulements de champ engendrant un flux de même direction que le flux dû au courant primaire traversant l'induit de la métadyne, de sorte qu'une partie de la puissance obte- nue aux bornes secondaires de la métadyne sera transmise mécaniquement de l'ar- bre 9 du moteur 10 à l'induit de la métadyne. D'autre part, et dans le même but, la métadyne peut être pourvue d'un circuit magnétique présentant une plus grande réluctance pour le flux secondaire que pour le flux primaire, ce que l'on peut obtenir en prévoyant un entrefer de tonna elliptique,
la longueur de cet entre- fer étant plus grande suivant l'axe de commutation secondaire que suivant l'axe de commutation primaire-
A la fig.2, est montrée une disposition différente pouvant 'être utilisée pour connecter l'enroulement secondaire de la métadyne avec 1s carcasse de la métadyne à un potentiel intermédiaire aux potentiels des bornes secondaires cette disposition étant particulièrement utile lorsque chaque métadyne ne com- porte qu'un seul enroulanent secondaire- Comme il est montré, les résistances G1, G2, G3 sont connectées respectivement aux bornes de chacune des paires de balais secondaires du collecteur S de chaque machine* Les points médians de ces résistances sont respectivement connectés aux carcasses des métadynes,
comme in- diqué en 5- Une telle disposition réalise une meilleure stabilité de fonction- nement- La résistance aux bornes de chaque métadyne peut être disposée pour ab- sorber à la tension normale, environ 10% du courant secondaire-Elle peut être constituée par exemple de tiges de carbone de silicium ou de matière analogue*
La Fig-3 montre une métadyne et un générateur formant un ensemble conforma à l'invention pouvant être utilisé an combinaison avec d'autres ensem- bles similaires de la marne façon que les unités I, II et III de la Fig.l. La métadyne MD comporte un enroulement primaire relié au collecteur P et un enrou- lement séparé secondaire relié au collecteur S.
Les balais primaires a et c sont connectés aux balais 12 et 13 d'un générateur G de forme spéciale compre- nant un induit 14 excité par un enroulement inducteur shunt 15 et par un enrou- lement d'excitation 16 connecté aux bornes d'une paire de balais auxiliaires 17
<Desc/Clms Page number 9>
et 18 placé sur le collecteur à 90 électriques des balais 12 et 13' L'enrou- lement 16 est excité par le flux transversal engendré par l'induit 14 et l'in- tensité de champ que cet enroulement produit dépend donc du courant primaire
EMI9.1
absorbé par la rpétadyne 11.
Avec la disposition déjà décrite, lteriroulernant de champ 16 peut titre disposé on opposition avec 1'enroulement shunt 15 de manie- re à obtenir un fonctionnement similaire à celui de la disposition montrée à la Fig.1. Cependant, dans la disposition qui vient d'être décrite, cet enrou-
EMI9.2
lement de champ 16 est dispopé en concordance avec l'enroulement 15 de manière à obtenir aux bornes des balais 12 et 13, uns caractéristique externe montante*
EMI9.3
Avec cette disposition, la courant secondaire qui s'écoulera en coui-toireuit entre les balais b et d de la métadyne, sera encore limité en raison de la ré- duction de courant qui se produit alors au primaire de la métadne, entraînant une diminution correspondante de tension primaire en raison de la formemon- tante de la caractéristique du générateur G.
Le générateur G est calculé pour
EMI9.4
se saturer magnétiqueme.11t à partir d'une tension détenulnéa pour limiter le courant absorbé par le circuit primaire, par suite de l'ouverture du circuit secondaire de la métadyne et cette dernière est pourvue d'un enroulement 19 traversé par le courant primaire de manière à engendrer aux bornes des balais
EMI9.5
primaires p. et ± de la métadyne, une tension tendant à s'opposer au courant primaire* En variante, on peut introduire dans le même but une résistance dans le circuit primaire- Avec cette disposition, par suite d'un court-circuit des balais secondaires b et 1 ,le courant secondaire augmentera brusquement jusqu'à
EMI9.6
une valeur ralgtviment grande par rapport à l'intensité nO:
m1ale, par exemple de l'ordre de deux fois la valeur normale, mais il sera immédiatament réduit à une valeur comprise antre la valeur normale et la valeur relativement élevée du courant de court-circuit* Cette réduction du courant est due l'action de la métadyne et,dans la suite,le courant tombera plus lanternent à une valeur proche de la valeur normale. Cette nouvelle réduction est due à la diminution de la tension du générateur résultant da la diminution de courant primaire ab-
EMI9.7
sorbé par la métadyao en raison du oourtcircuit dû à la réduction de tension secondaire* Si la générateur est dispos$ pour être saturé fortement, le courant de oourtoirouit paxmanent paut mne être inférieur au courant normal.
Les Fig-4, 4a et 4b représentent la fonctionnement dans ces conditions* à la Pie-4, dans laquelle les tensions sont portées an ordonnées en fonction du courant
<Desc/Clms Page number 10>
primaire I, la courbe I montre la tension engendrée aux bornes du générateur G, la courbe II montre la force contre-électromotrice développée aux bornes a et -0 de l'enroulement primaire P de la métadyne sous 1'effet de la bobine 19 et la courbe III montre la différence entre ces tensions- Le courant traversant l'en- roulement induit 8 engendre un flux magnétique d'amplitude appropriée qui dé@e- loppe dans l'enroulement P une force électromotrice égale et opposée à cette différence* La Fig.
4a représente la caractéristique correspondante obtenue aux bornes des balais secondaires b et d de la métadyne, le courant secondaire %2 étant porté en ordonnées et les tensions secondaires V2 en abscisses* L'ins- tallation est disposée de manière à fonctionner dans les conditions normales au point $ de cette caractéristique- Comme on la verra, la courant secondaire de courtcircuit SG est inférieur au courant de fonctionnement normal, tandis que la tension secondaire est limitée à OC lorsque le circuit secondaire est ouvert. A la Fig'4b, le courant secondaire 12, le courant primaire Il et la tension primaire Vl sont portés en fonction du temps, en supposant qu'un court- circuit se produit à l'instant t1.
La métadyne peut titre pourvue d'un enroulement série 20 connecté en série avec la circuit secondaire, comme la montre la Fig.3 et disposé pour produire entre les balais b et d une tension s'opposant à la circulation du courant secondaire-
La Fig.5 représente une disposition différente de celle de la fig.3.
Dans cette dihposition, le générateur G est d'un type normal ,c.àd. que le collecteur ne porte qu'une paire de balais- Ce générateur est muni d'un enroulement shunt 15 comme à la Fig'3, mais il présente une caractéristique ex- terne montante grâce à l'enroulement série 21 introduit dans le circuit primai- re et disposé pour renforcer l'action de 1'enroulement shunt dans les condi- tions normales- L'enroulement série 21 est shunté par une résistance 22 pour ne pas affecter la stabilité de fonctionnement du système* Comme à la fig.3, la métadyne est pourvue d'un enroulement 19 connecté en série dans le circuit primaire et disposé pour produire entre les bornes a et .9. une tension opposée à la tension qui lui est appliquée par le générateur G.
Il est prévu également un enroulement 20 agissant comme l'enroulement 20 de la Fig.3. L'enroulement 19 est disposé sur le stator de la métane sur une paire de pôles diamétralement opposés* L'un des pales de cette paire est placé entre les points de l'enrou-
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
-lemmt d'induit qui sont connectés aux balais ± et , tandis que l'autre pale de la paire est placé entre les points des enroulements d'induit qui sont con-
EMI11.2
nectés Aux bdds 9. et j.
L'enroulement 20 est dispos$ sur l'autre paire de pôles, CE! qui entraîna la maximum d'induction mutuelle entre les circuits se- condaire et primaire, de sorte que,lorsque le courant secondaire augmente brus- quement par suite d'un défaut, la courant primaire a Immédiatement tendance à
EMI11.3
s'inverser par effet de transformation entre ces auroulaoeants. En raison de l'enroulement 19, une partie de l'énergie développée dans le circuit secondaire est fournie au rotor de la métadyne par le moteur 10, par l'internédiaire de l'arbre 9.
La disposition montrée présente encore l'avantage que chaque pôle
EMI11.4
statorique de la métadyne exige s aulanent un seul enroulement*
Tour obtenir un fonctionnement stable, la caractéristique de la métadyne pourrait être étudiée pour recouper la caractéristique du dispositif qu'elle alimente et, dans le cas où les conditions de fonctionnement de ce dis- positif sont variables et qua la caractéristique de ce dernier peut prendre par conséquent différentes positions, la caractéristique de la métadyne pourra être disposée pour traverser la zone qui est bordée par les courbes caracté- ristiques représentant les conditions de fonctionnement extrêmes des dispo- sitifs de charge*
EMI11.5
Lorsque la métadyna est pourvue de pales de commutation,
ceux-ci peuvent 'être excités par des enroulements connectés aux bornes du circuit primaire at, lorsque la métadyna est pourvue d'un enroulement variateur pro-
EMI11.6
duisant dans le rotor de la méta.dyne, un champ d'excitation s'opposant au champ dû au courant secondaire, dn peut Brévoir sur la pOle da commutation un enroulement additionnel mis en série avec l'enroulement variateur renfort- çant l'action de l'enroulemant du pale de commutation* ta Jj'igo6 montre cette disposition dans laquelle la pôle de commutation secondaire porte un en, roulement 22 alimenté directement par les conducteurs 23 et 24 qui fournis-
EMI11.7
sant la courant primaire à la 1l1éhdyne,et un enroulement zb connecté en série avec 1'enroulement variateur W et un rhéostat réglable 26 aux bornes,
des con- ducteurs 23 et 24. La réglage du rhéostat 26 permet la régulation de la
EMI11.8
puissance fournie par la métadyne. Dans la cas d'un aorouigment de commuta- tion de haute tension, une telle disposition évita de devoir utiliser un trop grand nombre de spires d'excitation- En effet, si la pôlee de commutation doit
<Desc/Clms Page number 12>
être excité par des enroulements placés en série avec la circuit secondaire de la manière habituelle, l'installation fonctionnant sous haute tension, les courants disponibles sont relativement faibles* Le pale de commutation primaire P peut 'être excité de la manière habituelle par un enroulement sé- rie 27.
La Fig.7 représente trois unités générateurs I, II et III for- mant un empilage vertical, les machines adjacentes étant séparées par des jeux d'éléments isolants 28. L'unité III est représentée schématiquement en coupe- L'arbre disposé verticalement 30 porte l'induit 31 de la métadyne et l'induit 32 d'un générateur qui alimente le circuit primaire de la métadyne-
Les statos de la métadyne et du générateur sont représentés respectivement en 33 et 34- Les arbres, tels que 30, des unités 1, il et III et du moteur 29 sont reliés par des accouplements isolants 35.
Les enroulements secondaires des métadynes sont connectés en série, la machine III ayant la plus haute tension par rapport à la terre* Les jeux d'éléments isolants 28 sont chacun propor- tionnés pour supporter la différence de potentiel entre les bornes de deux machines adjacentes de haute tension et, comme on le verra par cette disposi- tion, l'isolement entre une machine et le sol sera progressivement augmenté de la base au sommet de la tour- Une telle disposition présente l'avantage que les jeux d'éléments isolants 28 sont utilisés de la manière la plus éco- nomique- Pour réduire la différence de potentiel entre les bornes de la machi- ne supérieure @elle que III, de la tour et le sol, l'une des bornes de l'une des machines intermédiaires (telle.que I ou II)
peut être connectée au sol de la manière qui a été déjà suggérée précédemment dans le cas de plusieurs générateurs du type ordinaire placés en série-
Dans le cas où, pour obtenir de très hautes tensions, on est amené à utiliser un très grand nombre de machines, ces dernières peuvent tre disposées en plusieurs tours, la borne de haute tension de la machine qui se trouve au sommet dune des tours étant connectée à la b@@one de basse tension de la machine inférieure de la tour suivante- La Figea montre une telle dis- position utilisant trois piles ou tours séparées, chacune des tours A, B, C comprenant un moteur d'entrainement M et quatre unités métadynes S1, S@, S3 et S4.
Pour la tour A, les isolanents entre les différentes machines peuvent être disposes comme il est montré à la Fig.7. Pour la tour B cependant, l'iso-
<Desc/Clms Page number 13>
lamant entre la machine S1 et le moteur M doit être équivalent à la somme des isolamenta séparant les différentes machines de la première tour plus l'isolement entre la machine inférieure de cette dernière tour par rapport au sol, c.à.d.,dans le cas de la Fig.7, l'isolement entre la moteur 10 et l'unité 1.
Cet isolement est indiqué à. la Fig.8 par N1, N2, N3,4 etN5
Dans le cas de la tour C, l'isolement entre l'unité S1 et le moteur M com- prend les sections N1 ...... N1O, cet isolement étant équivalent à la somme des isolements compris entre la machine S4 et le moteur M de la tour B. pour améliorer la distribution des sollicitations des isolements entre le sol et la machine inférieure de la seconde ou de la dernière tour, est cet isolement/réparti en plusieurs éléments, notamment N1 ........ N5 pour la tour B et N1.....N10 pour la tour C. Comme on l'a indiqué précédemment, le nombre des éléments constituant l'isolement de base d'une tour est égal à la somme des éléments de la tour précédente, plus 1.
On prévoit des sépa- rateurs métalliques gl, g2,g3 et g4 entre les éléments isolants de la tour B et de même, des séparateurs métalliques gl ...... g9 dans la tour C, et ces séparateurs sont connectés de la manière indiquée aux différentes bornes des différentes machines constituant la tour précédente- De cette manière, la différence de potentiel totale entre la machine inférieure de la tour B ou de la tour 0 et la sol, différence de potentiel qui est égale à la somme des différences de potentiel des machines connectées en série avant ce point, est distribuée pratiquement également sur les différentes éléments qui sont ainsi utilisés le plus économiquement possible* Evidemment, on peut utiliser si on le juge désirable, dans las éléments isolants eux-mêmes,
des sépara- teurs métalliques additionnels, non connectés avec les bornes des unités de la tour -précédente*
Dans la disposition montrée à la Fig.7, chaque métadyne est pourvue d'un générateur séparé et disposé sur le même axe qu'elle, fournis- sant l'énergie primaire qui lui est nécessaire- Dans une disposition diffé rente, dans laquelle chaque métadyne est pourvue d'un générateur qui lui est associé,
ce dernier peut être disposé en une pile ou tour séparée dont l'axe est parallèle à l'axe de la pile de métadynes et qui est isolée de la marne manière- Un moteur séparé peut être prévu pour entraîner les excitatrices ou bien ces excitatrices peuvent âtre entrainées par les générateurs par
<Desc/Clms Page number 14>
l'intermédiaire d'ungrenages appropries* La Fig.9 représente en pion une telle disposition, la métadyne étant indiquée par MD, le générateur par G et les arbres respectifspar 36 et 37.
Dans certaine cas, les excitatrices peuvent être entraînées à une vitesse différente de la vitesse des métadynes et elles peuvent être entraînées en sens inversa du sens de rotation des gé- nérateurs ,comme il est indiqué par les flècher de la Fig.9. ae qui fait que la réaction du couple sur les isolateurs de support des machines est propor- tionnelle à la différence, au lieu de la somme, des couples sur les arbres
36 et 37. Dans la construction représentée par la Fig.9, les carcasses de chaque métadyne MD et de son générateur associé G sont insérées entre.
des plaques de renfort 38, les éléments d'isolateurs 28 étant placés entre les plaques de renfort de deux machines adjacentes- Lorsque les générateurs sont entraînés par un moteur différent du moteur entraînant les métadynes, on peut prévoir des moyens pour faire varier la vitesse des générateurs par rapport aux vitesses des métadynes de manière à pouvoir contrôler aisément la tension et la puissance fournies par l'ensemble des générateurs*
Dans la disposition représentée à la Fig.8, les vitesses des machines constituant les différentes tours, a,b, c, peuvent être égales ou différentes suivant ce qu'on désire-
On comprendra que, dans certains cas, l'unité inférieure telle que l'unité 1 de la Fig.7, peut être supportée directement par le moteur 10 ou par la terre , c.à.d.
sans interpposition de l'ensemble d'éléments isolants 28 montrés à la Fig.7. On comprendra que les unités génératrices ne doivent pas nécessairement être disposées avec leurs axes verticaux cornue aux Fig.7 et 8, mais que leurs axes peuvent titre disposés horizontalement et peuvent être mécaniquement couplés avec les dispositifs moteurs au moyen de courroie ou d'arbres verticaux et d'engrenages coniques par exemple-
On peut employer une disposition en gradin analogue à celle de la Fig.8 dans les installations comprenant plusieurs unités génératrices lore- que cellesci ne sont pas disposées conme le montrant les Fig.7 et 8, mais où chaque unité est supportés séparément et isolée par rapport à la terre par des isolements individuels* Ainsi,
l'isolement supportant chaque unité peut être réparti en un certain nombre d'éléments séparés par des séparateurs mé- talliques connectés électriquement aux bornes des unités génératrices à ten-
<Desc/Clms Page number 15>
sions plus basses de maniera à déterminer la distribution de potentiels le
EMI15.1
long de lticalazent de la mne manière que dans la disposition représentés à la 9ig.8." -;- RES S U M E -:- .w ;.r w w .y w =., Installation électrique cOlJ1prenant les dispositions suivantes pouvant être considérées soit séparément, soit en combinaison : un dispositif de haute tension continue dans lequel peuvent se produire,
EMI15.2
au cours du fonctionnement, des oeurtaireulte ou des variations brusques de la charge;
une machine métadyne comportant au moins deux enroulements d'induit con- nectés à leur collecteur respectif, les balais d'un des collecteurs étant connectés au dispositif de charge; las moyens de connecter les balais correspondant aux autres.collecteur
EMI15.3
et enraulanant avec une source de courant continu de tension basse; une génératrice, appelée S1!.1.8'U1" primaire, couplée mécaniquement à la dite mêtadyne; les moyens de connecter les balais du générateur primaire aux balais po- sant sur un des collecteurs de la métadyne transformatrice ou génératrice; les moyens d'entraîner la métadyne, ou la métadyne et la génératrice pri- maire formant un ensemble, par un moteur primaire approprié;
EMI15.4
la disposition de ou des excitations du générateur primaire pour que la tension qu'il engendre varie d'une matière détenlinée en fonction des varia- tions du courant qu'il fournit à la mêtadyne; les moyens pour limiter le courant débité par la métadyne en cas de court- circuit de la charge; les moyens pour limiter le courant fourni par le générateur à la métadyne; les moyens d'associer'les unités ainsi constituée soit en séria, soit en série avec des dynamo-génératrices qui ne sont pas des métadynes; les moyens d'isoler les unités entre elles et par rapport à la terre de manière à utiliser la matière isolante le plus économiquement possible;
les moyens do contrôler la distribution du potentiel le long des disposi-
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENTS TO HIGH VOLTAGE ELECTRICAL INSTALLATIONS.
The present invention relates to electrical installations in which high voltage electrical energy is sent to a load device which, during operation, can cause short% loir-cuite or abrupt variations in the load. For example, such charging devices may consist of thermionic discharge tubes, the anode circuit of which is supplied at high voltage and, in particular, such removable discharge tubas with continuous emptying in which it can.
Its produce defects such as discharges and arcs in the residual gases. The invention is also suitable for supplying these high voltage discharge tubes during the forming process, i.e. the period preliminary emptying and degassing which is necessary before these devices can operate
<Desc / Clms Page number 2>
normally satisfactorily. The invention is also applicable to the precipitation of dust or other solid particles contained in the atmosphere according to the known method according to which two electrodes placed in the atmosphere at a certain distance from each other are subjected to a high potential difference *
An electrical installation according to the invention comprises,
in combination, a direct current charging device operating at high voltage, for example about 5,000 volts, in which, during operation, short circuits or sudden variations in the load may occur, a transformer or generator at metadyne having at least two armature windings connected to their respective collector, one of the windings and its collector, called respectively primary winding and collector, 'both connected to said charging device by means of brushes called primary brushes , and the means for connecting the other winding and its collector, called the secondary winding and collector respectively, by means of brushes called secondary brushes, with a low voltage direct current source, in particular of the order of a few hundred volts.
A metadyne is a rotating machine built to transform direct current of constant voltage and variable intensity into a practically constant current under variable voltage or else into a current varying according to a certain law determined as a function of the voltage. - such includes under its simplest turn a rotor provided with windings and a collector similar to the armature of a direct current dynamo-electric machine * Usually, the collector carries two pairs of brushes, the primary current entering and leaving through the first pair of brushes and the secondary current flowing through the other pair - The rotor is driven at constant speed - by an external motor,
or alternatively other means are provided whereby the total power supplied to the metadyne is automatically adjusted so as to be equal to the sum of the output power of the metadyne and the losses in the machine at the particular desired speed of so as to keep the armature rotating at this speed * The primary current flowing through the rotor windings generates a primary flux with a fixed direction - This flux, intersected by the conductors,
generates an electric force
<Desc / Clms Page number 3>
-tro-motor in these * The secondary can deliver a constant current under variable voltage * The stator intervenes to provide magnetic return circuits of low reluctance for the fluxes which are generated by the rotor currents and this stator may include windings generating magnetic fluxes which combine with the magnetic fluxes generated by the primary and secondary currents flowing in the rotor to control the electromechanical operation of the machine * The description of the general construction and operation of metadyn machines will be found in an article entitled "Sketch on the metadyne" by JMPESTARINI in the AIM Scientific Bulletin -N 4-;
April 1931 from the Association of Electrical Engineers, published by the Institut Electrotechnique Montéfiore in Liège.
With the arrangement according to the present invention, in the event of a fault such as initiation of an arc, the secondary current tends to increase, but due to the particular characteristics of the metadyna this increase will stop. very quickly and over time, the secondary voltage will decrease very rapidly until the fault disappears. Immediately thereafter, this secondary expansion will increase again and, if the fault is temporary, normal operating conditions are reestablished. very quickly*
In the arrangement according to the invention, the low voltage source can provide a practically constant voltage and,
in order to limit the primary current when the secondary circuit is open, a resistor can be introduced in the primary circuit or the metadyne can be provided with an inductor winding connected in series with the primary brushes and the low voltage source , and arranged to produce at the terminals of said brushes an electromotive force opposite to the primary current. The low voltage source may consist of a generator which will be referred to below as a "primary generator" mechanically coupled to the metadyne.
The primary generator and the metadyne are driven by an electric motor or other device in order to be able to adjust the speed so as to control the power supplied by the metadyne. According to another form of the invention, an electrical installation intended for supplying electric power of high continuous voltage, a charging device in which short-circuits or sudden variations in charge may occur during operation, comprises a
<Desc / Clms Page number 4>
a transformer with the metadyne generator, a primary generator as described above, and an excitation device for said primary generator,
allowing to vary the voltage generated by the primary generator in accordance with the variations of the current that the latter supplies to the metadyne - When the conditions are such that the primary voltage falls when the primary current increases, the primary voltage decreases when the secondary circuit is open, which limits the primary current - On the other hand, the voltage of the primary generator can 'be caused to drop when the current - primary decreases so as to limit the secondary current before the action of the metadyne in the event of a short circuit secondary - In this case, to limit the primary current resulting from the opening of the secondary circuit,
the generator
EMI4.1
primary is arranged to saturate magnetically so as to sufficiently limit the primary voltage, one can employ, as described more .., top, means comprising a resistor in the primary circuit or an additional winding on the metadySLe * Such an arrangement is especially useful when it is desired to obtain, in the case of the cour4airanit, a lower secondary current or normal secondary current.
The metadyne transformer or generator can be connected in series with a generator which is not a metadyne, so as to obtain the desired high voltage, the other generator supplying approximately half of the total voltage generated * Such an arrangement will achieve the desired regulation of the charging current, in particular the charging current will be limited by
EMI4.2
Yes, since in this condition the metadyne is able to develop a reverse voltage rather than leaving the ar0ittemonal current.
Several generators can be provided, the output terminals of which are connected in series with one another so as to achieve the desired voltage.
EMI4.3
Said generators can all comprise metadyne generators or transformers or else metadynas and generators which are not metadynas, the metadyne supplying at least approximately half of the total voltage generated * In the latter case,
the metadynas are preferably connected in the series circuit alternately with the other generators-
The arrangements of machines in which several direct current machines, for example, are electrically connected, are well known.
<Desc / Clms Page number 5>
in series so that the different voltages of the machines are added, the machines being isolated from each other and from the driving and mechanical machines -
EMI5.1
ment coupled by back insulating couplings * With such provisions,
it is necessary that the insulation between each machine and the earth be progressed
EMI5.2
significantly increased when the potential difference between the terminals of a machine and the earth increases so that the stresses of the insulation between the windings and the casing of each machine remain constant * The insulation between the earth and the last machine of the series where the maximum potential difference occurs must therefore be very large -
EMI5.3
According to another form of the invention, where a plurality of generator units are employed having their output terminals connected in series, these generator units may or may not be UeS values. These generator units are supported by one by one. other by the intermediary of insulating elements,
so as to form a tower-shaped stack, their axes preferably being arranged vertically, the machine having the greatest potential difference with respect to the earth being placed under the tower and the shafts of each machine being connected l 'with each other by insulating couplings. The invention also includes the arrangements cited. above, in which the machines are arranged in two or more piles or towers, the machines of the different towers being connected in series with each other * The invention provides special arrangements for graduating the
EMI5.4
between the different machines and between the machines and the ground.
The invention will be better understood by referring to the following description as well as to the appended drawings, given simply by way of example, and in which
EMI5.5
Fig3 is a diagram showing the electrical circuits of an arrangement of the devices comprising three generator units according to the invention *
EMI5.6
Fig * 2 is a diagram of an arrangement different from the apparatus shown in Fig1. Fig 3 is a diagram of an arrangement of a metadyne and a generator in accordance with the invention. 4, I and ab are curves showing the fundation nanrorit of the arrangement of the'Fig-Uo The Fiv. 5 is a diagram similar to that of Fig.S, of another.
<Desc / Clms Page number 6>
arrangement according to the invention *
Fig. 6 is an electrical connection diagram showing a metadyne with interpolar spaces excited in accordance with an arrangement of the invention.
Fig. 7 is a more or less schematic partial sectional elevation showing the construction of a set of several metadynes arranged vertically in accordance with the invention *
Fig. 8 is a schematic side elevation of a set of several metadyne stacks or towers comprising the graduated arrangement described above, and
Fig.9 is a plan view schematically showing a modification of the arrangements of Fig.7.
Returning to fig. 1. the charging device which can be constituted by the anode circuit of a thermionic discharge device is indicated in 1. It is connected to the generating machine by conductors 2 and 3.
Each closed three metadyne units I, They III comprises a metadyne comprising two secondary induced windings, giving for example 15,000 Volts- ,, each, connected to the respective collectors indicated by S1 and S2 and a primary induced winding which can be of low tession, for example 110 Volts., connected to a P.
The direct current generator 4 comprising an armature E supplies the electrical energy to the brushes placed on the primary collector P of the metadyne which is associated with it * Each secondary collector is provided with a pair of secondary brushes and, as is shown, the secondary brush pairs of each of the metadas are connected in series with each other and with the secondary brushes of the other metadas through conductors 2 and 3.
It follows that the voltage across these conductors is the sum of the voltages generated in the six secondary windings of the three metadynes. The two brushes of each metadyne which are connected together are also connected to the carcass of said metadyne as indicated in 5, so that the carcass is at a potential intermediate to the potentials of the secondary terminals of each metadyne, while that each of the primary circuits of each unit is connected with the casing of each machine,
as indicated in 6 *
Each generator 4 is provided with a shunt inductor winding
<Desc / Clms Page number 7>
7 and a series 8 winding antagonists so as to obtain a falling external characteristic at the secondary terminals of the metadyne. This falling characteristic can still be obtained by replacing the series 8 windings by resistors R, indicated in dotted lines, inserted in the respective primary circuits - The armatures of the various metadynes and generators are mounted on a common axis indicated by the broken lines 9.
The shafts of the different machines are provided with insulating couplings (not shown) placed
Between units I, II and III, the resulting shaft being coupled with an electric motor 10 shown as a three-phase motor supplied by the conduits II. It is obvious that one can employ, in replacement of the electric motor. pole 10, a motor of any type *
In the operation of the devices described above, the following results are obtained, practically automatically.
The current in the secondary circuit cannot increase above a relatively small limit, for example 10-205 of the normal current and this increase can only occur for a very short time. The metadyne can be, if desired, calculated so that if an arc occurs in device I, between conductors 2 and 3, the secondary voltage of the metadyne is reversed until the arc is extinguished , so that the arc suppression can be done very quickly 'Crazy strokes between the high voltage brushes, i.e.
the secondary brushes S1 and S2 laying on the collector, have less chance of producing it than in an ordinary dynamo-electric machine because the current can only vary within small limits, as indicated above - In addition, the metadyne presents also the property that the fires between secondary brushes are infrequent.
Faults in load device 1, which have the effect of short-circuiting conductors 8 and 3, will not affect the machine and opening the secondary circuit will only increase the primary current to a value limited by the effect of the generator's series 8 excitation rollbacks, when these windings exist - If desired, the desired characteristic of the metadyne can be obtained using a series winding introduced into the primary circuit low voltage and replacing or assisting the series 8 winding, so as to develop in the rotor of the metadne,
an electromotive force which opposes the voltage applied to the primary brushes *
<Desc / Clms Page number 8>
As the primary and secondary circuits each having their own collector, the primary voltage can be given any desired value lower than the secondary voltage, so that the generators 4 are built for low voltage, for example 110 V.
To reduce the dimensions of the generator 4 and of the primary winding of the rotor of the metadyne, the metadyne can be provided with field windings generating a flow in the same direction as the flow due to the primary current passing through the armature of the metadyne, from so that part of the power obtained at the secondary terminals of the metadyne will be transmitted mechanically from the shaft 9 of the motor 10 to the armature of the metadyne. On the other hand, and for the same purpose, the metadyne can be provided with a magnetic circuit having a greater reluctance for the secondary flux than for the primary flux, which can be obtained by providing an elliptical tonna air gap. ,
the length of this gap being greater along the secondary switching axis than along the primary switching axis.
In fig. 2, a different arrangement is shown which can be used to connect the secondary winding of the metadyne with the carcass of the metadyne at an intermediate potential at the potentials of the secondary terminals, this arrangement being particularly useful when each metadyne does not com- carries only one secondary winding - As it is shown, the resistors G1, G2, G3 are respectively connected to the terminals of each of the pairs of secondary brushes of the collector S of each machine * The midpoints of these resistors are respectively connected to the carcasses metadynes,
as indicated in 5- Such an arrangement achieves better stability of operation- The resistance at the terminals of each metadyne can be arranged to absorb at normal voltage, approximately 10% of the secondary current-It can be constituted by example of carbon rods of silicon or similar material *
Fig-3 shows a metadyne and a generator forming an assembly according to the invention which can be used in combination with other similar assemblies of the marl such that units I, II and III of Fig.l. The MD metadyne has a primary winding connected to the collector P and a separate secondary winding connected to the collector S.
The primary brushes a and c are connected to the brushes 12 and 13 of a generator G of special shape comprising an armature 14 excited by a shunt field winding 15 and by an excitation winding 16 connected to the terminals of a pair of auxiliary brushes 17
<Desc / Clms Page number 9>
and 18 placed on the 90 electric collector of brushes 12 and 13 'Winding 16 is excited by the transverse flux generated by armature 14 and the field strength that this winding produces therefore depends on the primary current
EMI9.1
absorbed by rpetadyne 11.
With the arrangement already described, the field wrapper 16 can be arranged or opposed to the shunt winding 15 so as to obtain an operation similar to that of the arrangement shown in Fig.1. However, in the arrangement which has just been described, this winding
EMI9.2
Field element 16 is arranged in correspondence with the winding 15 so as to obtain at the terminals of the brushes 12 and 13, a rising external characteristic *
EMI9.3
With this arrangement, the secondary current which will flow in coui-toireuit between the brushes b and d of the metadyne, will be further limited due to the reduction in current which then occurs at the primary of the metadyne, resulting in a decrease corresponding primary voltage due to the component characteristic of generator G.
The generator G is calculated for
EMI9.4
to saturate magnetically from a voltage released to limit the current absorbed by the primary circuit, following the opening of the secondary circuit of the metadyne and the latter is provided with a winding 19 through which the primary current of so as to generate across the brushes
EMI9.5
primary p. and ± of the metadyne, a voltage tending to oppose the primary current * Alternatively, a resistor can be introduced for the same purpose in the primary circuit - With this arrangement, following a short-circuit of the secondary brushes b and 1, the secondary current will suddenly increase up to
EMI9.6
a relatively large value compared to the intensity nO:
m1ale, for example of the order of twice the normal value, but it will be immediately reduced to a value between the normal value and the relatively high value of the short-circuit current * This reduction of the current is due to the action of metadyne and, thereafter, the current will drop more lanternally to a value close to the normal value. This further reduction is due to the decrease in generator voltage resulting from the decrease in primary current ab-
EMI9.7
sorbed by the metadyao due to the short circuit due to the secondary voltage reduction * If the generator is set to be heavily saturated, the oror current may not be lower than the normal current.
Figs-4, 4a and 4b represent the operation under these conditions * at Pie-4, in which the voltages are brought to an order according to the current
<Desc / Clms Page number 10>
primary I, curve I shows the voltage generated at the terminals of generator G, curve II shows the counter-electromotive force developed at terminals a and -0 of the primary winding P of the metadyne under the effect of coil 19 and curve III shows the difference between these voltages. The current flowing through the induced winding 8 generates a magnetic flux of appropriate amplitude which develops in the winding P an electromotive force equal and opposite to this difference * The Fig.
4a represents the corresponding characteristic obtained at the terminals of the secondary brushes b and d of the metadyne, the secondary current% 2 being plotted on the ordinate and the secondary voltages V2 on the abscissa * The installation is arranged so as to operate under normal conditions at point $ of this characteristic- As will be seen, the secondary short circuit current SG is lower than the normal operating current, while the secondary voltage is limited to OC when the secondary circuit is open. In Fig'4b, the secondary current 12, the primary current Il and the primary voltage Vl are plotted as a function of time, assuming that a short circuit occurs at the instant t1.
The metadyne can be provided with a series winding 20 connected in series with the secondary circuit, as shown in Fig. 3 and arranged to produce between the brushes b and d a voltage opposing the flow of the secondary current.
Fig.5 shows a different arrangement from that of Fig.3.
In this arrangement, the generator G is of a normal type, ie. that the collector only carries a pair of brushes. This generator is provided with a shunt winding 15 as in Fig'3, but it has an external rising characteristic thanks to the series winding 21 introduced into the primary circuit. - re and arranged to reinforce the action of the shunt winding under normal conditions - The series winding 21 is shunted by a resistor 22 so as not to affect the operating stability of the system * As in fig. 3, the metadyne is provided with a winding 19 connected in series in the primary circuit and arranged to produce between the terminals a and .9. a voltage opposite to the voltage applied to it by generator G.
There is also provided a winding 20 acting like the winding 20 of Fig.3. The winding 19 is arranged on the stator of the metane on a pair of diametrically opposed poles * One of the blades of this pair is placed between the points of the winding
<Desc / Clms Page number 11>
EMI11.1
-lemmt armature which are connected to brushes ± and, while the other blade of the pair is placed between the points of the armature windings which are con-
EMI11.2
nected To bdds 9. and j.
Winding 20 is arranged on the other pair of poles, CE! which resulted in the maximum mutual induction between the secondary and primary circuits, so that when the secondary current increases sharply as a result of a fault, the primary current immediately tends to
EMI11.3
to be reversed by effect of transformation between these auroulaoeants. Due to the winding 19, part of the energy developed in the secondary circuit is supplied to the metadyne rotor by the motor 10, via the shaft 9.
The arrangement shown still has the advantage that each pole
EMI11.4
metadyne stator requires a single winding *
In order to obtain a stable operation, the characteristic of the metadyne could be studied to match the characteristic of the device which it supplies and, in the case where the operating conditions of this device are variable and the characteristic of the latter may take consequently different positions, the characteristic of the metadyne can be arranged to cross the zone which is bordered by the characteristic curves representing the extreme operating conditions of the charging devices *
EMI11.5
When the metadyna is provided with switching blades,
these can 'be excited by windings connected to the terminals of the primary circuit at, when the metadyna is provided with a pro variable winding.
EMI11.6
In the meta.dyne rotor, providing an excitation field opposing the field due to the secondary current, an additional winding can be shortened on the switching pole in series with the inverter winding reinforcing the action. of the winding of the switching blade * ta Jj'igo6 shows this arrangement in which the secondary switching pole carries a bearing 22 supplied directly by the conductors 23 and 24 which provide
EMI11.7
With the primary current to the ethylene, and a winding zb connected in series with the inverter winding W and an adjustable rheostat 26 at the terminals,
conductors 23 and 24. The adjustment of the rheostat 26 allows the regulation of the
EMI11.8
power supplied by the metadyne. In the case of a high voltage switching aorouigment, such an arrangement avoided having to use too many excitation turns. Indeed, if the switching pole must
<Desc / Clms Page number 12>
be excited by windings placed in series with the secondary circuit in the usual way, the installation operating at high voltage, the currents available are relatively low * The primary switching blade P can be excited in the usual way by a separate winding - laughs 27.
Fig. 7 shows three generator units I, II and III forming a vertical stack, the adjacent machines being separated by sets of insulating elements 28. Unit III is shown schematically in section. The shaft arranged vertically 30 carries the armature 31 of the metadyne and the armature 32 of a generator which supplies the primary circuit of the metadyne-
The statos of the metadyne and of the generator are represented respectively at 33 and 34. The shafts, such as 30, of units 1, II and III and of the motor 29 are connected by insulating couplings 35.
The secondary windings of the metadynes are connected in series, with machine III having the highest voltage with respect to earth * The sets of insulating elements 28 are each proportioned to withstand the potential difference between the terminals of two adjacent machines of high voltage and, as will be seen by this arrangement, the isolation between a machine and the ground will be progressively increased from the base to the top of the tower. Such an arrangement has the advantage that the sets of insulating elements 28 are used in the most economical way - To reduce the potential difference between the terminals of the upper machine @ such as III, of the tower and the ground, one of the terminals of one of the intermediate machines (such as I or II)
can be connected to the ground in the way which has already been suggested above in the case of several generators of the ordinary type placed in series -
In the case where, in order to obtain very high voltages, it is necessary to use a very large number of machines, the latter can be arranged in several turns, the high voltage terminal of the machine which is located at the top of one of the towers being connected to the low voltage b @@ one of the lower machine of the next tower - Figea shows such an arrangement using three separate stacks or towers, each of towers A, B, C including a drive motor M and four metadyne units S1, S @, S3 and S4.
For tower A, the insulants between the different machines can be arranged as shown in Fig. 7. For tower B, however, the iso-
<Desc / Clms Page number 13>
lamant between machine S1 and motor M must be equivalent to the sum of the isolamenta separating the different machines of the first tower plus the isolation between the lower machine of this last tower in relation to the ground, i.e., in in the case of Fig. 7, the insulation between motor 10 and unit 1.
This isolation is indicated at. Fig. 8 by N1, N2, N3,4 andN5
In the case of tower C, the insulation between unit S1 and motor M includes sections N1 ...... N1O, this insulation being equivalent to the sum of the insulation between machine S4 and motor M of tower B. to improve the distribution of the stresses of the insulations between the ground and the lower machine of the second or of the last tower, is this isolation / distributed in several elements, in particular N1 ........ N5 for tower B and N1 ..... N10 for tower C. As indicated previously, the number of elements constituting the basic insulation of a tower is equal to the sum of the elements of the tower previous, plus 1.
Metal separators gl, g2, g3 and g4 are provided between the insulating elements of tower B and likewise, metal separators gl ...... g9 in tower C, and these separators are connected in the same way indicated at the different terminals of the different machines constituting the previous tower - In this way, the total potential difference between the lower machine of tower B or of tower 0 and the ground, potential difference which is equal to the sum of the differences of potential of the machines connected in series before this point, is distributed practically evenly on the different elements which are thus used as economically as possible * Obviously, one can use if it is considered desirable, in the insulating elements themselves,
additional metal separators, not connected with the terminals of the units of the previous tower *
In the arrangement shown in Fig. 7, each metadyne is provided with a separate generator and disposed on the same axis as it, supplying the primary energy which is necessary for it. In a different arrangement, in which each metadyne is provided with a generator associated with it,
the latter can be arranged in a separate stack or tower whose axis is parallel to the axis of the metadyne stack and which is isolated from the marl manner. A separate motor can be provided to drive the exciters or else these exciters can hearth driven by generators by
<Desc / Clms Page number 14>
the intermediary of an appropriate gears * Fig. 9 represents such an arrangement in pion, the metadyne being indicated by MD, the generator by G and the respective shafts by 36 and 37.
In some cases, the exciters can be driven at a speed different from the speed of the metadynes and they can be driven in the opposite direction to the direction of rotation of the generators, as indicated by the arrows in Fig. 9. ae which causes the torque reaction on the machine support insulators to be proportional to the difference, instead of the sum, of the torques on the shafts
36 and 37. In the construction shown in Fig.9, the carcasses of each metadyne MD and its associated generator G are inserted between.
reinforcing plates 38, the insulator elements 28 being placed between the reinforcing plates of two adjacent machines. When the generators are driven by a motor different from the motor driving the metadynes, means can be provided for varying the speed of the generators in relation to the speeds of the metadynes so as to be able to easily control the voltage and power supplied by all the generators *
In the arrangement shown in Fig. 8, the speeds of the machines constituting the different revolutions, a, b, c, can be equal or different depending on what is desired-
It will be understood that in some cases the lower unit such as the unit 1 of Fig. 7 can be supported directly by the motor 10 or by the earth, i.e.
without interposition of the set of insulating elements 28 shown in Fig.7. It will be understood that the generator units do not necessarily have to be arranged with their vertical axes retorted in Figs. 7 and 8, but that their axes can be arranged horizontally and can be mechanically coupled with the driving devices by means of belts or vertical shafts. and bevel gears for example-
A stepped arrangement similar to that of Fig. 8 can be used in installations comprising several generator units where these are not arranged as shown in Figs. 7 and 8, but where each unit is supported separately and isolated by compared to the earth by individual isolation * Thus,
the insulation supporting each unit can be divided into a number of elements separated by metal separators electrically connected to the terminals of the voltage generator units.
<Desc / Clms Page number 15>
lower sions to determine the distribution of potentials
EMI15.1
lengthwise in the same way as in the arrangement shown in 9ig.8. "-; - RES SUME -: - .w; .rww .yw =., Electrical installation including the following provisions which can be considered either separately or in combination: a DC high voltage device in which can occur,
EMI15.2
during operation, swings or sudden changes in load;
a metadyne machine comprising at least two armature windings connected to their respective collector, the brushes of one of the collectors being connected to the load device; the means of connecting the brushes corresponding to the others.
EMI15.3
and hydraulically with a low voltage direct current source; a generator, called primary S1! .1.8'U1 ", mechanically coupled to the said metadyne; the means of connecting the brushes of the primary generator to the brushes placed on one of the collectors of the transformer or generator metadyne; the means of driving the metadyne, or the metadyne and the primary generator forming an assembly, by an appropriate primary motor;
EMI15.4
the arrangement of the excitation (s) of the primary generator so that the voltage which it generates varies from a determined material as a function of the variations of the current which it supplies to the metadyne; the means for limiting the current delivered by the metadyne in the event of a short circuit of the load; the means for limiting the current supplied by the generator to the metadyne; the means of associating the units thus constituted either in series or in series with dynamo-generators which are not metadynes; the means of insulating the units from each other and from the earth so as to use the insulating material as economically as possible;
the means of controlling the distribution of potential along the devices
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.