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PERFECrOJ.IINE1I#lS AUX GROUPES à VOZAI11
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Cette invention est relative aux systèmes élactromécaniq dans lesquels il est fait usage d'un groupe avec un volant régulateur* U groupe comprend une machine dynamo accouplée mécaniquement à un volant, namo étant étudiée de telle sorte que le volant emmagasine ou restitue d nergie suivant que la charge est au-dessous ou au-dessus d'une charge ma prédéterminée, une telle opération étant contrôlée par le règlage de l'e tion de la machine- Des groupes à volant régulateur de ce type sont part rement utiles quand l'énergie électrique est à fournir à des appareils à variation de charge, par exemple des trains de laminoirs, des treuils de ou analogues,
ou quand l'énergie à fournir doit équilibrer la charge d'@ station alimentant un réseau de traction- De tels groupes à volant peuv<
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être utilisés sur des platefonnes d'essai de moteurs de traction par exemple
Solvant la présente invention, un groupe à volant régulateur adapté pour utiliser du courant continu comprend :
une machine dynamo, désignée "dynamo volant", accouplée mécaniquement à un volant et ayant sas balais con- nectés ou disposés pour être connectés aux barres d'alimentation, des arrange- ments pour l'excitation de cette dynamo par le circuit secondaire d'une méta- dyne entraînée à une vitesse proportionnelle à celle du volant, un enroulement da champ sur la dynamo volant ou sur une métadyne ou sur une excitatrice, le- quel enroulement de champ est prévu pour être excité en fonction de la charge amenant ainsi la dynamo volant à emmagasiner ou à restituer de l'énergie suivant les variations de la charge, pendant que la métadyne contrôla le voltage appli- qué par la dynamo volant aux barres d'alimentation,
de sorte que ce voltage est substantiellement indépendant de la vitesse de la dynamo entre certaines limi- tes- La métadyne peut être séparée de la dynamo volant ou cette dernière peut être constituée par une métadyne disposée pour produire un voltage indépendant de sa vitesse de rotation dans certaines limites-
La dynamo volant peut être m'unie d'un enroulement de champ connecté aux balais secondaires d'une métadyne entraînée par la dynamo, les balais primaires de la métadyne étant reliés à une source à voltage pratique- ment constant, la valeur de l'excitation de la dynamo volant étant contrôlée en fonction de la charge par un enroulanent de champ sur la dynamo volant ou sur une excitatrice,
cette excitatrice pouvant être la métadyne elle-même* Les balais primaires de celle-ci peuvent aussi être alimentés sous un voltage va- riant en fonction clos variations de la charge au-delà d'une valeur prédéter- minée, d'où, par l'action de la métadyne, le voltage produit par la dynamo volant est subtantiallement indépendant de la vitesse. :
En variante, au lieu d'une métadyne séparée, reliée à l'enroulement de champ de la dynamo volant, celle-ci peut âtre une métadyne comme déjà dit ci-dessus! dans ce cas, un jeu de ses balais est court-circuité soit directement, soit à travers un enroule- ment de champ qui produit un flux s'ajoutant à celui produit par le courant circulant à travers l'induit entre les balais considérés* L'enroulement de champ donnant une excitation fonction de la charge peut être parcouru par le courant de la charge ou peut 'être excité en relation avec le voltage de la source d'alimentation où les variations de la charge causant quelque variation de ce voltage*
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Avec une disposition suivant l'invention,
la charge tota sur le système d'alimentation peut 'être maintenue substantiellement cone quelles que soient les variations de la charge absorbée par les appareil lisation et l'absorption ou la restitution par le volant de l'excès ou faut d'énergie se font automatiquement par l'action continuelle des enrc d'excitation du groupe, aucun appareillage ou relais n'étant nécessaire- "réponse" du système est rapide et progressive tout à fa fois dans un s de ce genre et, coma le volant est mécaniquement séparé de l'alimentati cipale, il n'y a pas de limite -excepté celle de la convenance de l'étud machines- dans le choix de la vitesse inférieure jusqu'à laquelle le vol restituer son énergie* Une valeur du quart ou du tiers de la vitesse ma peut, par exemple, 'être choisie pour la vitesse minima du volant,
de soi pratiquement toute son énergie cinétique peut âtre utilisées rendant les de charge*
D'après une caractéristique subsidiaire de l'invention, moyens sont prévus pour limiter l'action de la dynamo volant afin d'évit la volant ne soit accéléré à une vitesse excessive, ce qui pourrait arri certaines conditions-
D'après une autre particularité de l'invention, le volan lateur peut n'être pas affecté par des variations de charge entre deux.1 prédéterminées mais ne répondre qu'à des variations en dehors de ces lim les dispositifs d'excitation étant tels que l'enroulement ou les enroula dépendant du courant de charge n'interviennent effectivement que lorsque ge est en dehors des dites limites- Ces dispositifs d'excitation peuvent dre un enroulement de champ connecté en série avec la charge et un secon lement de champ, d'action opposée au premier,
et connecté à travers l'in d'une excitatrice qui est excitée par un enroulement connecté en série a charge, la dite excitatrice étant disposée pour être saturée magnétiquem quand la charge est en dehors des limites désirées- En variante, il peut employé deux excitatrices, l'une saturable et l'autre comparativement n@ rable, excitées toutes deux par le courant de charge et insérées dans le d'un enroulement de champ de la dynamo volant où elles opposent leurs ac
Les figures 1, 3,4, 5,6, 7, 15, 18, 19, 20, 21, 23 et ;
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l'invention et las figures 2,8 à 14 inclus, 17 et 22 sont des diagrammes expli- catifs du fonctionnement de ces arrangements.
Se référant Fig'l, l'induit de la dynamo volant est représenté en 1, accouplée mécaniquement par l'arbre 2 au voyant 3 pendant que les barres d'alimentation à voltage constant sont représentées en 4 et 5, le circuit d'uti- lisation ou charge est figuré schématiquement en 6. Dans cette forma de l'inven- tion une métadyne séparée 7, est employée , cette métadyne étant montée sur l'arbre 2 ou entraînée par lui* Les balais primaires a et c de la métadyne sont reliés aux barres d'alimentation 4 et 5, et les balais secondaires ± et d sont connectés à un enroulement de champ 8 de la dynamo volant 1.
Celle-ci est de plus munie d'un enroulement de champ 9, en série avec la charge et disposée pour produire un couple générateur sur la machine 1; cette dernière peut aussi, si désiré, être munie d'un enroulement série 10 dont le rôle sera défini ci-après.
Avec l'arrangement montré fig.1, puisque le courant secondaire de la métadyne 7, avec un voltage constant appliqué aux balais primaires est inversement proportionnel à la vitesse de la métadyne, l'intensité du champ de la machine 1 produit par l'enroulement 8 varie en sans inverse de la vitesse de l'arbre- En conséquence le voltage produit par la dynamo volant reste cons- tant et indépendant de la vitesse du volant 4.
L'enroulement 9 contrôle la four- niture ou l'absorption d'énergie par ce volant au système d'alimentation 4 et 5, la disposition étant telle que pour une augmentation de la charge 6 au-dessus d'une valeur prédéterminée - désignée comme normale au-dessus de laquelle le vo- lant fournit de l'énergie et au-dessous de laquelle le volant absorbe de l'éner- gie- le voltage créé par la dynamo volant devient plus élevé que celui aux bar- res 4 et 5 et la dynamo 1 fonctionne en génératrice transmettant-l'énergie du volant au système d'alimentation, la vitesse du volant 3 s'abaissant durant cette opération- Si, d'un autre coté, la valeur de la charge tombe au-dessous de la dite valeur normale, l'excitation de la dynamo voilant 1 est réduite,
de sorte que la voltage qu'elle crée tombe au-dessous de celui du système d'alimentation et la dynamo agit alors comme moteur pour accélérer la vitesse du volant et faire emmagasiner de l'énergie par celui-ci- Cette opération est due à l'action de l'excitation de l'enroulement 9 qui dépend de la charge opposée à l'action de 1'excitation de 1'enroulement 8 disposé pour produire un voltage constant aux bornes de la machine 1,
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Dans certains cas, une résistance peut, si nécessaire, êtr posée entre la dynamo volant et les barres d'alimentation 4 et 5 afin de 1 le courant fourni par ou à la dynamo 1 ou, comme montré Fig.1, l'enrouleme série 10 peut être disposé sur la dynamo pour remplir le même but.
L'effet de cette disposition est exposé par le diagramme 2 lequel la puissance p, développée par la machine 1 est en ordonnées et la tasse N de l'arbre 2 est en abscisses, les courbes I et II sont relatives courants de charge supérieures à la charge normale et la courbe III s'appi à un courant de charge inférieure à la normale* La ligne ponctuée indique vitesse au-dessous de laquelle la métadyne est saturée et on voit que par fet de cette saturation aux basses vitesse, l'excitation de la machine 1 limitée de telle sorte qu'à ces vitesses elle agit comme moteur et absorb puissance de la ligne 4,5- Une telle opération est désirable pour éviter chute à zéro de la vitesse du volant.
Quand de faibles charges.sont en circuit, le volant risqu d'être accéléré au-dessus d'une vitesse admissible et des moyens doivent prévus pour limiter sa vitesse maxima, par exemple en supprimant le coupl teur de la dynamo volant quand sa vitesse atteint une valeur approchant d vitesse admissible- A cet effet une certaine excitation minima peut être pour agir continuellement sur la dynamo volant et produire un couple géné ou bien un relais peut être disposé, qui est commandé par le courant pas± travers l'induit de la dynamo volant de telle sorte qu'il accroît l'excit de celle-ci quand ce courant tombe au-dessous d'une valeur minima prédét
Dans une autre disposition représentée en lignes ponctués Fig.1, une petite dynamo II, entraînée par l'arbre 2,
a ses balais conne l'enroulement de champ 12 de la dynamo volant* La dynamo II, à excitation ou shunt, est prévue de telle sorte que sa vitesse critique -c'est-à-dir vitesse au-dessous de laquelle le voltage créé est faible et au-dessus d quelle ce voltage s'accroît brusquement à une valeur utile - est juste a sous de la vitesse maxima admissible pour la dynamo volant- L'enrouleme agit pour produire un couple générateur dans la machine 11 son effet est normalement, pratiquement nul mais, quand la vitesse limite approche, l' lamant 12 crée une excitation de la dynamo volant qui produit un couple
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et 10.
Bien entendu, si désiré, il peut être fait usage, complémantairement, de n'importe quelle forme convenable de dispositif de sécurité mécanique.
Une modification du système fig.1 est représentée Fig.3 dans laquelle ne figure pas la charge- Dans cette modification, la dynamo volant I est munie d'un enroulement supplémentaire 13 alimenté par la source 4,5 et disposé pour produire un couple moteur sur la dynamo volant pendant que l'en- roulement série 9 produit un couple générateur- La valeur relative de ces flux est telle que, lorsque la charge est à sa valeur normale, ces enroulements équilibrent leurs effets et que la dynamo volant I est excitée seulement par l'enroulement 8 et la métadyne 7, de telle sorte que le voltage créé est équi- valent au voltage aux bornes des barres d'alimentation! alors, la dynamo volant continue, négligeant les frottements et autres pertes de puissance, à tourner à une vitesse constante.
Dans cette disposition, l'action régulatrice de la dy- namo volant est due à la différence entre les ampères-tours respectifs des enroulements 9 et 13, cette différence variant d'après les points de départ du courant de charge. Alternativement, comme monté Fig.4, l'enroulement 9 et l'en...
roulement 13, au lieu d'être appliqués à la dynamo volant I, peuvent l'être à la métadyne excitatrice 7 pour constituer le dispositif connu sous le nom d'enroulements variateurs- Un enroulement variateur sur une métadyne est un enroulement qui est disposé sur le stator afin de produira un flux qui, en se combinant avec les flux primaire et secondaire circulant dans l'induit de la métadyne modifie le courant secondaire* La Fig.4 montre aussi -en enroulement 14, anti-compound,
disposé sur la machine I afin d'assurer le fonctionnement stable du système* La Fig-4 montre aussi une dynamo à excitation critique II connectée à un enroulement 15 de la métadyne 7 jouant le marne rôle que les en- roulements II et 12 de la Fig.1.
Dans les autres dispositions de l'invention qui vont être dé- crites, la dynamo volant elle-même comprend une métadyne et la métadyne exci- tatrice peut titre supprimée* Dans ces dispositions, les balais primaires de la métadyne volant sont reliés aux barres principales et les balais secondaires sont court-circuités- Une telle machine, à la vitesse où elle tourne, produit à ses balais primaires, un voltage qui est égal et opposé à celui du voltage d'alimentation et, négligeant les frottements et autres pertes, la macaine normalement ne sera sujette à aucun couple tendant à modifier sa vitesse de
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rotation- Aussi, la métadyne tournant à une vitesse donnée,
le voltage de ligne détermine un courant primaire à travers l'induit créant un flux pri qui crée un voltage.aux bornes des balais secondaires- ceux-ci étant cour circuités, un courant secondaire prend naissance à travers l'induit qui @ un flux secondaire lequel engendre une force contre électromotrice aux bc des balais primaires- Celle-ci est presque égale au voltage de la ligne @ que le Gourant primaire n'a qu'à fournir l'énergie nécessaire pour créer flux secondaire, énergie qui est, par exemple, de l'ordre de 3% de la ch normale* Le courant primaire est donc faible* Le couple résultant sur le de la métadyne est la somme du couple dû au courant primaire réagissant flux secondaire et du couple dû au courant secondaire réagissant sur le primaire- Chacun de ces couples, proportionnel au courant primaire,
est ble pour la raison donnée plus haut; comme ces couples sont antagonistes couple résultant tendant à modifier la vitesse de la machine est pratiqu négligeable-
Suivant l'invention, des moyens d'excitation sont prévus régler l'action de la métadyne en fonction de la charge- Un arrangement montré Fig.5 dans lequel le volant 3 est accouplé mécaniquement par l'ar à une métadyne 16 dont les balais primaires a et c sont connectés au sys d'alimentation 4,5 et dont les balais secondaires et d sont court-cire En vue d'assurer la régulation de la machine 16 en relation avec l'impo] et la sens de l'excès de la charge effective sur la charge normale, la @ ne est munie d'un premier enroulement variateur 17 qui produit des ampè tours substantiellement constants, par exemple du fait qu'il est conneci la ligne 4,5,
un second enroulement variateur 18 étant connecté en séri la charge qui n'est pas figurée* Les enroulements 17 et 18 sont ce que appelle des enroulements variateurs primaires, c'est-à-dire que ces enr monts sont disposés sur l'axe des balais primaires de la métadyne, et a de la marne manière que les enroulements 9 et 13 de la Fig.3.
L'enroula est ainsi prévu que, lorsque la charge est alimentée par la ligne 4,5, enroulement produit des ampères-tours agissant dans le même sans que le primaire du rotor de la métadyne lorsque le sens du courant primaire co pond à la transmission d'énergie du système d'alimentation au volant- Les ampères-tours résultants produi@@@ts suivant l'axe @
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maire de la métadyne sont égaux à la soma des ampères-tours de l'enroulement 18 et des ampères-tours produits par la courant primaire circulant à travers la métadyne, diminué des ampères-tours produits par l'enroulement 17;
ces ampères-tours résultants sont également égaux aux ampères-tours que -comme exposé plus haut- le courant primaire doit produire pour établir le flux par lequel le courant secondaire est créé et la force contre électromotrice pri- maire est induite* Une telle condition peut être exprimée par la relation suivante : - At17 + AT18 + KII - KI I où AT17 et AT18 sont les ampères-tours produits respectivement par les en- roulements 17 et 18.
II est le courant primaire de la métadyne,
K est une constante dépendant de l'étude de la métadyne et I@IG est le courant primaire nécessaire pour établir le flux primaire par lequel le voltage et le courant secondaires sont induits et la force contre électromotrice primaire créée- Cette dernière est constante mais la vitesse est variable de sorte que le courant primaire I@I est aussi variable mais est, dans tous les cas, très faible car le produit de ce courant à vide et du voltage primaire appliqué est subtantielmement égal à l'énergie dépensée à exciter le flux secondaire de la métadyne, énergie réduite comne établi ci-dessus*
Il peut donc être écrit :
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où KI est une seconde constante et I est le courant pris par la charge* La métadyne peut être calculée de telle sorte que KI soit égal à l'unité, dans ce cas :
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relation qui montre que la métadyne peut être calculée pour fournir exacte- ment l'excès ou le déficit du courant de charge I au-dessus et au-dessous d'un courant constant arbitrairement choisi ayant la valeur AT17, lequel cou-
K rant constant est celui fourni par la source principale d'énergie électrique reliée à la ligne 4,5 quelle que soit l'importance de la charge dans la limite
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de capacité d'énergie du volant et cette opération est obtenue automatiq par l'action directe de 1'enroulement variateur sur le courant primaire métadyne' Dans une autre disposition,
les enroulements 17 et 18 peuvent des enroulements variateurs secondaires, disposés suivant l'axe des bala secondaires de la métadyne 16, ou ces enroulements peuvent âtre disposés modifier las flux à la fois sur les axes primaire et secondaire simultan
La Fig.6 montre une disposition modifiée dans laquelle, e de réduire l'importance du courant secondaire qui circule à travers les b et.9:, il est inclus dans la connexion de court-circuit un enroulement champ 19 disposé pour produire un flux renforçant celui produit par le c secondaire circulant à travers l'induit de la métadyne' Alternativement cune des dispositions décrites dans le brevet déposé sous le numéro de d 317.189 du 14 Novembre 1934 peut être adoptée en vue du même but.
La métadyne 16 peut 'être aussi calculée pour fournir exac le surplus du courant au-dessus du courant de charge normal- Avec les dit tions montrées aux Fig'5 et 6, la puissance transmise par la métadyne ou volant, varie avec la quantité dont la charge diffère de sa valeur normal demeure constante, pour une valeur donnée de la charge, de la vitesse ma admissible pour le volant à une certaine vitesse minima à laquelle un coi moteur sur le volant est produit quelles que soient les conditions de la
La Fig.7 montre une disposition similaire à celle de la Fi mais dans laquelle les enroulements variateurs 17 et 18 sont disposés su@ des balais secondaires b et .9:
oonme enroulements variateurs secondaires* Fig'7 montre aussi une dynamo à excitation critique II et un enroulement agissant de façon similaire à la dynamo II et à l'enroulement 12 de la Fi
La Figea est un diagramme montrant le fonctionnement des E des Fige 4,5, 6 et 7 dans lequel KW est l'énergie fournie ou absorbée pa dynamo volant en fonction de sa vitesse- Les lignes droites I, II, III et montrent la relation existant entre la restitution et l'absorption de l'é par la machine en fonction de la vitesse pour diverses valeurs du courant charge' les courbes 1 et II correspondent aux charges au-dessus de la nor et les charges III et IV à celles au-dessous de la normale.
Ce diagramme tient pas compte de la saturation magnétique qui modifie les courbes suiv
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T'n 1'm m oàm A -a l "G1-t ma 0....
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Dans la Fig.10, la caractéristique couple-vitesse de la métadyne est figurée; la courbe de freinage qui est une hyperbole néglige la saturation magnétique, celle-ci modifiait la caractéristique suivant la ligne pleine*
Dans les descriptions précédentes suivant l'invention qui pré- voient la régulation automatique lorsque la charge est sujette à des pointes au-dessus ou au-dessous d'une valeur déterminée, il est absorbé de la source d'énergie une charge légèrement plus élevée que celle déterminée, la différence constituant les pertes, la capacité du volant à emmagasiner l'énergie étant proportionnée aux pointes à fournir* Se référant à la Fig.11, dans laquelle la charge KW est donnée en fonction du taupe t et où la charge est représentée par a, aa,... la puissance prise à la source de courant figure en b, b, b..
et est substantiellement constante* Dans la Fig-12, les valeurs de la vitesse N de la dynamo volant sont données en fonction du temps IL*
Dans de nombreux cas, en pratique, il est désiré que la charge puisse osciller entre deux limites déterminées qu'on ne veut dépasser; ce cas est schématisé Fig.13 qui est un diagramme similaire à celui de la Fig.11.
Dans la Fig.13, la ligne a, a, a .. représente encore la charge absorbée par les ap- pareils d'utilisation et il est supposé que toute charge entre zéro et 500 KW est admissible, toute pointe entre ces limites devant être éliminée* Il est noté, qu'au lieu de la ligne de charge normale telle que 500 KW de la Fig.11, une zone de charge normale est maintenant abtenue, comprise entre zéro et 500 KW dont l'axe moyen est la ligne de 250 KW.
Les ranarques ci-dessus s'appliquant, par exemple, à une centrale hydro électrique qui est capable de fournir de l'énergie jusqu'à concurrence d'une puissance maxima mais qui est incapable d'absorber de l'énergie*
Afin de satisfaire aux exigences exposées ci-dessus, il est néces- saire, sous les conditions montrées Fig.13, que le volant fonctionne de telle sorte que l'énergie à fournir par le réseau se limite à celle correspondant à la ligne b, b, b.., la vitesse du volant variant suivent la courbe Fig.14.
Suivant une particularité de 1'invention, des moyens sont prévus qui permettent à la dynamo volant d'être insensible à la charge quand sa valeur sedmaintient entre les deux limites assignées-qui dans l'exemple représenté Fig.13 et fig.14, sont zéro et 500 KW- mais lui permettent aussi d'agir quand la charge est au- dessus de 500 KW ou au-dessous de zéro* De plus, quand le charge est comprise
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entre ces deux valeurs limites, la dynamo volant peut être disposée pour ner à une vitesse intermédiaire entre les vitesses maxima et minima du v de façon que celui-ci soit prêt à intervenir lors d'une nouvelle pointe de surcharge, soit de dépression de charge- Afin de satisfaire à la prem condition,
le système est disposé pour que l'excitation de la dynamo due -{Charge soit établie, en plus des enroulements à excitation du courant d déjà décrits, par un enroulement supplémentaire qui est connecté aux bal petite excitatrice dont l'excitation varie suivant la charge- Ces deux a ments sont disposés pour opposer leur action de telle sorte qu'entre des prédéterminées de la charge, les effets de ces deux enroulements se camp mais l'excitatrice est prévue pour être saturée au-delà de ces limites, donne alors la prédominance à l'enroulement traversé par le courant de c Afin de satisfaire à la deuxième condition, la dynamo volant porte un en ment qui tend à la faire tourner à une vitesse prédéterminée*
La Figé,
15 montre un tel arrangement dans lequel la dynamo 16 est une métadyne comme dans les fig. 5, 6 et 7, ayant un enroulement teur 19 inséré entre les balais secondaires b et d. La métadyne est cont par un enroulement variateur secondaire 17 relié à la ligne 4,5, par un lament variateur primaire 18 en série avec la charge et par un second en.
ment variateur primaire 20 dont l'action s'oppose à celle du précédent e est alimenté par une excitatrice saturée 21 ayant un enroulement d'excit. qui est en série avec la charge, un second enroulement 22a, alimenté par source convenable, donnant une composante d'excitation constante* Un tro enroulement variateur primaire 23 est également prévu, alimenté par une @ constante convenable, dont le rôle est de créer, dans la métadyne, une t à tourner à une vitesse prédéterminée* L'excitatrice 21 peut être entraî une vitesse constante de n'importe quelle manière, ou entraînée par l'ar la machine*
Les enroulements variateurs 20 et 18 de la métadyne oppos leur action suivant le diagramme fig.16 dans lequel les ampères-tours AT en ordonnées et le courant d'excitation I de charge,
alimentant les enro 22 et 18, est en abscisses* La ligne!. du diagramme représente les ampèr produits par 1' enroulement 18 sur la métadyne, pour des courants de char; tifs ou négatifs, pendant que la ligne b représente le voltage produit p
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leurs de courant positives ou négatives dans l'enroulement 22.
Entre les va- leurs I et II du courant d'excitation les ampères-tours produits par 1'enroule- ment 18, sont exactement contrebalancés par ceux produits par l'enroulement 20, de sorte que la valeur de la charge n'a aucun effet sur l'excitation de la mé- tadyne 16 entre ces limites;
mais, quand le courant à travers l'enroulement 22 dépasse ces limites, l'excitatrice 21 devient saturée pendant que la métadyne ne l'étant pas, l'action de l'enroulement 18 devient prépondérante, comme l'in- dique la ligne c qui représente les ampères-tours résultants produits par les enroulements 20 et 18 sur la métadyne 16. Par l'ajustement des ampères-tours sur les enroulements 23 et 22a, l'axe des ampères-tours dans le diagramme fig.16 peut être déplacé à n'importe quelle position désirée, par exemple à la position indiquée par la ligne III.
Comme modification à cette disposition, l'excitatrice peut être étudiée de telle sorte que lorsque la charge est entre les deux limites défi- nies, l'excitation produite sur la dynamo volant par l'enroulement tel que 20, est prédominante sur l'excitation produite par l'enroulement tel que 18. Le couple produit sur le volant, pendant que la charge est entre les limites dési- rées, est alors en opposition avec celui exigé par l'excès ou l'insuffisance de la charge au-dessus ou au-dessous d'une valeur moyenne! par là, le système est prêt à surmonter une nouvelle pointe.
Une telle opération est indiquée Fig-17 où l'on 7 voit que les ampères-tours de l'enroulement 20 sont plus élevés que ceux de l'enroulement 18 de la valeur représentée par la ligne c qui donne les ampères-tours résultants produits sur la machine 16 par les enroulements 20 et 18'
Dans la modification décrite, afin de réduira l'importance des enroulements de champ nécessaires sur la dynamo volant ou l'excitatrice,celles- ci peuvent être munies d'un enroulement connecté en série avec deux excitatri- ces, chacune ayant un enroulement de chanp parcouru par la charge, et l'une étant fortement saturée alors que l'autre est comparativement non saturée- Dans ce cas,
l'action de l'ensemble est similaire à celle des enroulements décrits c'est-à-dire que les diagrammes 16 et 17 seront encore applicables, la ligne étant relative aux ampèrse-tours créés par l'excitatrice non saturée, la ligae b aux ampères-tours créés par l'excitatrice saturée, et la ligne c aux ampères- tours résultants'
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La fig.18 montre un arrangement dans lequel deux telles ex trices sont employées mais elles y sont combinées en une seule machine 24 la disposition correspond à une de celles décrites ci-@près en référence a Fig- 19, 20 et SI* Dans la Fig'18,
la métadyne 16 est pourvue seulement d simple enroulement variateur primaire 25 qui est connecté aux bornes de l' tutrice 24 ou -de façon équivalence- aux bornes des deux excitatrices en @ La machine 24 ou les deux excitatrices en série, est ou sont excitées par enroulement 26 traversé par le courant de charge et par un autre enrouleme à excitation constante qui détermine l'axe des ampères-tours dans les diag mes des Fig. 16 et 17'
Les deux excitatrices en série peuvent être combinées pour mer la machine schématisée fig.19 qui est 1'excitatrice 24 de la Fig.18; e comprend un induit 28 tournant dans un stator 29, ayant une première paire pôles adjacent-ce 30 et 31 rendus saturés au moyen de fentes 32 et une seco:
paire de pôles adjacents 33 et 34 qui ne sont pas saturés* Les 4 pales 30, 33 et 34 portent des enroulements d'excitation comme décrits plus haut poix deux excitatrices et la dynamo porta une paire de balais 35 et 36. Bien en1 on pourrait adopter d'autres nombres de ptles- La machine 24 peut être eni née à la vitesse constante ou par l'arbre du volant comme montré fig.18;
ce dernière disposition offre l'inconvénient d'une action plus faible aux base allures mais offre l'avantage d'une plus grande simplicité mécanique*
Une variante de la dynamo unique remplaçant les deux dynamos en série consiste à prévoir un entrefer antre chaque pôle et le bâti du sta les pièces polaires étant réunies au bâti par des pièces métalliques qui pe être saturées magnétiquement sous certaines conditions, ces pièces formant circuit magnétique auxiliaire et le flux ne pouvant traverser l'induit tant ces pièces ne sont pas saturées; la machine ne peut ainsi produire un volta, substantiel à ses balais avant que la saturation ait lieu* Dans la disposit Fig.20, on voit ainsi on 37, les deux pièces polaires, séparées du bâti 58 des entrefers 39;
les pièces saturables 40 sont reliées au bâti et les enroi mente sont figurés en 41.
Un arrangement modifié, découlant de celui-ci, est montré Fig. où le chemin de fuites magnétiques est constitue par des portions 42 correct
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45 et les entrefers se retrouvent en 39.
Le fonctionnement de cet arrangement est similaire à celui de l'arrangement Fig.20: un faible voltage est produit aux balais 35 et 36 jusqu'à ce que les éléments 42 soient saturés, mais alors la machine fonctionne carme une dynamo ordinaire eu égard aux valeurs supérieures du flux- La caractéristi- que résultante est montrée Fig.22;
on y voit que jusqu'à certaines valeurs des ampères-tours d'excitation de sens positif ou négatif, la voltage produit est faible, alors que, franchi ces limites, le voltage croit brusquement*
Afin de maintenir le voltage créé aux environs de @éro entre certaines limites ou marne à une valeur négative, d'autres enroulements 46 et 47 peuvent 'être montés sur la machine, dont l'action s'oppose à celle des enroule- ments 44 et 45* De tels enroulements agissent sur l'induit à tout instant pour produire un voltage négatif, :le voltage résultant variant avec le courant d'ex- citation comme montré par la ligne ponctuée Fig. 22.
La Fige 23 montre l'application d'une excitatrice du type des figures 19,20 ou 21 à une disposition analogue à celle de la figure 1. La dy- namo I est excitée par un enroulement 3 connecté aux bornes secondaires de la métadyne excitatrice 7 dont les balais primaires sont relié* à l'excitatrice 24 entraînée par l'arbre 2, celle-ci étant cantonne à une des dispositions Fige 19, 20 ou 21 et ayant des enroulements de champ comprenant un enroulement 26 en série avec la charge et un enroulement 27 à excitation constante comme déjà prévu à la Fig.18.
Avec cette disposition, la machine 24 alimente les balais primaires de la métadynesous un voltage qui varie, en fonction de la charge, seulement au-delà de limites prédéterminées entre lesquelles aucun voltage n'est fourni aux balais primaires*
La Fig.23 montre la machina I munie d'un enroulement la connecté à une dynamo à excitation critique II pour limiter la vitesse maxima de la dynamo volant et d'un enroulement stabilisateur 10.
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PERFECrOJ.IINE1I # lS TO GROUPS IN VOZAI11
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This invention relates to the élactromécaniq systems in which use is made of a group with a regulating flywheel * A group comprises a dynamo machine mechanically coupled to a flywheel, namo being designed so that the flywheel stores or restores energy depending on whether the load is below or above a predetermined load ma, such operation being controlled by the adjustment of the e tion of the machine. Flywheel units of this type are particularly useful when energy electrical is to be supplied to load variation devices, for example rolling mill trains, winches or the like,
or when the energy to be supplied must balance the load of @ station supplying a traction network - Such flywheel units can <
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be used on traction motor test platforms for example
Solving the present invention, a regulating flywheel assembly adapted to use direct current comprises:
a dynamo machine, designated a "flying dynamo", mechanically coupled to a flywheel and having brush locks connected or arranged to be connected to the power bars, arrangements for the excitation of this dynamo by the secondary circuit of a metadyne driven at a speed proportional to that of the flywheel, a field winding on the flywheel dynamo or on a metadyne or on an exciter, which field winding is provided to be excited as a function of the load, thus bringing the flying dynamo to store or restore energy according to the variations of the load, while the metadyne controlled the voltage applied by the flying dynamo to the power bars,
so that this voltage is substantially independent of the speed of the dynamo between certain limits. The metadyne can be separated from the flying dynamo or the latter can be constituted by a metadyne arranged to produce a voltage independent of its speed of rotation in some limits-
The flying dynamo can be united with a field winding connected to the secondary brushes of a dynamo driven metadyne, the primary brushes of the metadyne being connected to a source of practically constant voltage, the value of the excitation of the flying dynamo being controlled as a function of the load by a field coil on the flying dynamo or on an exciter,
this exciter being able to be the metadyne itself * The primary brushes of this one can also be fed under a voltage varying according to the variations of the load beyond a predetermined value, from where, by the action of the metadyne, the voltage produced by the flying dynamo is substantially independent of the speed. :
As a variant, instead of a separate metadyne, connected to the field winding of the flying dynamo, it can be a metadyne as already mentioned above! in this case, a set of its brushes is short-circuited either directly or through a field winding which produces a flux added to that produced by the current flowing through the armature between the brushes considered * L The field winding giving an excitation according to the load can be traversed by the current of the load or can be excited in relation to the voltage of the power source where the variations of the load cause some variation of this voltage *
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With an arrangement according to the invention,
the total load on the power supply system can be kept substantially cone regardless of the variations in the load absorbed by the apparatus and the absorption or return by the flywheel of the excess or lack of energy takes place automatically by the continual action of the group's excitation rcs, no equipment or relays being necessary - the "response" of the system is rapid and progressive all at the same time in such cases and, coma the flywheel is mechanically separated from power supply, there is no limit -except that of the convenience of the machine study- in the choice of the lower speed up to which the flight will restore its energy * A value of a quarter or a third of the speed ma can, for example, be chosen for the minimum speed of the flywheel,
of itself practically all of its kinetic energy can be used making the load *
According to a subsidiary characteristic of the invention, means are provided to limit the action of the flywheel dynamo in order to prevent the flywheel from being accelerated to an excessive speed, which could arri certain conditions.
According to another feature of the invention, the volan lator may not be affected by variations in load between two predetermined ones but respond only to variations outside these limits, the excitation devices being such. that the winding or coils depending on the load current only intervene effectively when ge is outside the said limits. These excitation devices can have a field winding connected in series with the load and a second field, action opposed to the first,
and connected through the in of an exciter which is excited by a winding connected in series to the load, said exciter being arranged to be magnetically saturated when the load is outside the desired limits. Alternatively, it can employ two exciters. , one saturable and the other comparatively n @ rable, both excited by the charge current and inserted into the field winding of the flying dynamo where they oppose their ac
Figures 1, 3,4, 5,6, 7, 15, 18, 19, 20, 21, 23 and;
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the invention and Figures 2, 8 to 14 inclusive, 17 and 22 are explanatory diagrams of the operation of these arrangements.
Referring to Fig'l, the armature of the flywheel dynamo is shown at 1, mechanically coupled by the shaft 2 to the sight glass 3 while the constant voltage power bars are shown at 4 and 5, the circuit of uti - ization or charge is shown schematically at 6. In this form of the invention a separate metadyne 7 is used, this metadyne being mounted on the shaft 2 or driven by it * The primary brushes a and c of the metadyne are connected to the power bars 4 and 5, and the secondary brushes ± and d are connected to a field winding 8 of the flywheel dynamo 1.
The latter is furthermore provided with a field winding 9, in series with the load and arranged to produce a generating torque on the machine 1; the latter can also, if desired, be provided with a series winding 10, the role of which will be defined below.
With the arrangement shown in fig. 1, since the secondary current of metadyne 7, with a constant voltage applied to the primary brushes is inversely proportional to the speed of the metadyne, the field strength of machine 1 produced by the winding 8 varies without inverse of the speed of the shaft - Consequently the voltage produced by the flywheel dynamo remains constant and independent of the speed of the flywheel 4.
The winding 9 controls the supply or absorption of energy by this flywheel to the power system 4 and 5, the arrangement being such that for an increase of the load 6 above a predetermined value - designated as normal above which the flywheel supplies energy and below which the flywheel absorbs energy - the voltage created by the flying dynamo becomes higher than that at bars 4 and 5 and the dynamo 1 works as a generator transmitting the energy of the flywheel to the power supply system, the speed of the flywheel 3 decreasing during this operation - If, on the other hand, the value of the load falls below of said normal value, the excitation of the veiling dynamo 1 is reduced,
so that the voltage it creates falls below that of the power system and the dynamo then acts as a motor to accelerate the speed of the flywheel and to store energy by it - This operation is due to the action of the excitation of the winding 9 which depends on the opposite charge to the action of the excitation of the winding 8 arranged to produce a constant voltage across the terminals of the machine 1,
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In some cases, a resistor can, if necessary, be placed between the flywheel dynamo and the power bars 4 and 5 in order to 1 the current supplied by or to the dynamo 1 or, as shown in Fig. 1, the series winding 10 can be arranged on the dynamo to fulfill the same purpose.
The effect of this arrangement is shown by diagram 2 in which the power p, developed by machine 1 is on the ordinate and the cup N of the shaft 2 is on the abscissa, curves I and II are relative load currents greater than the normal charge and the curve III is based on a charge current lower than the normal * The dotted line indicates speed below which the metadyne is saturated and we see that due to this saturation at low speeds, the excitation of the machine 1 limited so that at these speeds it acts as a motor and absorbs power from the line 4,5- Such an operation is desirable in order to avoid the flywheel speed falling to zero.
When low loads are in circuit, the flywheel risks being accelerated above an admissible speed and means must be provided to limit its maximum speed, for example by removing the coupler from the flywheel when its speed reaches a value approaching d admissible speed - For this purpose a certain minimum excitation may be to act continuously on the flywheel dynamo and produce a generated torque or else a relay may be arranged, which is controlled by the current not ± through the armature of the flying dynamo in such a way that it increases its excitation when this current falls below a predetermined minimum value
In another arrangement shown in dotted lines Fig. 1, a small dynamo II, driven by the shaft 2,
has its brushes conne the field winding 12 of the flying dynamo * The dynamo II, with excitation or shunt, is provided so that its critical speed - that is to say the speed below which the voltage created is low and above which this voltage suddenly increases to a useful value - is just below the maximum allowable speed for the flywheel dynamo - The winding acts to produce a generating torque in the machine 11 its effect is normally , practically zero but, when the speed limit approaches, the lamant 12 creates an excitation of the flying dynamo which produces a torque.
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and 10.
Of course, if desired, it can be used, complementarily, any suitable form of mechanical safety device.
A modification of the system Fig. 1 is shown in Fig. 3 in which the load does not appear - In this modification, the flywheel dynamo I is provided with an additional winding 13 supplied by the source 4,5 and arranged to produce an engine torque on the flywheel dynamo while the series 9 winding produces a generating torque - The relative value of these fluxes is such that, when the load is at its normal value, these windings balance their effects and the flywheel dynamo I is energized only by winding 8 and metadyne 7, so that the voltage created is equivalent to the voltage across the power bars! then, the flying dynamo continues, ignoring friction and other power losses, to rotate at a constant speed.
In this arrangement, the regulating action of the flywheel dynamo is due to the difference between the respective ampere-turns of the windings 9 and 13, this difference varying according to the starting points of the charging current. Alternatively, as mounted in Fig. 4, the winding 9 and the ...
bearing 13, instead of being applied to the flywheel dynamo I, can be applied to the exciter metadyne 7 to constitute the device known as the variator windings - A variator winding on a metadyne is a winding which is arranged on the stator in order to produce a flux which, by combining with the primary and secondary flux circulating in the armature of the metadyne, modifies the secondary current * Fig. 4 also shows -in winding 14, anti-compound,
arranged on the machine I in order to ensure the stable operation of the system * Fig-4 also shows a dynamo with critical excitation II connected to a winding 15 of the metadyne 7 playing the role of the windings II and 12 of the Fig. 1.
In the other provisions of the invention which will be described, the flying dynamo itself comprises a metadyne and the excitatory metadyne can be suppressed * In these arrangements, the primary brushes of the flying metadyne are connected to the main bars and the secondary brushes are short-circuited- Such a machine, at the speed at which it rotates, produces at its primary brushes a voltage which is equal and opposite to that of the supply voltage and, neglecting friction and other losses, the normally macaine will not be subject to any torque tending to modify its speed of
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rotation- Also, the metadyne rotating at a given speed,
the line voltage determines a primary current through the armature creating a pri flux which creates a voltage. across the secondary brushes - these being short circuited, a secondary current arises through the armature which @ a secondary flux which generates a counter electromotive force at the bc of the primary brushes- This is almost equal to the voltage of the line @ that the primary Gourant only has to provide the energy necessary to create secondary flux, energy which is, for example , of the order of 3% of normal ch * The primary current is therefore low * The resulting torque on the of the metadyne is the sum of the torque due to the primary current reacting secondary flow and the torque due to the secondary current reacting on the primary - Each of these couples, proportional to the primary current,
is ble for the reason given above; as these torques are antagonistic, the resulting torque tending to modify the speed of the machine is practically negligible.
According to the invention, excitation means are provided to regulate the action of the metadyne as a function of the load. An arrangement shown in Fig. 5 in which the flywheel 3 is mechanically coupled by the ar to a metadyne 16 whose brushes primary a and c are connected to the supply sys 4,5 and whose secondary brushes and d are short-wax In order to ensure the regulation of the machine 16 in relation to the size and direction of excess of the effective load on the normal load, the @ ne is provided with a first variator winding 17 which produces substantially constant ampere turns, for example because it is connected to line 4,5,
a second variator winding 18 being connected in series the load which is not shown * The windings 17 and 18 are what are called primary variator windings, that is to say that these windings are arranged on the axis of the primary brushes of the metadyne, and has the marl so that the windings 9 and 13 of Fig. 3.
The winding is thus provided that, when the load is supplied by the line 4,5, winding produces ampere-turns acting in the same without the primary of the rotor of the metadyne when the direction of the primary current corresponds to the transmission. power supply system to the flywheel- The resulting ampere-turns produced along the @@@ axis
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mayor of the metadyne are equal to the sum of the ampere-turns of winding 18 and the ampere-turns produced by the primary current flowing through the metadyne, minus the ampere-turns produced by winding 17;
these resulting ampere-turns are also equal to the ampere-turns that -as stated above- the primary current must produce to establish the flux by which the secondary current is created and the primary back EMF is induced * Such a condition may be expressed by the following relation: - At17 + AT18 + KII - KI I where AT17 and AT18 are the ampere-turns produced respectively by windings 17 and 18.
It is the primary current of metadyne,
K is a constant dependent on the study of metadyne and I @ IG is the primary current necessary to establish the primary flux by which the secondary voltage and current are induced and the primary counter electromotive force created - The latter is constant but the speed is variable so that the primary current I @ I is also variable but is, in all cases, very low because the product of this no-load current and the primary voltage applied is substantially equal to the energy expended to excite the flux secondary of metadyne, reduced energy as established above *
It can therefore be written:
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where KI is a second constant and I is the current taken by the load * The metadyne can be calculated such that KI is equal to the unit, in this case:
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relation which shows that metadyne can be calculated to provide exactly the excess or deficit of the charge current I above and below an arbitrarily chosen constant current having the value AT17, which cou-
Constant k rant is that supplied by the main source of electrical energy connected to line 4.5 regardless of the size of the load within the limit
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of energy capacity of the flywheel and this operation is obtained automatically by the direct action of the variator winding on the metadyne primary current. In another arrangement,
the windings 17 and 18 can be secondary variator windings, arranged along the axis of the secondary bala of the metadyne 16, or these windings can be arranged to modify the flux both on the primary and secondary axes simultaneously
Fig. 6 shows a modified arrangement in which, e reduce the importance of the secondary current flowing through the b and. 9 :, it is included in the short-circuit connection a field winding 19 arranged to produce a flux reinforcing that produced by the secondary c flowing through the armature of the metadyne 'Alternatively, one of the provisions described in the patent filed under number d 317,189 of November 14, 1934 can be adopted for the same purpose.
The metadyne 16 can also be calculated to provide the excess current above the normal charge current. With the statements shown in Figs 5 and 6, the power transmitted by the metadyne or flywheel varies with the amount of which the load differs from its normal value remains constant, for a given value of the load, from the permissible speed ma for the flywheel at a certain minimum speed at which a motor coi on the flywheel is produced whatever the conditions of the
Fig. 7 shows an arrangement similar to that of Fi but in which the variator windings 17 and 18 are arranged on the secondary brushes b and .9:
The same secondary drive windings * Fig'7 also shows a dynamo with critical excitation II and a winding acting similarly to dynamo II and winding 12 of the Fi
Figea is a diagram showing the operation of the E of Figs 4,5, 6 and 7 in which KW is the energy supplied or absorbed by the flying dynamo as a function of its speed- Straight lines I, II, III and show the relation existing between the restitution and the absorption of the e by the machine according to the speed for various values of the current load 'curves 1 and II correspond to the loads above nor and the loads III and IV to those at -below normal.
This diagram does not take into account the magnetic saturation which modifies the following curves.
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T'n 1'm m oàm A -a l "G1-t ma 0 ....
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In Fig. 10, the torque-speed characteristic of the metadyne is shown; the braking curve which is a hyperbola neglects the magnetic saturation, this modifies the characteristic along the solid line *
In the foregoing descriptions according to the invention which provide for automatic regulation when the load is subjected to peaks above or below a determined value, a slightly higher load is absorbed from the power source. than that determined, the difference constituting the losses, the capacity of the flywheel to store energy being proportional to the peaks to be supplied * Referring to Fig. 11, in which the load KW is given as a function of the mole t and where the load is represented by a, aa, ... the power taken from the current source is shown in b, b, b ..
and is substantially constant * In Fig-12, the values of the speed N of the flywheel dynamo are given as a function of time IL *
In many cases, in practice, it is desired that the load can oscillate between two determined limits which one does not want to exceed; this case is shown schematically in Fig. 13 which is a diagram similar to that of Fig. 11.
In Fig. 13, the line a, a, a .. still represents the load absorbed by the user devices and it is assumed that any load between zero and 500 KW is admissible, any peak between these limits must be eliminated * It is noted that instead of the normal load line such as 500 KW in Fig. 11, a normal load zone is now abated, between zero and 500 KW whose mean axis is the line of 250 KW.
The above considerations applying, for example, to a hydroelectric power station which is capable of supplying energy up to a maximum capacity but which is unable to absorb energy *
In order to meet the requirements set out above, it is necessary, under the conditions shown in Fig. 13, that the flywheel operates in such a way that the energy to be supplied by the network is limited to that corresponding to line b, b, b .., the speed of the flywheel varying following the curve Fig. 14.
According to a feature of the invention, means are provided which allow the flying dynamo to be insensitive to the load when its value remains between the two assigned limits - which in the example shown in Fig.13 and Fig.14, are zero and 500 KW- but also allow it to act when the load is above 500 KW or below zero * In addition, when the load is included
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between these two limit values, the flywheel dynamo can be arranged to operate at an intermediate speed between the maximum and minimum speeds of v so that it is ready to intervene during a new overload peak, or load depression - In order to satisfy the first condition,
the system is arranged so that the excitation of the dynamo due - {Load is established, in addition to the windings with current excitation d already described, by an additional winding which is connected to the small exciter balls whose excitation varies according to the load - These two elements are arranged to oppose their action in such a way that between predetermined values of the load, the effects of these two windings are camped but the exciter is intended to be saturated beyond these limits, then gives the predominance of the winding through which the current of c In order to satisfy the second condition, the flywheel dynamo carries an element which tends to make it turn at a predetermined speed *
La Figé,
15 shows such an arrangement in which dynamo 16 is a metadyne as in Figs. 5, 6 and 7, having a winding tor 19 inserted between the secondary brushes b and d. The metadyne is cont by a secondary variator winding 17 connected to line 4,5, by a primary variator lament 18 in series with the load and by a second in.
ment primary variator 20 whose action opposes that of the previous e is supplied by a saturated exciter 21 having an excit winding. which is in series with the load, a second winding 22a, supplied by a suitable source, giving a constant excitation component * A primary variator winding 23 is also provided, supplied by a suitable constant, whose role is to create, in the metadyne, a t to be turned at a predetermined speed * The exciter 21 can be driven at a constant speed in any way, or driven by the machine *
The variator windings 20 and 18 of the metadyne oppose their action according to the diagram fig. 16 in which the amperes-turns AT on the ordinate and the load excitation current I,
feeding the enro 22 and 18, is on the x-axis * The line !. of the diagram shows the amps produced by winding 18 on the metadyne, for char currents; tive or negative, while line b represents the voltage produced p
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their positive or negative current in the winding 22.
Between the values I and II of the excitation current the ampere-turns produced by winding 18 are exactly counterbalanced by those produced by winding 20, so that the value of the load has no value. effect on the excitation of metadyne 16 between these limits;
but, when the current through winding 22 exceeds these limits, exciter 21 becomes saturated while the metadyne is not, the action of winding 18 becomes preponderant, as shown in the line. c which represents the resulting ampere-turns produced by windings 20 and 18 on metadyne 16. By adjusting the ampere-turns on windings 23 and 22a, the axis of the ampere-turns in diagram fig.16 can be moved to any desired position, for example to the position indicated by line III.
As a modification to this arrangement, the exciter can be designed such that when the load is between the two defined limits, the excitation produced on the flying dynamo by the winding such as 20, is predominant over the excitation. produced by the winding such as 18. The torque produced on the flywheel, while the load is between the desired limits, is then in opposition to that required by the excess or insufficiency of the load above or below an average value! thereby the system is ready to overcome a new peak.
Such an operation is shown in Fig-17 where it is seen that the ampere-turns of winding 20 are higher than those of winding 18 by the value represented by line c which gives the resulting ampere-turns produced. on machine 16 by windings 20 and 18 '
In the modification described, in order to reduce the magnitude of the field windings required on the flywheel dynamo or exciter, these can be provided with a winding connected in series with two exciters, each having a chanp winding. traversed by the load, and one being highly saturated while the other is comparatively unsaturated - In this case,
the action of the assembly is similar to that of the windings described, i.e. diagrams 16 and 17 will still be applicable, the line being relative to the ampere-turns created by the unsaturated exciter, the ligae b to the ampere-turns created by the saturated exciter, and line c to the resulting ampere-turns'
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Fig. 18 shows an arrangement in which two such ex trices are employed but they are combined therein into a single machine 24 the arrangement corresponds to one of those described below with reference to Figs. 19, 20 and SI * In fig. Fig'18,
the metadyne 16 is provided only with a single primary variator winding 25 which is connected to the terminals of the guardian 24 or - equivalently - to the terminals of the two exciters at @ The machine 24 or the two exciters in series, is or are excited by winding 26 crossed by the load current and by another winding with constant excitation which determines the axis of the ampere-turns in the diag mes of Figs. 16 and 17 '
The two exciters in series can be combined for the machine shown schematically in fig.19 which is the exciter 24 of Fig.18; e comprises an armature 28 rotating in a stator 29, having a first pair of adjacent poles 30 and 31 made saturated by means of slots 32 and a seco:
pair of adjacent poles 33 and 34 which are not saturated * The 4 blades 30, 33 and 34 carry excitation windings as described above pitch two exciters and the dynamo carried a pair of brushes 35 and 36. Well en1 one could adopt other numbers of ptles. The machine 24 can be driven at constant speed or by the flywheel shaft as shown in fig.18;
this last arrangement offers the disadvantage of a weaker action at the base gaits but offers the advantage of greater mechanical simplicity *
A variant of the single dynamo replacing the two dynamos in series consists in providing an air gap between each pole and the frame of the sta the pole pieces being joined to the frame by metal parts which can be magnetically saturated under certain conditions, these parts forming a magnetic circuit auxiliary and the flux not being able to pass through the armature as these parts are not saturated; the machine cannot thus produce a volta, substantial to its brushes before saturation takes place * In the arrangement Fig.20, we thus see 37, the two pole pieces, separated from the frame 58 of the air gaps 39;
the saturable parts 40 are connected to the frame and the enclosures are shown at 41.
A modified arrangement, resulting from this, is shown in Fig. where the magnetic leakage path is formed by portions 42 correct
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45 and the air gaps are found at 39.
The operation of this arrangement is similar to that of the arrangement Fig. 20: a low voltage is produced at the brushes 35 and 36 until the elements 42 are saturated, but then the machine operates as an ordinary dynamo with regard to the higher values of flux- The resulting characteristic is shown in Fig. 22;
we can see that up to certain values of the positive or negative excitation ampere-turns, the voltage produced is low, whereas, when these limits are exceeded, the voltage increases suddenly *
In order to maintain the voltage created around @ ero between certain limits or at a negative value, other windings 46 and 47 can be fitted on the machine, the action of which opposes that of the windings 44 and 45 * Such windings act on the armature at all times to produce a negative voltage,: the resulting voltage varying with the excitation current as shown by the dotted line Fig. 22.
Fig. 23 shows the application of an exciter of the type of figures 19, 20 or 21 to an arrangement similar to that of figure 1. The dynamo I is excited by a winding 3 connected to the secondary terminals of the exciter metadyne. 7, the primary brushes of which are connected * to the exciter 24 driven by the shaft 2, the latter being confined to one of the arrangements Fig. 19, 20 or 21 and having field windings comprising a winding 26 in series with the load and a winding 27 with constant excitation as already provided in Fig.18.
With this arrangement, the machine 24 supplies the primary brushes of the metadyne with a voltage which varies, depending on the load, only beyond predetermined limits between which no voltage is supplied to the primary brushes *
Fig. 23 shows the machine I provided with a winding Ia connected to a dynamo with critical excitation II to limit the maximum speed of the flying dynamo and of a stabilizing winding 10.