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"DISPOSITIF DE REGLAGE AUTOMATIQUE APPLICABLE A DES MACHINES
TOURNANTES A COURANT CONTINU*'
L'invention décrite ci-après a pour but d'obtenir une loi quelconque de variation, soit de la tension continue en fonction de la charge, soit du courant continu en fonction de la puissance continue débitée, ou en fonction du courant débité par des machines quelconques (machines tournantes ou redresseurs) couplées en parallèle avec la machine considérée.
Avant d'entrer dans le détail de l'invention, il con- vient d'indiquer qu'elle est basée sur l'emploi d'une excita - trice à trois enroulements d'excitation, entraînée à vitesse constante. L'un de ces enroulements est shunt, il est réglé de
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telle façon que sa droite de résistance d'od, fig.1 des dessins ci- , annexés, se confonde avec la partie droite A' 0 A de la caractéris - tique e = f (ni), e étant la tension de l'excitatrice, (ni) les am - pères-tours résultants d'excitation.
Le principe de fonctionnement d'une telle excitatrice est rappelé ci-après.
La fig. 2 représente une excitatrice E entraînée à vitesse constante par un moteur approprié non représenté sur la figure. Cet- te excitatrice alimente un circuit extérieur C qui est supposé quel- conque pour l'instant.
Soient l'enroulement shunt de l'excitatrice E, b et ± deux enroulements d'excitation quelconques mais cependant assujet- tis à la condition que leurs ampères-tours soient en opposition.
On désigne par ib le courant dans l'enroulement b, si nb est le nombre de spires de b, les ampères-tours sont représentés par (nb ib). De même ic représente le courant dans l'enroulement ± et nc le nombre de spires de c, de sorte que les ampères-tours de c seront représentés par (ne ic).
On suppose qu'on réalise la condition (1) (nb ib) - (nc ic). Par suite du réglage de l'excitation shunt et de l'opposition des ampères-tours (nb ib) et (ne ic), comme indiqué ci-dessus, la tension e que peut fournir l'excitatrice E est indéterminée. En effet soit l'équation générale na ia + nb ib + 1 ne ici... AT résultants, établie en valeurs absolues. Par suite de l'égalité (1) on voit que le point de fonctionnement de E peut être situé en un endroit quelconque de la droite A' 0 A (fig. 1), et celà quelle que soit la valeur absolue de (nb ib) ou de (ne ic).
On suppose qu'à un instant donné ce point de fonctionne - ment se trouve en F (fig. 3) et que pour une raison quelconque (n ic) devienne différent de (nb ib), ic prenant la valeur i'c, et soit par exemple nb ib> nci'c.
On pose ¯ (ni) - (nb ib) - (ne i'c). La tension e va at- teindre le point D.
On suppose maintenant qu'il existe des liaisons électri-
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ques entre le circuit u et l'enroulement c telles qu'a un accroissement positif A e de la tension de l'excitatrice E, corresponde sans retard un accroissement positif (¯ic), de ic.
Dans ces conditions la tension e n'atteindra pas le point D car l'égalité (1) sera de nouveau rétablie lors- que la tension e sera parvenue en G par exemple, G étant en- core situé sur la partie droite A' 0 A de la caractéristique de l'excitatrice E. Il est bien entendu que la variation pos- sible de e comprise entre A' et A doit suffire au réglage com- plet du courant ic- ceci n'est qu'une condition de dimension- nement de machine.
On peut remarquer, par ailleurs, que dans les con- ditions où l'on s'est placé, le point G est bien déterminé.
En effet, si e se fixait en un autre point G' voisin de G, il en résulterait un courant i"c > ic, la condition (1) ne se- rait plus remplie. Suivant le même processus exposé ci-dessus, la, tension e tendrait à venir en G, seul point pour lequel l'équilibre est possible.
On peut maintenant appliquer le principe de l'exci- tatrice à trois enroulements à une première disposition de l'invention représentée schématiquement par la fig. 4. Cette disposition permet de maintenir constante la tension continue U d'un groupe tournant à courant continu lorsque le courant continu I débité par le groupe varie.
Soient : T : une machine tournante à oourant continu qui peut être par exemple la génératrice d'un groupe convertisseur ou une com- mutatrice débitant sur une ligne L.
M : l'induit de cette machine.
P : l'enroulement d'excitation de la machine T.
E : l'excitatrice à trois enroulements : a, b et c.
S : une excitatrice pilote ayant un enroulement d'excitation d.
Les deux machines E et S sont entraînées à vitesse constante par un moteur approprié non représenté sur la figure 4
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L'enroulement shunt est réglé comme il a déjà été dit.
L'enroulement b est parcouru par un courant constant pour un réglage donné, réglable au moyen du rhéostat de champ rh de l'excitatrice S.
L'enroulement .0 est alimenté par la tension continue prise aux bornes de la machine tournante T.
L'excitatrice E est connectée en série avec l'enroule - ment d'excitation P.
La caractéristique naturelle tension-courant de la ma - chine T supposée sans excitatrice est représentée fig. 5.
Si Uv est la tension à vide, en charge pour le courant Ic la tension ne sera plus que Uc.
Dans le cas considéré le rôle de l'excitatrice E est de fournir automatiquement les ampères-tours nécessaires pour compen- ser la chute de tension, lorsque la charge varie.
On règle la valeur du courant ib de telle façon que pour une tension correspondant à Uv l'égalité (1) nb ib - nc ic soit satisfaite.
Si I = 0 la tension de l'excitatrice E doit être nulle.
En effet si celle-ci était différente de zéro, on n'aurait plus égalité entre nb ib et nc icet comme on l'a vu précédemment il s'en suivrait une correction correspondante.
Si' on donne une certaine charge au groupe T, la tension U va tendre à diminuer suivant sa caractéristique naturelle, et par suite le courant ic va tendre à diminuer, il en résultera une variation de e provoquant un accroissement du courant d'excita - tion de M, ce qui provoquera un accroissement de la tension U jusqu'à ce que l'égalité ncic- nb ib soit rétablie, ce qui cor- respond à la tension Uv.
Si on modifie la valeur de ib, par réglage du rhéostat rh,la tension continue U sera encore maintenue constante quelle que soit la charge, mais elle prendra une valeur U'v différente de Uv. On voit donc que la valeur de U reste constante pour une charge variable et ne dépend que de la valeur donnée à ib laquelle
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est maintenue constante pour un réglage donné.
Dans'le cas d'une commutatrice, il est à remarquer que la tension U devient indépendante des variations de la tension alternative d'alimentation du transformateur. L'hypercompoundage ou l'hypocompoundage de la tension U en fonction du courant I, peuvent être obtenus avec un montage analogue à celui de la fig.
4. Il suffit en effet de provoquer l'augmentation ou la diminu - tion de ib lorsque I croit. Ceci est facilement réalisable, par exemple en disposant un enroulement d'excitation supplémentaire sur la machine S, parcouru par un courant proportionnel à I. Les ampères-tours de cet enroulement sont magnétisants dans le cas de l'hypercompoundage ou démagnétisants dans le cas de l'hypocom- poundage. Le degré d'hypercompoundage ou 'd'hypocompoundage est réglable par variation de la proportion des-ampères-tours de la machine S. Un simple inverseur permet donc de passer de l'hyper...
Eompoundage à. l'hypocompoundage.
Tout autre moyen provoquant une variation de ib en fonc- tion de I (résistances, excitatrice, etc...) peut être utilisé dans le même but.
On peut envisager une autre application. Au lieu de maintenir la tension U constante, on peut se proposer de maintenir le courant constant lorsque la puissance débitée varie. Dans ce cas au lieu de placer l'enroulement caux bornes de la machine tournante T on le fait parcourir par un courant égal ou propor- tionnel à I (voir la fig. 6).
L désignant le réseau continu sur lequel débite la ma- chine tournante T, si le courant ib fourni par l'exoitatrice S est constant, le courant I de la machine tournante T sera mainte- nu constant et la tension e de l'excitatrice E variera en grandeur et en signe pour faire varier la tension U de la machine T suivant la puissance demandée.
Pour modifier la valeur de I, il suffit- de modifier la valeur de ib.
La combinaison des deux dispositifs précédents permet
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d'envisager la marche en parallèle de deux ou plusieurs machines tournantes, ainsi qu'une répartition quelconque des charges entre ces appareils et quelles que soient les caractéristiques en char- ge de ces machines (hypercompound ou hypocompound).
La fig. 7 représente deux groupes quelconques marchant en parallèle. La machine T1 est munie d'un dispositif de réglage de sa tension U1 en fonctiôn du courant débité, analogue à celui de la fig. 4, qui par exemple permet de maintenir sa tension con- tinue constante. La machine T2 est munie d'un dispositif de ré - glage de sa tension U2 permettant de maintenir son courant débite I proportionnel au courant I1 débité par la machine Ti.
Pour ce faire, l'enroulement c2 de l'excitatrice E2 est parcouru par un courant proportionnel à 12' et l'enroulement b2 est parcouru par un courant proportionnel à Ii. La répartition'des charges est ré- glée au moyen de résistances: On voit donc d'une part que la ten- sion de la machine T1 sera maintenue constante comme il a été dit précédemment, et que 'd'autre part pour une puissance demandée par le réseau L, l'excitatrice En de la machine T2 imposera la répar- tition des courants I1 et 12 . suivant la loi que l'on se sera fi - xée. '
On voit immédiatement qu'il n'est pas nécessaire que la machine T1 soit munie d'un système de réglage de sa tension U. Elle peut être du type habituel ayant une caractéristique en charge propre.
Il est évident que l'on peut contrôler plus de deux machi- nes, il suffit de prévoir pour chacune d'elle un dispositif iden - tique à celui de la machine T2 (fig. 7).
Jusqu'ici on a considéré que l'excitatrice E fonction - nait comme survolteur-dévolteur. On peut envisager une variante dans laquelle l'excitatrice E alimente un enroulement 1 (fig. 8) et ne fournit ainsi que les ampères-tours complémentaires.
On peut supprimer l'enroulement d'excitation P de M, fig. 8, l'excitatrice E fournit alors la totalité des ampères- tours nécessaires. Ceci conduit à un accroissement de la puissance de l'excitatrice. Tout ce qui a été dit précédemment reste exact.
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On peut envisager le couplage automatique sur un réseau d'une machine tournante, à l'aide d'une excitatrice à trois enrou- lements dans laquelle l'enroulement b ou c serait assujetti à la différence de potentiel entre la tension du réseau et la tension de la machine que l'on veut coupler. Le principe de cette opéra - tion est indiqué dans le brevet belge d'invention No. 380.657, du
18 Juin 1931.
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Le dispositif,représenté schématiquement par la fig. 4, pour réaliser une loi de variation de la tension continue en fonction de la charge peut être insuffisant au point de vue de la précision. En effet si on veut effectuer le réglage de la tension continue U à quelques volts près, il faut que la variation des ampères-tours (ne ic) consécutive à la variation de U, soit suffi- sante pour permettre une modification de la tension e de l'excita- trice E. C'est pourquoi, au lieu de faire dépendre les ampères- tours nc ic de U on peut les faire dépendre de la différence de tension entre U et une tension Us dite de référence, la sensibi- lité augmentant lorsque (U - Us) tend vers zéro.
Si on fait U - Us ; O le courant ib doit être nul, l'enroulement d'excitation b devient inutile, on peut donc le supprimer.
La fig. 9 représente le schéma général de cette nouvelle disposition. On suppose par exemple l'excitatrice E fonction- nant en survolteur-dévolteur.. Elle possède deux enroulements d'ex- citation : un enroulement shunt a et un enroulement indépendant c.
L'excitatrice S se trouve maintenant en série avec l'enroulement c de l'excitatrice E. La tension continue U de la machine S est en opposition avec la tension contrôlée U.
Lorsque U - ligule courant circulant dans l'enroulement c est égal à zéro. Si U varie, il apparaît un certain courant ic dont la valeur et le sens dépendent de la différence Us- U ainsi que de son signe et de la résistance du circuit 0 s c Q. Si Us - U > 0, il apparaît une tension e aux bornes de l'excitatrice E, qui tend à augmenter l'excitation de M et par suite à augmenter la valeur de U ainsi qu'il a déjà été expliqué. Au contraire si Us-
U < 0, le courant ic étant inversé, la tension e change de signe
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et le phénomène inverse se produit, -L'excitation de/M décroît d'où une diminution de la valeur de U.
Il découle naturellement de cette disposition que si on veut réaliser une caractéristique de la tension continue U, en fonction de la charge, hypercompound ou hypocompound, il suffit de modifier Us en fonction de I, ainsi qu'il a déjà été expliqué.
Pour une valeur donnée de Us- U, la sensibilité du système augmente lorsque la résistance du circuit 0 S c Q diminue.
On représentera cette résistance totale par X. Celle-ci peut être réduite à une valeur aussi faible que l'on veut en plaçant en sé- rie dans le circuit 0 S c Q une machine série jouant le rôle d'une résistance négative.
En conclusion, l'utilisation de l'excitatrice à trois enroulements permet de réaliser telle loi que l'on désire pour la tension continue ou le courant débité par une machine tournante à courant continu, et d'assurer la marche en parallèle de ces ma- chines dans telles conditions que l'on veut.
Dans tous les cas, on peut rendre les appareils contrô- lés indépendants de leur caractéristique propre et des variations extérieures (par exemple du réseau alternatif d'alimentation) , pour leur imposer la caractéristique d'une machine de référence de très faible puissance. Ce système est denc très souple puis - qu'il permet de substituer au réglage direct de machines de grande puissance, celui beaucoup plus facile et plus économique d'un groupe de faible importance.